Protokollanalyse bei VoIP 1. Einführung 2. Protokoll Stack H.323 3. Protokollanalyse in VoIP-Umgebung Funktionelle Analyse Paketanalyse 4. Dimensionierungsaspekte bei VoIP Jitter-Theorie Bandbreite bei H.323-Verbindung Qualitative and quantitative Analyse 5. Zusammenfassung mit Ausblick
1. Einführung Protokolle für VoIP H.323 SIP Beispiele für VoIP-Systeme HiPath 5500 von Siemens AG (H.323) OpenScape von Siemens AG (SIP) Innovaphone IP von TLK Computer GmbH Gateways von Cisco, Lucent, Apolio, Selsius u.a. Anforderungen an die Dienstqualität im Netz end-to-end delay jitter delay packet loss packet order
1. Einführung: VoIP-Architektur VoIP- Terminal VoIP- Terminal VoIP- Terminal LAN VoIP- Gatekeeper VoIP- Gateway MCU PSTN QoS LAN N-ISDN B-ISDN VoIP- Terminal VoIP- Terminal VoIP- Terminal VoIP- Terminal
2. Protokoll Stack H.323: Schichtenmodell Video Application Audio Application System Control User Interface Data Application Video Codec H.261, H.263 RTP Audio Codec G.711, G.722, G723.1, G.728 RTCP H.225.0 RAS Control H.225.0 Call Signal. H.245 T.124 T.125 T.120 UDP TCP Network Layer / IP Link Layer Physical Layer
2. Protokoll Stack H.323: Verbindungsphasen Client A Gatekeeper H.225.0 H.245 Gespräch H.245 H.225.0 Client B
3. Protokollanalyse: Testumgebung Funktionsgenerator Hewlett Packard 33120 A Internetwork Analyzer Wandel&Goltermann DominoPlus DA-360 HiNet RC 3000 V1.1 Gatekeeper Digitalzähler Phillips PM 6612 counter/timer t 50 ms Load Trace Signalling Voice LP5100HH LP5100FL Client A (ARES) Client B (HADES)
3. Protokollanalyse: Verbindungsaufbau Teil1 Client A 1041 1042 Gatekeeper Registration Request 1719 Registration Response Registration Request RAS (H.225.0) Admission Request Registration Response Admission Resp. 1720 RAS TCP Three Way Handshake 1720 Setup Call Proceeding H.225.0 Alerting 1262 1262 1719 1719 1262 1720 (H.225.0) TCP Three Way Handshake Setup Admission Request Admission Resp.1039 Alerting Client B 1038 1038 1039
3. Protokollanalyse: Verbindungsaufbau Teil2 Client A 1042 1043 TCP H.225.0 1262 Connect 1040 Gatekeeper Client B 1262 Connect 1040 1039 1720 Three Way Handshake 1043 Request: Terminal Capability SET H.225.0 Response: Terminal Capability Set Ack. TCP 1040 Request: H.245 Master Slave Determination Response: Master Slave Determination = Master Request: Terminal Capability SET Response: Terminal Capability Set Ack. Request: Master Slave Determination Response: Master Slave Determination = Slave
3. Protokollanalyse: Gesprächphase 5 sec. Client A 1043 1047 1045 1047 1045 1044 1046 H.245 Request (Open Logical Channel) Response: RTCP 1042 / RTP 1043 H.245 H.245 Request (Open Logical Channel) Response: RTCP 1045 / RTP 1046 RTCP Receiver Report RTCP Receiver Report RTP Sprachpakete Gespräch RTCP Sender Report RTCP Sender Report 1043 Client B 1040 1042 1044 1042 RTP Sprachpakete 1041 RTCP Receiver Report RTCP Receiver Report 1044 5 sec.
3. Protokollanalyse: Verbindungsabbau Client A Gatekeeper Client B H.245 Request (Close Logical Channel) 1043 H.245 1040 H.245 Response (Close Logical Channel) End Session Command Disconnect Release Complete (H.225.0) 1720 1039 1042 1040 1040 Release Complete RAS (H.225.0) Disengage Request Disengage Response 1720 1719 (H.225.0) Disengage Request Disengage Response RAS (H.225.0) 1039 1039
3. Protokollanalyse: Paketbetrachtung Transmission direction Codec Packet Size [Byte] Payload Size [Byte] Frames/ Packet Frame Size [Byte] Frame Duration [ms] Ares Hades G.711 314 256 1 256 32 LPFL Ares G.711 298 240 1 240 30 Ares LPFL G.711 314 256 1 256 32 Ares LPHH G.711 314 256 1 256 32 LPFL LPHH G.711 298 240 1 240 30 LPHH Ares G.711 538 480 2 240 30 LPHH LPFL G.711 538 480 2 240 30 LPHH LPFL G.723.1 68 10 1 10 12,5 LPFL LPHH G.723.1 82 24 1 24 30
3. Protokollanalyse: Paketbetrachtung Ethernet Sprachdaten LPHH LPFL G.711 RTP UDP IP LPHH LPFL G.723.1 Ethernet RTP Sprachdaten IP UDP
3. Protokollanalyse: Paketbetrachtung Transmission direction Codec kbps Packet Size [Byte] Packets/ Sec BB kbps % Effizienz % 2* Bandwidth/ 10 Mbit/s Delay [ms] Ares Hades G.711 64 314 31,25 78,5 82% 1,57 32,00 LPFL Ares G.711 64 298 33,33 79,4 81% 1,59 30,00 Ares LPFL G.711 64 314 31,25 78,5 82% 1,57 32,00 Ares LPHH G.711 64 314 31,25 78,5 82% 1,57 32,00 LPFL LPHH G.711 64 298 33,33 79,4 81% 1,59 30,00 LPHH Ares G.711 64 538 16,67 71,7 90% 1,43 60,00 LPHH LPFL G.711 64 538 16,67 71,7 90% 1,43 60,00 LPHH LPFL G.723.1 6,4 68 80,00 43,5 15% 0,87 12,50 LPFL LPHH G.723.1 6,4 82 33,33 21,8 30% 0,44 30,00
4. Dimensionierung: Jitter-Theorie Jitter steht für Schwankungen der Zwischenankunftszeiten von Paketen. Wichtige Merkmale des Jitters Absolutwert Zeitlicher Verlauf Häufigkeit des Auftretens der einzelnen Jitter-Werte Darstellungen des Jitters Einfachband Kommunikationsmuster
4. Jitter-Theorie: Einfachband Das Einfachband stellt die Ankunftszeiten zwischen Paketen (Interarrival Time) bezogen auf die von einer Station ausgesendeten RTP-Pakete Pakete dar. Es wird auch als Station Jitter bezeichnet. Station Jitter Delta Time (ms) 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 0 2 4 6 8 10 Rel. Time (s)
4. Jitter-Theorie: Kommunikationsmuster Kommunikationsmuster (Hintergrundlast 10 %: Paketgröße 256 Byte) 3 2 1 0 0 1 2 3 4 Rel. Time [s] RTP Packets RTCP Packets
4. Jitter-Theorie: Kommunikationsmuster Station Kommunikationsmuster (64 byte/90%) 3 2 1 0 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Zeit [s]
4. Jitter-Theorie: Bandbreitebedarf Alerting Call t [s] Setup Connect Disconnect
4. Jitter-Theorie: Qualitative/quantitative Analyse Qualitative Bewertung durch subjektive Höreindrücke von Testpersonen Drei Bereiche A: bestmögliche Qualität B: gestörte Kommunikation C: Verständigung unmöglich Veränderliche Netzlast Variable Paketlänge (64 1718 Byte + mixed) Variable Belastung (0 100%)
4. Jitter-Theorie: Qualitative/quantitative Analysis 100% C 98% 96% Aussetzer 94% Netzwerklast 92% 90% 88% 86% 84% B A Unregelmäßiges Muster auf Analyzer 82% 80% 64 127 255 511 1023 1518 mixed Paketgröße
4. Dimensionierung: Resümee Bei einer Hindergrundlast von 0% 90% ist das VoIP-System stabil. Bei einer Hindergrundlast größer als 90% ist eine Kommunikation kaum möglich. Größere Pakete im Hintergrund begünstigen eine VoIP-Kommunikation. Bei Sprachkommunikation weist der Verkehr den CBR Charakter auf. Eine Sprachverbindung mit dem Codec G.711 nimmt ca. 160 kbps der Bandbreite in Anspruch. Eine Sprachverbindung mit dem Codec G.723.1 nimmt ca. 80 kbps der Bandbreite in Anspruch. Peak-Last bei Signalisierung kann kurzfristig bis zu 35 % der Netzbandbreite in Anspruch nehmen. Soll Effektivität der Übertragung erhöht werden, muss Kapazität des Ausgleichspuffers entsprechend dimensioniert werden.
4. Dimensionierung: Bereitstellung von BB Die 75%-Dimensionierungsregel Benötigte BB muss < als die im Netz zur Verfügung stehende BB sein. BB = (Min. BB für Sprache + Min. BB für Video + Min. BB für Daten)/0,75 Der Faktor 0,75 berücksichtigt den zusätzlichen Verwaltungsverkehr. Bei der Bestimmung der minimalen Bandbreite pro Dienst muss die Anzahl der für den Dienst vorgesehenen Clients berücksichtigt werden.
5. Zusammenfassung mit Ausblick VoIP als Hauptthema Konstante Paketgröße für Audioübertragung Ab 90% der Hintergrundlast keine fehlerfreie Audio- und Videoübertragung möglich Jitter-Theorie und Qualitätsbeurteilung Qualitätsbeurteilung nach geltendenden QoS-Standards MOS: ITU-T P.800 (August 1996) PSQM: ITU-T P.861 (Februar 1998) PESQ: ITU-T P.862 (Februar 2001) Weitere Untersuchungen unter Verwendung von Multimedialastgeneratoren notwendig
Protokollanalyse bei VoIP Danke für Ihre Aufmerksamkeit!