Vorwort Vorwort Bedeutung von VoIP VoIP sind nicht nur zwei Telefone und IP Ziel des Buches Für wen richtet sich das Buch? Kapitel 1 Die heutige Gesellschaft kann man sich ohne Telefon kaum vorstellen. Das Internet ist inzwischen auch als unabdingbares Kommunikationsmedium geworden, über das jeder und zu jeder Zeit die Information über fast alles abrufen sowie die E-Mails senden und empfangen kann. Das Internet ist ein weltweites Rechnernetz, im dem die Übermittlung von Daten nach dem sog. Internet Protocol (IP) erfolgt. Das Internet kann auch als Dienst für die Übermittlung von Informationen in Form von IP-Paketen angesehen werden. Vergleicht man diesen Dienst mit dem Briefdienst der Post, so entspricht ein IP-Paket einem Brief und die sog. IP-Adresse einer postalischen Adresse. Die Daten als IP-Pakete werden auch in anderen Rechnernetzen übermittelt. Man bezeichnet alle Rechnernetze mit dem Protokoll IP als IP-Netze und wünscht sich, dass in diesen Netzen auch die Sprachkommunikation stattfinden kann. Dies führt zur Übermittlung der Sprache in IP-Paketen. Also bedeutet dies Sprache über IP bzw. kurz VoIP (Voice over IP). VoIP sind nicht nur zwei Telefone und IP inzwischen, sondern unter diesem Begriff verbergen sich sehr komplexe Vorgänge. Hierzu gehören sog. Signalisierungsprotokolle, nach denen eine Verbindung zwischen Telefonen vor dem Telefongespräch aufgebaut und danach abgebaut werden kann. H.323 und SIP als derartige Signalisierungsprotokolle sind auf der IT-Welt bereits populär geworden. Ein Telefon für VoIP, d.h. ein IP-Telefon, ist nicht mehr nur ein Telefon, sondern ein Rechner an einem IP-Netz, der eine IP-Adresse hat. Das IP-Telefon hat auch eine Telefonnummer. Eine Telefonverbindung im Telefonnetz wird unter einer Telefonnummer aufgebaut. Bei VoIP wird zwar das Ziel der Telefonverbindung mit einer Telefonnummer angegeben aber diese Verbindung kann nur unter einer IP-Adresse aufgebaut werden. Das ist u.a. eins aus vielen Problemen bei VoIP. Dieses Buch hat das Ziel, eine breite und fundierte Übersicht über die Technik von VoIP zu geben. Hierzu gehört u.a. ein Überblick über den heutigen Stand und Perspektiven der Sprachkommunikation, Darstellung der Signalisierung in Telefonnetzen und im ISDN, Einführung in die TCP/IP-Protokollfamilie, Quality of Service bei VoIP, Überblick über Sprachcodierungsverfahren, Prinzipien der Echtzeitkommunikation mit RTP/RTCP, Darstellung des Standards H.323 und des Protokolls SIP, VoIP-Gateways und Telefonie-Routing. Das Buch vermittelt die technischen Grundlagen, die unabdingbar sind, um die Sprachkommunikation in IP-Netzen (z.b. im Internet) besser zu verstehen und zu nutzen, bzw. neue VoIP-Anwendungen zu entwickeln. Das Buch ist so aufgebaut, dass jeweils zunächst die Grundlagen fundiert dargestellt und danach praktische Anwendungen diskutiert werden. Damit eignet sich dieses Buch nicht nur als Lehrbuch für Studenten und Neueinsteiger, sondern auch als Nachschlagewerk für alle Experten, zu deren Aufgabengebieten die Entwicklung, Planung bzw. Betreuung verschiedener Netzwerke oder Netzwerkapplikationen gehört. Die praxisorientierte und fundierte Darstellung der Inhalte sollte allen Netzwerk-Fans die Nutzung dieses Buches zum Selbststudium ermöglichen. Ein kompakter Überblick über klassische Netze für Sprachkommunikation, Mobilfunknetze (GSM, GPRS, UMTS), Ansätze für VoIP sowie eine Darstel-

lung von Möglichkeiten, die durch die Konvergenz der Netze entstehen, enthält Kapitel 1. VoIP-Aktivitäten bei verschiedenen Standardisierungsgriemen, Konsortien und Foren werden hier ebenfalls kurz dargestellt. Den Prinzipien der Übermittlung der Steuerung beim Auf- und Abbau von Telefonverbindungen, was man als Signalisierung bezeichnet, widmet sich Kapitel 2. Die Schwerpunkte liegen hier auf einer fundierten Darstellung des D-Kanal-Protokolls aus dem ISDN und des Signalisierungssystems Nr. 7. Diese Inhalte dienen als Basiswissen für VoIP. Die Grundlagen der TCP/IP-Protokolle, die man bei VoIP benötigt, vermittelt Kapitel 3. Hier wird ein neues Transportprotokoll SCTP kurz präsentiert, mit dem sich virtuelle Autobahnen in IP-Netzen einrichten lassen. SCTP spielt eine wichtige Rolle bei der Integration des Signalisierungssystems Nr. 7 mit dem Internet. In diesem Kapitel wird auch das Konzept ENUM präsentiert, nach dem eine Telefonnummer als eine einheitliche Adresse für alle Internet- Dienste, und u.a. auch die Internet-Telefonie, verwendet werden kann. Hinsichtlich der Qualität der Übermittlung der Sprache in IP-Netzen werden bestimmte Anforderungen an diese Netze gestellt. Man spricht hierbei von QoS-Anforderungen. Welche Konzepte gibt es, um die QoS-Anforderungen zu erfüllen, zeigt Kapitel 4. Insbesondere werden die für VoIP wichtigen QoS- Parameter, Differentiated Services, Queue-Management und das Protokoll RSVP für die Reservierung der Bandbreite dargestellt. Die Sprachkommunikation verläuft in Echtzeit, so dass man von Echtzeitkommunikation spricht. Um diese Form der Kommunikation über IP-Netze zu realisieren, verwendet man die Protokolle RTP und RTCP. Kapitel 5 zeigt zuerst, wie die Sprache nach verschiedenen Verfahren codiert und näher mit Hilfe von RTP/RTCP übermittelt wird. Dieses Kapitel präsentiert auch das neue Secure RTP und die Möglichkeiten der Kompression des RTP/UDP/IP-Headers. Wenn man von VoIP spricht, wird fast immer der Standard H.323 erwähnt. H.323 ist ein komplexes Rahmenwerk, das regelt, wie weitere Signalisierungsprotokolle wie H.225.0 und H.245 verwendet werden. Das Kapitel 6 wird dem VoIP-Konzept nach H.323 gewidmet. Hier werden auch die sog. Supplementary Services nach H.450.x und die Möglichkeiten zur Unterstützung der Mobilität von VoIP-Teilnehmern präsentiert. Als Konkurrent von H.323 gilt das Protokoll SIP, das als Signalisierungsprotokoll bei VoIP dienen kann. Kapitel 7 erläutert, wie SIP konzipiert wurde und zeigt wie es eingesetzt werden kann. Hierbei wird u.a. auf verschiedene Betriebsarten und Dienstmerkmale bei SIP, SIP-Abbildung auf das D-Kanal- Protokoll vom ISDN und auf das Signalisierungssystem Nr. 7 eingegangen. Es wird auch gezeigt, wie eine Koexistenz von H.323 und SIP möglich ist. VoIP entsteht nicht auf einer grünen Wiese, sondern verschiedene VoIP- Systeme müssen mit den bereits vorhandenen herkömmlichen Systemkomponenten und Netzen für die Sprachkommunikation entsprechend integriert werden. Damit wird garantiert, dass die Sprachkommunikation zwischen klassischen Telefonen und IP-Telefonen stattfinden kann. Hierfür sind verschiedene VoIP-Gateway und die Protokolle für Steuerung von diesen Gateways nötig. Auf diese Aspekte geht Kapitel 8 ein. Um VoIP weltweit zwischen beliebigen administrativen Domänen (Unternehmen, öffentliche Verwaltungen, ) zu ermöglichen, zeigt Kapitel 9 die Prinzi- Kapitel 2 Kapitel 3 Kapitel 4 Kapitel 5 Kapitel 6 Kapitel 7 Kapitel 8 Kapitel 9

Vorwort pien, nach denen das sog. Telefonie-Routing zwischen verschiedenen VoIP- Zonen (z.b. eine VoIP-Zone als Standort eines Unternehmens) realisiert werden kann. Hierbei ist das Konzept TRIP von großer Bedeutung. Entstanden ist dieses Buch zum Teil auf der Basis von Manuskripten zu meinen Vorlesung Integrierte Netze, die ich an der Fachhochschule Fulda, Fachbereich Angewandte Informatik, für die Studenten des Schwerpunktes Telekommunikation gehalten habe. An dieser Stelle richte ich meinen Dank an alle Personen, die mich mit ihren Anregungen unterstützt haben. Für kritisches Korrekturlesen möchte ich mich bei allen Studenten, insbesondere bei Herren Ansgar Jökel, Thomas Rinke und Matthias Staab, bedanken. Für die gute Zusammenarbeit mit dem Hanser Verlag möchte ich mich insbesondere bei Frau Margarete Metzger und Frau Irene Weilhart aufrichtig bedanken. Nicht zuletzt möchte ich auch meiner Frau Ingeborg für die unendliche Geduld, die sie mir während des Schreibens dieses Buches entgegenbrachte, danken. Fulda, im Juli 2004 Anatol Badach