Voice over IP (VoIP) Voice over IP (VoIP)... mit Theorie. Praxis mit Theorie. Agenda. Digitalisierung der Sprache. Grundlagen

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1 Peter Grießl, Institut für Höhere Studien (IHS) - whoami Voice over IP (VoIP) Praxis mit Theorie DI Peter Grießl, Institut für Höhere Studien (IHS) Juni 2006 Agenda Grundlagen: PSTN, Digitalisierung der Sprache, ISDN VoIP: Konzept, Probleme, Overhead Protokolle:, RTP, Pause? Routing, ENUM : Funktion, Konfiguration Praxisbeispiel: Anbindung einer Filiale des Instituts für Höhere Studien (IHS) Anmerkungen, Literatur Voice over IP (VoIP) mit Theorie Grundlagen PSTN (Public Switched Telephone Network) Circuit Switching (Leitungsvermittlung), d.h. exklusiver Übertragungskanal (auch bei GSM) Signalisierung: SS7 (Switch to Switch), out of band digitale Sprachübertragung: PCM (Puls Code Modulation), G.711a isochrone Übertragung: konst. Signalverzögerung, keine Schwankung ITU-T (International Telecommunication Union) Abtastwert Digitalisierung der Sprache 125µs Sprachsignal Zeit Quantisierungsintervall Fehler (kont. Werte diskrete Werte) schlechtere Sprachqualität beim Empfänger besser: unregelmäßige Verteilung der Quantisierungsstufen nichtlineare Quantisierung (z.b. logarithmisch) 1

2 Digitalisierung der Sprache PCM Puls Code Modulation Abtasttheorem (Shannon): Abtastfrequenz mind. 2 x Bandbreite PSTN: Hz 8000Hz (125µs) 8 Bit pro Abtastung (256 versch. Werte) 8 x 8000Hz = 64kbps G.711 (PCMA): logarithmische Quantisierung ISDN Integrated Services Digital Network 2 x B-Kanal 64kbps, 1 x D-Kanal 16kbps = BRI (Basic Rate Interface) Signalisierung im D-Kanal: DSS1 (EuroISDN), QSIG, proprietäre Protokolle TDM Time Division Multiplexing exklusive Timeslots je 64kbps 64kbps x 30 x 4 x 4. digitale Hierarchie ISDN Integrated Services Digital Network 30 x B-Kanal 64kbps, 1 x D-Kanal 64kbps, 1 x Servicekanal 64kbps = PRI (Primary Rate Interface, Primärmultiplexanschluß) PRI = E1= 2,048Mbps USA, Japan: 23 Nutzkanäle, T1 = 1,544Mbps Voice over IP (VoIP) oip Packet Switching, d.h. kein exklusiver Übertragungskanal! Signalisierung:, H.323, SCCP, in band! Sprachübertragung: viele verschiedene Codecs, auch G.711, Komprimierung (DTMF, FoIP ) Protokolle: RTP, RTCP VoIP = Konzept, keine konkrete Realisierung IEEE, IETF VoIP Probleme Overhead durch IP und Ethernet Bandwidth Delay/Latency (ping-time) ITU-T: <150ms gut, <400ms akzeptabel Jitter (unterschiedliche Paketlaufzeiten) Packet Loss (UDP!) Echo (auch bei PSTN), Echo-Verzögerung >40ms störend Warum dann VoIP? Konvergenz, Integration, Voice Payload/IP-Packet - Overhead - Delay - Störung bei Packet Drop Ethernet Header IP Header UDP Header RTP Header Payload (Voice) Overhead pro Frame: 58 Byte = 464 Bit G.711, 20ms Voice Payload pro Frame Nutzdaten pro Frame: 64kbps * 20ms = 1280 Bit FCS 2

3 Overhead durch IP und Ethernet Bsp. G.711, Ethernet, ohne Signalisierung 64kbps Bit Rate typ. 20ms Voice Payload in 1 IP-Packet 50 Packets/s pro Packet 464 Bit Overhead Bit Overhead/s 64kbps + 23,2kbps = 87,2kbps (Session Initiation Protocol) 2.0, IETF RFC 3261 Signalisierung: Verbindungsauf- und Abbau, Aushandlung von Parametern (Codec Selection usw. via SDP-Messages) auch verwendet bei Apple ichat, MS Messenger, UMTS UDP Port 5060 Registrar&Location Server (Mapping -URI zu IP Adresse) Proxy (-Weiterleitung) Bsp. Verbindungsaufbau (gekürzt) tethereal Vi eth1 udp port 5060 INVITE Via: /2.0/UDP :5060 From: "311" Content-Type: application/sdp (SDP: Codec, IP/Port für Media Channel, ) Status-Line: / Trying Status-Line: / Ringing Status-Line: / OK RTP (Real Time Transport Protocol) RTCP (RTP Control Protocol) RTP: für Übertragung von Audio+Video Echtzeitdaten, IETF RFC 3550 versch. Payload-Typen RTCP: QoS-Infos, Report-Funktionen RTP+RTCP über UDP : UDP Port Firewalls? Trapezoid Diverses Server RTP IP Server Security: secure (S), secure RTP (SRTP) Silence Suppression Comfort Noise Generation NAT-Probleme! Client-IP in /SDP-Messages STUN: Simple Traversal of UDP through NAT MOS: Mean Opinion Score (ITU-T) 5 Excellent (keine Anstrengung), 1 Bad (keine Verständigung); G.711=4,4; GSM=3,7 Softphone X-Lite: swiss army knife: 3

4 Routing Teilnehmer wird adressiert über -URI 1. zu DNS A 2. zu DNS SRV -Proxy zu Telefonnummer xyz ENUM DNS NAPTR domain 2. ENUM (telephone Number Mapping) -URI: oder non-voip Telefon: wie -URI wählen? Zuordnung Telefonnr. zu -URI im DNS verwaltet ENUM, RFC 3761 Tel.Nr. - -URI - IP-Adresse (Tel.) ENUM (DNS NAPTR) -Server/Registrar e164.arpa wundervoll:~ pg$ host -t naptr e164.arpa e164.arpa NAPTR "u" "E2U+web:http "!^.*$!http://www.enum.at/!" e164.arpa NAPTR "u" "E2U+sip" e164.arpa NAPTR "u" "E2U+ " wundervoll:~ pg$ host -t srv _sip._udp.enum.at _sip._udp.enum.at SRV sip.at43.at. wundervoll:~ pg$ host -t a sip.at43.at sip.at43.at has address ist über erreichbar IP-Adr. des -Servers, nicht des -s ENUM Anruf zu aus dem PSTN: automatischer ENUM-Lookup VoIP Kosten? (Anruf, 0780-Registrierung) Bsp. Anruf zu wundervoll:~ pg$ host -t naptr e164.arpa e164.arpa NAPTR "u" "E2U+sip Praxisbeispiel - the Open Source PBX! is a complete PBX in Flash Operator Panel, Interface-Karten: analog, PRI, (BRI) Konfiguration: Dialplan, Channels, Command Line Interface typ. = asterisk + zaptel + libpri 4

5 Call-Routing contexts extensions priorities applications Dialplan Variablen, Schleifen, Pattern Matching, Macros, Sprünge, Time Based Sprünge, DB-Access Praxis: IP-only Anbindung einer Filiale des IHS Wien Anforderungen: keine zusätzlichen Amtsleitungen keine neue Telefonanlage Gespräche Filiale-Stammhaus gratis zentrale Vermittlung im Stammhaus IP-only VoIP! Kopplung VoIP/ - -PBX? Stumpergasse Internet Schottenfeldgasse Setup LAN PSTN PBX Vermittlung 10Mbps LAN Standard-PC, SuSE 9.2, VoIP-VLAN 4 x Digium TDM04B (4 Port analog) Grandstream BudgetTone 101 (snom 190, Sipura SPA-2000) digitale Systemapp. analoge Schnurlosapp., Fax VoIP-Apparate PBX Funktionsprinzip IHS/SFG Call Path IHS/SFG PSTN PBX Vermittlung PBX s analoge Ports Digium Zap- Channels ASTERISK Ethernet (Admin.) Dialplan - Channels Ethernet s 305 Digium 305 Ethernet RTP 306 RTP Gespräch analoge Ports 306 5

6 Dialplan /etc/asterisk/extensions.conf [sip_312] include => default exten => 9,1,Dial(Zap/8/9 20,t) exten => 9,2,Hangup exten => _[ ].,1,Dial(Zap/8/${EXTEN} 20,t) exten => _[ ].,2,Hangup [alcatel_312] exten => s,1,setcallerid(ring) exten => s,2,dial(/312,30) exten => s,3,hangup exten => s,4,voic (u312) exten => s,401,voic (b312) exten => s,402,hangup Zap-Channels /etc/zaptel.conf fxsks=1-16 ; 4 x Digium TDM400 4Port /etc/asterisk/zapata.conf [channels] echocancel=32 echocancelwhenbridged=yes echotraining=800 context=alcatel_247 channel => 1 context=alcatel_312 channel => 5 /etc/asterisk/sip.conf [312] type=friend username=312 secret=***** host=dynamic context=sip_312 mailbox=312 disallow=all allow=alaw -Channels Voic /etc/asterisk/voic .conf format=wav attach=yes subject=[pbx]: New message ${VM_MSGNUM} for you! body=dear ${VM_NAME} 312 => *****,Peter [313] Command Line Interface (CLI) asterisk vvvvr asterisk*cli> show channels concise Zap/8-1:alcatel_312:s:1:Up:Bridged Call:/312-b1ab:312::3 /312-b1ab:sip_312: :1:Up:Dial:Zap/8/ t:312::3 asterisk*cli> sip show channels Peer User/ANR Call ID Seq (Tx/Rx) Format aec0d5187c /29702 alaw 1 active channel(s) asterisk*cli> sip show peers Name/username Host Dyn Nat ACL Mask Port Status 313/ D Unmonitored 312/ D Unmonitored Command Line Interface (CLI) asterisk vvvvr asterisk*cli> sip debug ip asterisk*cli> sip no debug asterisk*cli> sip debug peer 312 (312 = username in sip.conf ) asterisk*cli> sip no debug Logfiles Loglevel in /etc/asterisk/logger.conf /var/log/asterisk. CDR Call Detail Recording 6

7 Und sonst? Gateways: -H.323, Codec-Codec, PSTN-VoIP Kopplung mehrerer -PBX: IAX2 Signalisierung+Daten über UDP Port 4569 Firewalls! IVR: Interactive Voice Response Fax, voic text-to-speech, call files, call recording AstDB, MySQL, Gateway Interface (AGI) PBX s VPN Gateway IPsec Internet VPN Home- Router Anmerkungen Literatur VoIP in eigenem VLAN/Subnetz, Firewall erste Tests möglichst ohne NAT (Home-Router!) Akzeptanz: bekannte Features implementieren, High-Tech erst später Infrastruktur gut genug? - Switchports, Bandbreiten, QoS/CoS,, USV, Steckdosen LAN = SPOF für EDV und Telefonie Verfügbarkeit? Redundanz? Notfall? Türöffner, ChefSek usw.? Telefonie EDV-Abteilung Support? SLA? Switching to VoIP, Ted Wallingford O Reilly, 2005, Jim Van Meggelen et.al. O Reilly, Literatur Geschafft! Voice over IP, Die Technik, Anatol Badach Hanser, 2004 Voice over IP, Jochen Nölle VDE Verlag, 2005 VoIPSEC, Studie zur Sicherheit von VoIP Bundesamt für Sicherheit in der IT, Voice over IP, Grundlagen, Regulierung, erste Erfahrungen; RTR GmbH, 2006 Internet-Telefonie, VoIP mit und SER Flaig, Hoffmann, Langauf Open Source Press, 2006 Danke für Ihre/Deine Aufmerksamkeit! Kontakt: DI Peter Grießl Institut für Höhere Studien (IHS) Stumpergasse Wien 7

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