Das Telefonieren mit der IP-Telefonie kann sich für den Teilnehmer genauso darstellen wie in der klassischen Telefonie. Wie bei der herkömmlichen Telefonie teilt sich das Telefongespräch hierbei in zwei grundsätzliche Vorgänge auf. Diese Vorgänge sind der Verbindungsaufbau und die Gesprächsübertragung. Im Unterschied zur klassischen Telefonie werden bei VoIP aber keine „Leitungen“ durchgeschaltet, sondern Sprache in kleinen Paketen, eventuell auch über verschiedene Wege, transportiert.

Um eine Verbindung zu einem Gesprächspartner herstellen zu können, muss zunächst dem Anrufenden die IP-Adresse des Partners bekannt sein. Aufgrund sich verändernder IP-Adressen, z.B. durch die dynamische Adressvergabe beim Aufbau einer Netzwerkverbindung, und des administrativen Aufwandes ist eine feste Zuordnung von Telefonnummern zu den zugehörigen IP-Adressen nicht praktibel. Die fast allgemein angewandte Lösung besteht darin, dass die VoIP-Teilnehmer bzw. deren Endgeräte ihre aktuelle IP-Adresse bei einem Dienstrechner (Server) mit fester IP-Adresse hinterlegen. Das Endgerät des Anrufers kann dann bei diesem Server die aktuelle IP-Adresse des gewünschten Gesprächspartners erfragen und so die Verbindung aufbauen. Das Endgerät des Anrufers muss jedoch wissen, bei welchem Server die IP-Adresse des Gesprächspartners hinterlegt ist. Von der Internet Engineering Task Force (IETF) wurde dafür das Session Initiation Protocol (SIP) entwickelt. Die Teilnehmer besitzen hier eine SIP-Adresse (ähnlich einer E-Mail-Adresse) im Uniform-Resource-Identifier-Format (URI-Format), wie zum Beispiel "sip:12345@beispiel-server.de". Das Endgerät des Anrufers schickt eine Nachricht an den Server, der unter dem Domainnamen "beispiel-server.de" bekannt ist (s. DNS) und erhält als Antwort die IP-Adresse des Teilnehmers 12345. Wenn beide Endgeräte die IP-Adresse der Gegenstelle kennen, ist der Verbindungsaufbau abgeschlossen, und das eigentliche Telefongespräch kann beginnen. Für das eigentliche Telefongespräch ist der Server nicht mehr notwendig, die Endgeräte senden sich ihre Daten direkt über das Internet zu, d.h. der Datenaustausch läuft am Server vorbei.

Der Auf- und Abbau von Rufen erfolgt über ein von der Sprachkommunikation getrenntes Protokoll. Auch die Aushandlung der Parameter für die Sprachübertragung erfolgt über diese Protokolle. Verbreitete Signalisierungsprotokolle sind:

• H.323 – Packet-based multimedia communications systems, ein ITU-T-Standard
• IAX – Inter-Asterisk eXchange protocol
• ISDN over IP – ISDN/CAPI-basierendes Protokoll
• MGCP und MeGaCo – Media Gateway Control Protocol H.248
• MiNET – von Mitel
• SIP – Session Initiation Protocol, IETF RFC 3261
• Skinny Client Control Protocol – von Cisco (nicht zu verwechseln mit SCCP (Q.71x) der ITU-T)

Es gibt derzeit eine Reihe von Ansätzen, den Teilnehmern eine individuelle Internet-Telefonnummer zu geben. Angefangen von reinen SIP-Nummern gibt es Ansätze zur Integration der Internet-Telefonie in den bestehenden Rufnummernplan der herkömmlichen Telefonnetze bis hin zu einem ganz neuen System. Wesentliche Gesichtspunkte der Europäischen Union und der deutschen Bundesnetzagentur (BNetzA) (früher: Regulierungsbehörde) sind vor allem die Einhaltung aller Vorschriften und mittelfristig die Integration von Notrufsystemen in die Internet-Telefonie.

Wie bei herkömmlicher Telefonie wird die Sprache zunächst analog mit einem Mikrofon (z.B. über den Telefonhörer) erfasst. Die analogen Sprachsignale werden digital verarbeitet und anschließend codiert bzw. komprimiert, um die zu übertragende Datenmenge zu reduzieren (ähnlich wie bei MP3). Der Transport der so umgewandelten Daten erfolgt dann über ein öffentliches oder privates Computernetzwerk. Bedingt durch das für die Transportsteuerung zuständige Internet Protocol (IP) werden die Daten dazu in viele kleine Pakete aufgeteilt.

Für Nutzer, die über das Internet lediglich mit anderen Internet-Nutzern kostenlos telefonieren wollen, bieten sich SIP-Adressen bzw. SIP-Nummern an. Um eine eigene SIP-Adresse im URI-Format zu bekommen, kann man sich bei vielen freien oder kostenpflichtigen Anbietern anmelden. Da viele Anbieter nur SIP-Adressen mit reinen Zahlenfolgen vergeben (z.B. 12345@sip-server.de), können auch IP-Telefone mit normaler Tastatur zum Wählen verwendet werden, um Gesprächspartner, die sich beim selben SIP-Server registriert haben, anzuwählen. Mit Vorwahlnummern können auch Gesprächspartner von anderen SIP-Servern angewählt werden. Die meisten Anbieter von SIP-Adressen ermöglichen auch das Telefonieren mit Teilnehmern des herkömmlichen Telefonnetzes, da sie bei solchen Gesprächen Geld verdienen können.

Eine Weiterentwicklung ist das ENUM. Es wird von einigen Netzbetreibern und sowohl von der deutschen (DENIC) als auch der österreichischen (NIC.AT) Domain-Vergabestelle vorangetrieben. Bei ENUM wird die Rufnummer umgekehrt und mit Punkten zwischen den einzelnen Ziffern versehen, als Subdomain der Top Level Domain "arpa" mit der Second Level Domain "e164" vorangestellt. Aus +49 12345 6789 wird also zum Beispiel 9.8.7.6.5.4.3.2.1.9.4.e164.arpa. Diese Lösung setzt allerdings voraus, dass der Telefonkunde schon über eine Rufnummer verfügt, für die in der Regel mindestens eine Grundgebühr zu zahlen ist. Aufgrund der EU-Richtlinien zur Rufnummern-Mitnahme bei Wechsel des Telefonproviders erlebt ENUM derzeit (zumindest in Österreich) den erhofften Aufschwung. Bevor Telefonprovider aufgrund eigener Datenbanken ein Telefongespräch vermitteln, wird überprüft, ob es zu der gerufenen Nummer und dem verwendeten Dienst bei ENUM einen DNS-Eintrag gibt. Falls ja, wird der Ruf zu der im DNS angegebenen Adresse vermittelt (PSTN- oder auch SIP-Teilnehmer). Kritisch zu beurteilen ist allerdings der öffentliche Ansatz von ENUM. Dadurch ist es Angreifern möglich, z.B. automatisierte kostenlose Werbeanrufe, so genannte SPITs, einzusetzen.

Einige VoIP-Anbieter geben ihren Kunden Nummern mit Vorwahlen von einigen deutschen Großstädten, damit sie auch aus dem herkömmlichen Telefonnetz angerufen werden können. Dieses Verfahren wurde in Deutschland von der Bundesnetzagentur auf solche Teilnehmer begrenzt, die in diesen Ortsnetzen ihren Wohnort haben. Die Begründung ist, dass ansonsten der Bezug, den die Vorwahl zum Wohnort hat, aufgelöst werde. Aus Kostengründen bieten die meisten VoIP-Anbieter nicht in allen Ortsnetzen lokale Nummern an. Falls der Kunde außerhalb eines verfügbaren Vorwahlbereiches wohnt, stellen viele Anbieter 0180x-Nummern zu Verfügung. Die Nummern sollten theoretisch weltweit von jedem Telefon und Handy aus erreichbar sein. Dieses Verfahren ist jedoch nur noch übergangsweise zulässig. Wenn der VoIP-Anbieter beim Verbindungsaufbau das SIP-Protokoll einsetzt, besitzt der Kunde neben der Ortsrufnummer gleichzeitig eine SIP-Nummer. Viele Anbieter teilen ihren Kunden jedoch lediglich die vergebene Festnetz-Rufnummer mit. Zudem blockieren viele dieser Anbieter Internet-Anrufe von Anrufern, die sich nicht ihm oder einem seiner Partner registriert haben. Dadurch kann man nur dann ein kostenloses Internet-Telefongespräch führen, wenn sich beide Gesprächspartner beim selben Anbieter (oder einem Partneranbieter) registriert haben.

In Österreich wurde speziell für konvergente Dienste – unter die auch die Internet-Telefonie fällt – die Vorwahl +43 720 (personal number) geschaffen. Eine ähnliche Lösung wurde auch von der deutschen Regulierungsbehörde empfohlen. Nach einer Vorwahl 032 kann ähnlich wie beim Mobilfunk mit einer „Blockkennung“ ein VoIP-Betreiber ausgewählt werden, um danach dann die eigentliche Endnummer des Teilnehmers zu wählen. Die 032-Rufnummern konnten sich bislang nicht bei den VoIP-Providern durchsetzen. Sie werden nur von wenigen VoIP-Anbietern genutzt. Die Erreichbarkeit stellt ein Problem dar, da die Rufnummerngasse von einigen Festnetzanbietern nicht unterstützt wird. Aus den Handynetzen von T-Mobile und O2 sind die Rufnummern erreichbar, jedoch nicht aus den Netzen von Vodafone und E-Plus. Die 032-Teilnehmernummer ist nicht mehr an einen DSL- oder Telefonanschluss gekoppelt, sondern kann unabhängig vom Anschluss vergeben werden. Nach diesem Schema können auch mobile VoIP-Geräte eine Rufnummer für die nomadische Nutzung erhalten.

Die analogen Signale werden durch einen Analog-Digital-Umsetzer in Digitalsignale umgewandelt und mittels Codecs in Audio-Binärformate gewandelt. Je nach verwendetem Codec können die Daten dabei unterschiedlich stark komprimiert werden. Die meisten Codecs benutzen dabei ein Verfahren, bei dem für das menschliche Gehör unwichtige Informationen weggelassen werden. Das verkleinert die Datenmenge und verringert so die zur Übertragung benötigte Bandbreite. Werden allerdings zu viele Informationen weggelassen, leidet auch die Sprachqualität. Die verschiedenen Codec-Verfahren beherrschen die Audiokompression unterschiedlich gut. Manche sind auch speziell dafür ausgelegt, eine niedrige Bandbreite um jeden Preis zu erreichen, andere dagegen verbessern die seit Jahrzehnten gewohnte Telefonqualität auf Radio- oder sogar CD-Niveau. Je nach Codec variieren also die erforderliche Bandbreite sowie die Sprachqualität. Damit die Daten nach dem Transport auch wieder korrekt in Sprache umgewandelt werden können, muss der Empfänger den gleichen Codec wie der Sender benutzen. Dieses Verfahren der Audiokompression wird übrigens heute schon beim Mobilfunk erfolgreich eingesetzt.

Im Normalfall schickt jedes Endgerät die codierten Sprachdaten direkt über das Netzwerk an die IP-Adresse der Gegenstelle. Die Gesprächsdaten fliessen also nicht über Server eines VoIP-Providers sondern werden direkt zwischen den Endgeräten der Teilnehmer ausgetauscht. Der eigentliche Transport der Daten erfolgt über das Real-Time Transport Protocol (RTP), gesteuert durch das Real-Time Transport Control Protocol (RTCP). RTP verwendet zur Übertragung in der Regel das User Datagram Protocol (UDP). UDP kommt zum Einsatz, da es ein minimales, verbindungsloses Netzwerkprotokoll ist, das nicht auf Zuverlässigkeit ausgelegt wurde wie beispielsweise das Transmission Control Protocol (TCP). Dies bedeutet, dass der Empfang der Sprachpakete nicht bestätigt wird, also keine Übertragungsgarantie besteht. Der Vorteil von UDP ist aber dessen geringere Latenzzeit gegenüber der von TCP, da nicht auf eine Bestätigung gewartet und fehlerhafte Pakete nicht neu gesendet werden und sich somit der Datenfluss insgesamt nicht verzögert. Eine vollkommen fehlerfreie Übertragung ist aufgrund der hohen Redundanz gesprochener Sprache und der Möglichkeit der verwendeten Codecs, Fehler zu korrigieren, unnötig. Für ein flüssiges Gespräch ist eine geringe Antwortverzögerung viel wichtiger.
 

Um eine qualitativ hochwertige Kommunikation über Voice-over-IP führen zu können, müssen die für den Sprachtransport verwendeten Datenpakete mit einer gewissen Mindestgeschwindigkeit beim Gegenüber ankommen. Mögliche Ursachen für eine schlechte Übertragung sind die im nachfolgenden aufgeführten Faktoren.
 

Damit eine Verbindung in ISDN-Qualität zustande kommen kann, muss ein DSL-Anschluss mit einer Bandbreite von mindestens 100 kbit/s in beide Richtungen zur Verfügung stehen. Bei ADSL kommt es also auf den Upstream an, der wesentlich geringer als der Downstream ist. Beispielrechnung zur benötigten Bandbreite.
 

Die Laufzeit bzw. Latenz (engl. Delay) ist eine grundsätzliche Verzögerungszeit, die beim Transport von Datenpaketen in einem IP-Netz entsteht. Bei der IP-Telefonie stellen 100 Millisekunden dabei die obere Grenze dar, bis zu der noch ein normales Gespräch möglich ist. Als Jitter bezeichnet man die zeitliche Schwankung zwischen dem Empfang von zwei Datenpaketen. Um große zeitliche Schwankungen zu kompensieren, werden so genannte „Pufferspeicher“ (Buffer) eingesetzt. Die Größe des Pufferspeicher muss immer mit Beachtung der Laufzeit geschehen. Ein zu groß gewählter Speicher kann zu einer Verschlechterung der Laufzeit führen.

 

Von Paketverlust spricht man, wenn gesendete Datenpakete den Empfänger nicht oder nicht in der richtigen Reihenfolge erreichen und deshalb verworfen werden. Alle vorgenannten Probleme werden, wenn sie verstärkt auftreten, als störend empfunden und können zur Unbrauchbarkeit der Sprachverbindung führen. Mögliche Ursachen dieser Probleme sind die anderen gleichzeitig über das Computernetzwerk übertragenen Datenpakete.

Die Ausfallsicherheit der IP-Telefonie ist derzeit wesentlich geringer als die herkömmlicher Telefonnetze. Eine amerikanische Studie vom Juni 2005 untersuchte die Verfügbarkeit von IP-Telefonie in den USA. Im Durchschnitt wurden knapp 97% erreicht. Das entspricht einem Ausfall an insgesamt 11 kompletten Tagen im Jahr. Zu bedenken ist außerdem, dass eine externe Spannungsversorgung für den Endkunden notwendig ist, und bei deren Ausfall auch kein Telefonieren mehr möglich ist, was bei einigen Kunden, speziell im ländlichen Raum, die Ausfallsicherheit stark reduziert. Zudem gibt es bei vielen DSL-Providern eine so genannte 24h Zwangstrennung, die dazu führt, dass bei ständig benutzter Leitung eine Trennung stattfindet. Die darauf nötige Neueinwahl kann unter Umständen mehrere Minuten betragen.

Bei der IP-Telefonie unterscheidet man zwischen der Anwendung innerhalb von Unternehmen und Institutionen (Enterprise-Telefonie) und der stark aufkommenden Nutzung im öffentlichen Internet (Internet-Telefonie im engeren Sinne).

Innerhalb von Unternehmen und Institutionen wird Voice over IP im zunehmenden Maße dazu genutzt, die Telefonanlage mit dem Computernetzwerk zusammenzulegen. Die Telefongespräche werden über das Netzwerk übertragen: Gespräche im Haus laufen über VoIP, Gespräche nach außerhalb werden über ein Gateway ins normale Telefonnetz geleitet. Die als Migration bezeichnete Umstellung von klassischer Telefonie auf VoIP erfolgt oft schrittweise. Teile einer Unternehmung, bevorzugt neue Abteilungen, erhalten die neue Technik. Die Struktur der Anlage wird in so genannten Szenarien beschrieben, die mehrere Übergänge zwischen konventioneller Telefonie und VoIP enthalten können. Durch VoIP werden sowohl die Telefonverkabelung als auch Teile der Telefonanlage eingespart. Die Sprachqualität und Zuverlässigkeit der Telefontechnik hängen jetzt aber komplett von der Netzwerktechnik ab.

Heute werden noch meist Multiplexverfahren wie etwa SDH oder das ältere PDH von Netzbetreibern (in Deutschland also hauptsächlich von der Deutschen Telekom AG) benutzt, um Telefongespräche abzuwickeln. Dadurch, dass mehr Gespräche über ein Kabel geführt werden können, wird der Preis für ein einzelnes Gespräch günstiger. Zunehmend stellen die Netzbetreiber allerdings ihr Backbone-Netz zu zwei neueren Technologien um: Diese sind zum einen ATM und zum anderen MPLS. Beide Techniken können sowohl Sprach-, Video- wie auch IP-Daten problemlos bewältigen. MPLS hat im direkten Vergleich inzwischen den Vorteil, dass die zu verwendende Hardware günstiger geworden und die Konfiguration etwas weniger komplex ist. Ziel der Entwicklung ist es, die heute noch getrennten Backbones für Telefonie- und IP-Verkehr zu einem einzigen Backbone zu verschmelzen.Die IP-Telefonie kann im Prinzip auch genutzt werden, um weltweit Gespräche über das Internet zu führen, die so genannte Internet-Telefonie. Wenn beide Teilnehmer einen Internetzugang nutzen, werden die Gespräche sehr preiswert bis kostenlos, unabhängig von den Orten, an denen sie sich gerade befinden. Über das Internet kann aber auch Verbindung zu einem Gateway aufgenommen werden, das eine Verbindung in die klassischen Telefonnetze herstellt. Während sich die Übertragungsbandbreiten in begrenzten Netzwerken wie einem Heimnetz, Unternehmensnetz oder ähnlichen noch vorhersagen und beeinflussen lassen, hilft bei der Internet-Telefonie nur die Wahl eines günstigen Codecs.

Die IP-Telefonie kann im Prinzip auch genutzt werden, um weltweit Gespräche über das Internet zu führen, die so genannte Internet-Telefonie. Wenn beide Teilnehmer einen Internetzugang nutzen, werden die Gespräche sehr preiswert bis kostenlos, unabhängig von den Orten, an denen sie sich gerade befinden. Über das Internet kann aber auch Verbindung zu einem Gateway aufgenommen werden, das eine Verbindung in die klassischen Telefonnetze herstellt. Während sich die Übertragungsbandbreiten in begrenzten Netzwerken wie einem Heimnetz, Unternehmensnetz oder ähnlichen noch vorhersagen und beeinflussen lassen, hilft bei der Internet-Telefonie nur die Wahl eines günstigen Codecs.



Autor: Martinf (http://de.wikipedia.org/wiki/Voip)