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Einführung in VOIP

VOIP ist die Abkürzung für „Voice Over IP“.

Die meisten von uns sind mit dem „Public Switched Telephone System“ (PSTN, dem öffentlichen Telefonnetz) vertraut, mit dem wir mit Personen auf der ganzen Welt Kontakt aufnehmen können, indem wir eine bestimmte Zahlenreihenfolge wählen. VOIP bietet eine Alternative, bei der digitalisierte Sprachsignale über IP-Netzwerke geroutet werden, z. B. Firmen-Intranets oder in einigen Fällen das öffentliche Internet.
 
So, wie es aussieht, hat sich das PSTN in mehr als 100 Jahren nicht viel verändert. Es gab zahlreiche technologische Veränderungen und Verbesserungen, wie beispielsweise Tonwahl und Rufnummernidentifizierung, aber soweit es den Benutzer betrifft, geht es immer noch um das Wählen (bzw. um das Drücken) einer Zahlenreihenfolge und den Verbindungsaufbau zu der Person, deren Nummer gewählt wurde. Allerdings hat sich das, was sich hinter den Kulissen abspielt, in den vergangenen Jahren erheblich verändert.
 
VOIP ist keine ausgesprochen neue Technologie; es gibt Unterlagen und Patente zu diesem Thema, die mehrere Jahrzehnte alt sind, und bereits 1991 gab es eine frühe VOIP-Software. Das Grundprinzip ist ziemlich einfach, es ist im Wesentlichen die gleiche Technologie, die bei der Übertragung von Musik ins Internet verwendet wird. Sprache wird mit einem Mikrofon erfasst und über eine Soundkarte digitalisiert. Der digitalisierte Ton wird dann mit einem Audio-Codec komprimiert. Dabei werden nicht benötigte Daten unter Beibehaltung der Verständlichkeit der Audioinhalte entfernt, um den Datenstrom kompakt genug zu machen, damit er in Echtzeit über das Internet gesendet werden kann. Der Begriff „Codec“ steht für „enCODer/DECoder“. Die Töne werden auf der Senderseite verschlüsselt, über das Netzwerk gesendet und dann auf der Empfängerseite entschlüsselt, wo sie dann über Lautsprecher oder ein Headset abgespielt werden. 
 
 
 
Die einzige Voraussetzung ist eine entsprechend schnelle Netzwerkverbindung zwischen den beiden Computern sowie passende Codecs an jedem Ende.
 
Normale Standardcomputer mit Mikrofon, Soundkarte, Headset und eine Breitbandverbindung reichen völlig aus.
 
 
Es ist natürlich erforderlich, dass sich beide Gesprächspartner vor dem Gespräch auf den gleichen Codec einigen, damit die Kompression der Töne so erfolgt, dass sie vom Endsystem korrekt dekomprimiert werden können. Codecs befinden sich ständig im Wandel, wie jeder mit einem digitalen Audio-Player weiß – MP3, WMA, OGG, MP4 und AAC sind alles Dateierweiterungen, die bei komprimierten Musikdateien von Online-Musikhändlern zu finden sind, und alle sind verschieden. Einige Player können sie alle abspielen, einige nur ausgewählte Formate, und wiederum einige spielen nur einen speziellen Dateityp ab. 
 
Zum Glück gibt es Gemeinsamkeiten im Bereich der Telefonie, das bedeutet, VOIP-Systeme können gewöhnlich miteinander kommunizieren und einen Codec finden, den beide Seiten verstehen. Zu den normalerweise verwendeten Telefonie-Codecs gehören G.711, G.729 und G.726, es gibt aber noch viele Weitere, einschließlich proprietäre Systeme. Diese Codecs unterscheiden sich in zwei Hauptarten. Als erstes die erforderliche CPU-Leistung zur Durchführung der Kompression bzw. Dekompression, wodurch die bei dem System erforderliche Art der Hardware bestimmt wird (PC, PBX oder Telefon). Als zweites die Größe des komprimierten Audiostroms oder der Audiodatei und damit die Größe der Netzwerkbandbreite, die für den Transport der Daten zwischen den beiden Gesprächspartnern erforderlich ist. Das beeinflusst die Netzwerkinfrastruktur. 
 
Damit ein VOIP-System verwendet werden kann, benötigt es eine Methode zum Aufbau und zur Verwaltung einer Verbindung, z. B. einen anderen Computer anrufen, erkennen, ob dieser den Anruf annimmt, und die Verbindung unterbrechen, wenn der Gesprächspartner auflegt. Da VOIP Gegensprechverkehr und sogar Konferenzgespräche ermöglicht, ist dieser Teil komplexer als die einfache Übertragung von Audiodateien. Anrufverwaltung – Gesprächsinitiierung, Gesprächsaufbau und -beendigung – ist ein Bereich, bei dem sich VOIP- Systeme grundlegend unterscheiden; beide VOIP-Benutzer müssen das gleiche System (oder miteinander kompatible Systeme) verwenden, damit sie sich anrufen können.
 
Da die meisten Internetbenutzer zu Hause keine dauerhafte Internet-Adresse haben, funktioniert der direkte Anruf bei einem anderen Computer über VOIP-Systeme zu Hause in der Regel nicht, das ist so, als wenn sich die Telefonnummer von Zeit zu Zeit ändert. Stattdessen registriert sich jeder Benutzer bei einem Zwischenserver, der die IP-Adressen während der Verbindungszeit aufzeichnet. Es wird eine kleine Anwendung auf dem Computer des Benutzers installiert, die diese Daten in Verbindung mit dem Server verwaltet.
 
Ein weiterer Grund für die Verwendung eines Zwischenservers ist die Umgehung des Problems für VOIP, durch die Firewall zu gelangen. Viele Firewalls blockieren sämtliche Daten aus dem Internet, die nicht als Antwort auf eine spezielle Anfrage gesendet werden. Dadurch ist es unmöglich, einen anderen Computer direkt anzurufen, da der angerufene Computer keine Daten vom Anrufer angefordert hat und der Anruf blockiert wird. 
 
Durch den Aufbau einer Verbindung zu einem Server öffnet die VOIP-Software einen Kommunikationskanal, über den andere Computer anrufen können. Über den Server kann eine Kommunikation geführt oder Informationen übertragen werden, die beiden Computern ermöglichen, eine direkte Verbindung untereinander zu öffnen und diesen Kommunikationskanal weiterhin zu verwenden.
 
 
Standards
Es gibt zahlreiche „Standards“ für die Kommunikation per Voice over IP. Diese lassen sich in „offene Standards“ (für jeden Benutzer verfügbar) und proprietäre Systeme aufgliedern. H.323 und SIP gehören zur ersten Kategorie, während Skype ein eigenes proprietäres System nutzt.
 
H.323 ist ein von der International Telecommunications Union (ITU) entwickelter Standard für Telekonferenzen. Er unterstützt die volle Multimedia-Übertragung von Audio, Video und Daten zwischen Gruppen von zwei oder mehr Teilnehmern und wurde für die Unterstützung großer Netzwerke konzipiert. H.323 ist netzwerkunabhängig: Es kann über Netzwerke mit anderen Transportprotokollen als TCP/IP verwendet werden. H.323 ist noch immer ein äußerst wichtiges Protokoll, wird aber nicht mehr für Verbraucher-VOIP-Produkte verwendet, da es zu Schwierigkeiten in Zusammenhang mit Firewalls führt, mit denen Computer, die zahlreiche verschiedene Anwendungen ausführen, geschützt werden sollen. Das System eignet sich am besten für große Unternehmen, bei denen die technischen Fähigkeiten und Kenntnisse vorhanden sind, um diese Probleme zu überwinden.
 
SIP (Session Initiation Protocol) ist ein Standardsignalprotokoll der Internet Engineering Task Force (IETF) für Telekonferenzen, Telefonie, Anwesenheits- und Ereignisbenachrichtigung sowie für Instant Messaging. Es liefert Verfahren für die Einrichtung und Verwaltung von Verbindungen, nicht aber für die Übertragung von Audio- oder Videodaten. SIP ist derzeit das wahrscheinlich am häufigsten verwendete Protokoll für die Verwaltung von Internettelefonie. Wie alle IETF-Protokolle wird SIP in mehreren RFCs (Request For Comments; Bitte um Kommentare), im Wesentlichen RFC 3261, definiert.
 
Bei einer SIP-basierten VOIP-Implementierung können die verschlüsselten Sprachdaten auf mehrere Arten über das Netzwerk gesendet werden. Die meisten Implementierungen nutzen Real-time Transport Protocol (RTP), das in RFC 3550 definiert ist. Sowohl SIP als auch RTP werden auf UDP implementiert. Dies kann als verbindungsloses Protokoll zu Problemen mit bestimmten Arten von Routern und Firewalls führen. Nutzbare SIP-Telefone müssen daher auch STUN (Simple Traversal of UDP over NAT) verwenden. Dabei handelt es sich um ein in RFC 3489 definiertes Protokoll, bei dem ein Client hinter einem NAT-Router seine externe IP-Adresse und den Typ des NAT-Geräts ermitteln kann. Dank STUN sollte die Einrichtung von SIP-basierter VOIP-Hardware oder -Software hinter einer Home Office- oder Kleinbüro-Firewall eine problemlose Angelegenheit sein. In der Praxis können dabei aber immer noch Probleme auftreten.