Das Session Initiation Protocol für die Unternehmenskommunikation

SIP – das Protokoll der Kommunikationskonvergenz

22.08.2007 | Autor / Redakteur: Thomas Wiemers / Ulrike Ostler

Das „Fräulein vom Amt“ ist Geschichte. Doch die Regel der Reichstelegraphenverwaltung für Sprachprotokolle, die definierte, dass Verbindungen zwischen Teilnehmern zentral auf- und abgebaut gehören, prägt auch heute noch die Struktur der öffentlichen und privaten Telefonsysteme. Aber die IP-Kommunikation ändert alles.

Tatsächlich wurden im Bereich der Bundesrepublik Deutschland vereinzelt Gespräche bis zum 29. April 1966 noch handvermittelt, im Bereich der Deutschen Post der DDR noch bis zum Jahr 1987. Dagegen ist das das Internet und sein Vorgänger, das Arpanet, noch jung.

Doch das ist nicht der einzige Unterschied. Sie sind als dezentrales Netzwerk konzipiert. Rechner können direkt miteinander kommunizieren ohne zentrale Vermittlungsinstanzen. Wesentliche Voraussetzung hierfür war die Schaffung einer administrativen Einheit, die Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN), die die Pflege der Zuordnung von IP-Adressen auf Domain-Namen weltweit sicherstellt und damit den Betrieb der DNS Root Nameserver koordiniert. Dadurch kann die Erreichbarkeit eines IP-vernetzten Rechners weltweit sichergestellt werden.

Ursprünglich nur als Vernetzungssystem verschiedener Universitäten und Forschungseinrichtungen konzipiert, stieg die Nutzung und damit auch die Bedeutung des Internets rasant an durch die Entwicklung von Applikationen wie E-Mail oder das Browser-basierte World Wide Web, die die Internet-Technologie und das IP-Protokoll nutzen.

Bereits 1971 überstieg das Gesamtvolumen des elektronischen Mailverkehrs das Datenvolumen, das über die anderen Protokolle des ARPANET, das Telnet und FTP abgewickelt wurde. 1989 hat dann im Cern bei Genf Tim Berner-Lee die Grundlagen für das World Wide Web entwickelt.

SIP-Philosophie und -Historie

1996 wurde der Draft einer weiteren Applikation zur Normierung bei der IETF eingereicht. Basierend auf der dezentralen Struktur des Internets wurde ein Simple Conference Invitation Protocol (SCIP) vorgeschlagen, um Multimedia Peer-to-Peer-Konferenzen zu ermöglichen, zum Beispiel Computerspiele zwischen zwei oder mehr Personen über das Internet.

Dieses SCIP-Protokoll war der Vorgänger des Session Initiation Protocols (SIP), das von der Internet Engineering Task Force (IETF) standardisiert wurde. SIP beschränkte sich nicht mehr allein auf Multimedia Conferencing, sondern umfasste nun alle Kommunikationsformen, insbesondere auch die Internet-Telefonie. Am 3. Juli 2002 wurde dann mit dem Request for Comments (RFC) 3261 das SIP-Protokoll beschrieben und zum Standard entwickelt (siehe: Abbildung 1, Link: Handly/Schooler)

Wesentliches Merkmal einer SIP basierten Kommunikation ist es, auch während einer Session die verwendeten Codecs zwischen den Teilnehmern und damit die Kommunikationsform wieder und wieder verändern zu können. Darüber hinaus ist das „Signalling“ für SIP-basierte Kommunikation, also das Verhandeln der Kommunikationsmodalitäten zwischen den Teilnehmern („User Agents“), logisch getrennt vom Transport der eigentlichen Kommunikationsdaten („Payload“).

Basierend auf dem Session Description Protocol SDP (RFC 2327) werden die Codecs und Transportprotokolle zwischen den Endpunkten ausgehandelt. Das Realtime Transport Protocol RTP (RFC 3550) dient dazu, das Format des Multimedia-Datenstroms (Audio, Video, Chats) und dessen Paketierung über das Internet Protokol zu definieren (siehe: Abbildung 2)

Der Verzicht auf eine zentrale Vermittlungsinstanz beim SIP-Protokoll entspricht der Philosophie des Internets und ist für Konsumer-Anwendungen durchaus ein veritabler Ansatz: Die Authentisierung geschieht durch Zuweisung und Erkennung einer gültigen SIP-Adresse, die Autorisierung kann durch die Applikation selbst erfolgen und eine Vergebührung („Accounting“) kann, sofern überhaupt relevant, bilateral vereinbart werden (siehe: Abbildung 3)

Der Gesprächsaufbau geschieht durch die Verwendung einzelner SIP-Kommandos, wie INVITE. Im Gegensatz zu proprietären Systemen sind diese Kommandos als ASCII-Kommandos leicht lesbar (siehe: Abbildung 4).

Kommunikation als SIP basierte Applikation

Für den Einsatz von SIP innerhalb eines Unternehmensnetzwerks oder zwischen Unternehmen und Institutionen kann auf wirkungsvolle A³ Mechanismen (Authentisierung, Authorisierung, Accounting) nicht verzichtet werden, da der Schutz von sensiblen Unternehmensdaten und Unternehmenskommunikation höchste Priorität bei der strategischen Planung von Unternehmenskommunikation haben muss.

SIP-basierte Kommunikationssysteme für Unternehmen verfügen daher über einen Back-to-Back-User-Agent („B2BUA“) als weitere Instanz im Kommunikationsnetzwerk, der den Zugang zu den Kommunikationsservices zentral verwaltet, dokumentiert und Call Data Records (CDR) für nachgelagerte Vergebührungssysteme zur Verfügung stellt.

Diese Architektur-Erweiterung hat aber keinerlei Einfluss auf das SIP-Protokoll selbst. Eine B2BUA-Lösung ist bei entsprechender Implementierung hundertprozentig SIP-kompatibel.

Auch kann diese B2BUA-Instanz dem Unternehmen viele Leistungsmerkmale zur Verfügung stellen, wie Chef-Sekretärin-Schaltung, Rückruf im Besetzt-/oder Freifall, Ankopplung an Groupware-Applikationen wie Microsoft Outlook oder IBM Lotus Notes, oder die Einbeziehung von zentralen Unternehmens-Datenbanken zur Teilnehmerverwaltung (siehe: Abbildung 5)

In der proprietären VoIP-Welt wurden Leistungsmerkmale durch die Verwendung von Elementen proprietärer Protokolle wie Skinny oder CorNet realisiert (Das Skinny Client Control Protocol (SCCP) ist der proprietäre Cisco-Standard für Telefonate und Konferenzen auf Basis des Internet-Protokolls und CorNet-IP ist ein von Siemens entwickeltes Protokoll ebenfalls basierend auf dem Internet Protokoll).

In der SIP-Welt werden diese Leistungsmerkmale durch die intelligente Verwendung von mehreren SIP-Kommandos generiert. Die Chef-Sekretärin-Schaltung wird z.B. nachgebildet durch „Call Forward“ und mehrere „Invite“-Kommandos.

SIP bedeutet daher nicht automatisch verringerten Leistungsumfang gegenüber klassischer, proprietärer Telefonie. SIP ist eine neuartige Kommunikationsphilosophie und die Basis für eine Enterprise-2.0-Kommunikationsarchitektur, die die vielfältigen Kommunikationsformen von Web 2.0 mit der Zuverlässigkeit und den Leistungsmerkmalen klassischer Unternehmenskommunikation verbindet.

SIP kann als Protokoll eingesetzte werden:

  • innerhalb eines Unternehmens von Teilnehmer zu Teilnehmer
  • zur Business Process Integration durch die Kopplung von Geschäfts-Applikationen und Kommunikation
  • zur Anbindung an SIP-Carrier, die als Alternative zu traditionellen PSTN neue Geschäftsmodelle anbieten.

Eine VoIP-basierte Architektur ist auf diesem Weg nur ein Zwischenschritt, da sie nur das traditionelle PBX-Deployment-Modell wiederholt. Kosteneinsparung lassen sich dennoch erreichen, z.B. durch die Vereinheitlichung der Verkabelung von Telefonie und PC (siehe: Abbildung 6).

Zur Implementierung dieser neuen SIP-Philosophie, gibt es mehrere Möglichkeiten. Einerseits lassen sich existierende Vermittlungssysteme wie die HiPath 4000 von Siemens oder der Unified Call Manager von Cisco um Architektur-Elemente erweitern, die die Anbindung an SIP-Carrier oder die Unterstützung von SIP-Teilnehmern ermöglichen (siehe: Abbildung 7).

Beide Architekturen haben jedoch ihre Grenzen, wenn Kommunikation als Software-Applikation oder als virtualisierter Service im IT Data Center erbracht werden soll.

Hierfür muss ein Kommunikationssystem als Software „native“ um das SIP Protokoll und den Back-to-Back-User-Agent neu entwickelt werden. Mit der HiPath 8000 von Siemens ist für große Unternehmen ein solches SIP-System realisiert worden.

SIP zu Asterisk

Die Open-Source-Software Asteriks verfolgt einen ähnlichen Architekturansatz, ist jedoch vom Geschäftsmodell völlig verschieden. Ähnlich wie bei Linus Torvalds Linux begeistert die Idee einer OpenSource Software. Bei Linux haben erst Distributions- und professionelle Servicemodelle zum Markterfolg dieses Betriebssystems beigetragen.

Idealerweise wird SIP als reine Software-Applikation implementiert (siehe: Abbildung 8), die auf einem ausfallsicheren Rechnersystem und Linux-Betriebssystem läuft. Die Cluster-Software steuert die Verwaltung der Server, während die Resilient Telco Platform gegenüber der Applikation eine hoch-ausfallsichere Computing Platform darstellt.

Für große Unternehmen bis zu 100.000 Teilnehmer reichen zwei Standard-Server aus, da nur das Signaling durch den SIP Softswitch verarbeitet wird. Für den Katastrophenfall sollten beide Server geographisch separiert werden können.

Diese radikale Implementierung der SIP-Philosphie ermöglicht, dass Kommunikation im ISO/OSI Schichten Modell als Layer-7-Applikation erbracht werden kann (siehe: Abbildung 9).

Das SIP-Protokoll und die Internet Transport-Technologie ist die Basis für die Konvergenz von IT und Telekommunikation (ICT):

  • Klare Trennung von Applikations- und Transportebene: Kommunikation als IT Service
  • Kommunikation überall: Festnetz, Mobilnetz, schnurlos
  • Kommunikation multi-medial: Voice, Video, IM

Konvergenz auf mehreren Ebenen

SIP als Konvergenz-Protokoll ermöglicht nicht nur die Verbindung von Teilnehmer zu Teilnehmer sondern auch die intelligente Anbindung von Applikationen.

Konkret bedeutet dies, dass SIP-Endgeräte eines Herstellers mit B2BUA-Systemen eines anderen Herstellers integrierbar sind. Zum Beispiel lassen sich Siemens Openstage-Endgeräte an einem Asterisk-Softswitch betreiben, Cisco SIP-Endgeräte interagieren mit einer HiPath 8000 von Siemens, sofern die Cisco Endgeräte den SIP-Standard vollständig unterstützen (siehe: Abbildung 10).

Gleichzeitig werden Mechanismen zur Verfügung gestellt, die sowohl die Signalling als auch die Payload via SRTP verschlüsseln, um eine sichere Kommunikation von Ende zu Ende zu ermöglichen. Offene Standards sind also nicht gleichbedeutend für offen sein für alle Internet-typischen Angriffe auf die Firmennetzwerke.

Migration

Für große Unternehmen ist es wichtig, dass ihr Kommunikationssystem nicht im Sinn von „rip & replace“ umgestellt wird, sondern, dass eine sanfte Migration ermöglicht wird. Hierzu kann die Erweiterung bestehender Anlagen um die SIP-Funktionalität sehr sinnvoll sein.

Dadurch können vorhandene PBX-Anlagen als Media Gateways in eine SIP-basierte Lösung integriert werden. Bei einer sinnvollen Implementierung von SIP in bestehende Anlagen können zwischen verschiedenen Anlagen Leistungsmerkmale vermittelt werden, die über den Q.Sig Funktionsumfang hinausgehen (siehe: Abbildung 11).

Als Teil dieser Migrationsstrategie ist ein SIP-immanenter Vorteil von erheblicher Bedeutung. Anstatt wie bei der VoIP-Architektur, die immer standortorientiert ist, kann ein benutzerbasiertes Deployment-Modell angewandt werden.

Ein User lässt sich unabhängig von der geographischen Position des Softswitches jederzeit an den virtualisierten Service angeschließen. Kommunikation wird SIP-basiert zu einem IT Service, der zentral erbracht wird. Dadurch sinken die MAC-Kosten für Move, Add und Changes deutlich (siehe: Abbildung 13).

SIP-Ausblick: ENUM und grenzenlose Mobilität

Die ursprüngliche Ausrichtung des SIP-Protokolls auf Peer-to-Peer-Kommunikation kann für die Weiterentwicklung der Internet-Telefonie von entscheidender Bedeutung sein: Jedem SIP-Teilnehmer wird eine ein-eindeutige SIP-Adresse zugewiesen, die ihn weltweit erreichbar macht.

Klassische Telefonnummern sind auch eindeutig, diese sind jedoch nicht einem Teilnehmer zugeordnet, sondern einem Anschluss an einer PBX. Ein weltweit gültiger Nummernplan basiert auf der ITU-Empfehlung E.164.

Um klassische Telefonnummern mit SIP-Adressen zu verbinden, wird im RFC 2916 das Telephone Number Mapping („ENUM“) definiert. Dadurch wird eine durchgängige User-orientierte Identifizierung und Adressierung möglich, die sowohl für die Internet-Telefonie als auch für das klassische Telefonnetz gilt.

Entsprechend des IETF Mappings lässt sich zum Beispiel aus der Münchener Telefonnummer +49 89 722 12345 durch Umkehren der Reihenfolge der Ziffern und Einfügen von Punkten zwischen den einzelnen Ziffern die ENUM domain 5.4.3.2.1.2.2.7.9.8.9.4e164.arpa generieren, die im DNS registriert sein muss (siehe: Abbildung 12).

Bei der Spezifikation von mobilen Kommunikationsnetzen der dritten Generation wurde architekturell unterschieden zwischen der klassischen Circuit-Switch Domain und Packet-Switch bzw. IP-Domain.

Das Third-Generation-Partnership-Project Normierungsgremium, die 3GPP, hat sich für SIP als Call-Control-Protokoll entschieden.

Dadurch wird eine Ende-zu-Ende-SIP-Verbindung von Unternehmensnetz zu Mobilnetz möglich, wobei der mobile Operator nur noch in seiner Packetdomain ein QoS gesicherte Datenverbindung zur Verfügung stellt.

Konvergenz-Fazit

Traditionell haben sich die Kommunikationssysteme im öffentlichen und privaten Netz unterschiedlich entwickelt als die Internet-basierten Kommunikationsdienste und die Services der Mobilfunkbetreiber. Nicht nur auf den Visitenkarten stehen mehrere Kontaktnummern, sie beschreiben die Fragmentierung der Kommunikationslandschaft.

SIP als Protokoll der Konvergenz ermöglicht eine Vereinheitlichung der Kommunikation, ein Zusammenwachsen von bisher getrennten Welten. Dies kann aber nur dann wirkungsvoll geschehen, wenn die SIP Systeme sich nahtlos integrieren lassen in die IT Data Center, wenn Kommunikation als IT-Service angeboten wird. Diese Öffnung hin zu einer Welt von offenen Standards, Protokollen und Service-Orientierten Architekturen ermöglicht erst leistungsfähige Enterprise 2.0-Kommunikationsstrukturen.

Thomas Wiemers ist Vice President Strategic Marketing bei Siemens Enterprise Communications.

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