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Definition Was ist VoIP?

| Autor / Redakteur: M.A. Dirk Srocke / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

VoIP steht für Voice over IP – und wird synonym für die Telefonie per Internet verwendet. Der Ansatz kann einerseits Gesprächskosten senken und konvergente Netze voranbringen, birgt jedoch auch neue Herausforderungen bei Sicherheit, Verfügbarkeit und der Nutzung traditioneller Dienste.

(© aga7ta - Fotolia)

Bereits die Bezeichnung von „Voice over IP“ verdeutlicht: Bei VoIP werden Sprachdaten über paketbasierte Datennetze übertragen – und nicht wie bei klassischen Telefonnetzen über dediziert geschaltete Leitungen. Das ist einerseits praktisch und kostengünstig: Statt doppelte Infrastrukturen für Telefonie und Datennetze vorhalten zu müssen, benötigen Organisationen oder Carrier nur noch eine konvergente Infrastruktur. Vernachlässigt man die genutzte Bandbreite, können interne Gespräche zudem ohne zusätzliche Kosten geführt werden. Andererseits müssen mit den paketbasierten VoIP-Verbindungen auch Vorkehrungen getroffen werden, um ein adäquates Nutzererlebnis sicherzustellen und Verbindungen zu klassischen Kommunikationsnetzen zu ermöglichen.

Geschichte und Standardisierung

Schon Anfang der 1970er Jahre gab es Versuche, Sprache über Datennetze zu übertragen – in Form von Audiodaten die mit knapp dreieinhalb Kilobit pro Sekunde über das damalige ARPANET verschickt wurden. Wirklich an Fahrt gewann VoIP allerdings erst Mitte der 1990er, als verschiedene Clients für die Kommunikation per Ton respektive Bild und Ton erschienen.

Etwa zur gleichen Zeit begannen auch entsprechende Standardisierungsbemühungen. Noch unter dem sperrigen Namen „Visual Telephone Systems and Equipment for Local Area Networks Which Provide a Non-Guaranteed Quality of Service“ schlug die Internationale Fernmeldeunion im Jahr 1996 eine Architektur für die Internettelefonie vor. Die später in „Packet-based Multimedia Communications Systems“ umbenannte Empfehlung H.323 verweist auf eine Vielzahl spezifischer Protokolle für Sprachkodierung, Gesprächsaufbau, Signalisierung oder Datentransport. Zentrales Element des Ansatzes ist ein Gateway, das die Verbindung zwischen VoIP-Infrastrukturen und klassischem Telefonnetz herstellt. Für lokale Netze beschreibt das Modell zudem einen Gatekeeper, der die angeschlossenen Terminals zu einer Zone zusammenfasst.

Während Kritiker H.323 zugleich als groß, komplex und unflexibel betrachten, verfolgt die IETF mit dem Session Initiation Protocol (SIP) einen alternativen Ansatz. Das aktuell in RFC 3261 beschriebene Protokoll arbeitet auf der Anwendungsschicht und nutzt seinerseits UDP oder TCP. SIP ist lediglich für den Verbindungsaufbau und -abbau von Gesprächen oder andere Multimediakonferenzen zuständig; für den Datentransfer kommen andere Protokolle zum Einsatz, beispielsweise RTP/RTCP. Äquivalent zur Telefonnummer nutzt SIP Kennungen im URL-Format.

H.323 und SIP waren allerdings mitnichten das Ende proprietärer VoIP-Anwendungen. Messenger, wie das 2003 eingeführte Skype beinhalten so etwa VoIP-Funktionen, nutzen hierfür aber proprietäre Netzwerkprotokolle.

Architektur und Auswirkungen auf klassische Dienste

Bei VoIP werden Audiodaten aufgenommen, digital kodiert sowie optional komprimiert und schließlich als Datenpakete übertragen – in der Regel direkt von Client zu Client und ohne Umweg über einen Server. Das von SIP verwendete Real-Time Transport Protocol (RTP) setzt dabei das User Datagram Protocol (UDP). Grund: Im Vergleich zu TCP bietet das Protokoll eine geringere Latenz. Nachteil: Der Empfang von Datenpaketen wird nicht bestätigt und so gibt es auch keine Garantie, dass alle Daten durchkommen.

Für das gesprochene Wort ist solch ein Ansatz praktikabel, weil hier eine geringe Laufzeit von Daten wichtiger ist als deren Vollständigkeit. Beim Versand von Faxen per Sprachcodec und ohne Empfangsgarantie für alle Pakete kann es hier jedoch Probleme – sprich Verbindungsabbrüche – geben. Als alternative Verfahren bieten sich T.37 (E-Mail-basiert) oder T.38 (Echtzeit) an. Als Vermittler zum klassischen Telefonnetz bedarf es hierbei eines passenden Gateways; zudem gibt es auch für den direkten T.38-Versand von Gerät zu Gerät ausgelegte Faxsysteme.

Telefonnummer

Eine klassische Telefonnummer ist für VoIP nicht grundsätzlich nötig, aber für die Kommunikation mit traditionellen Telefonnetzen hilfreich. Soll ein per SIP angebundener Anschluss angerufen werden, sollte diesem eine klassische Telefonnummer zugeordnet sein.

Mit „E.164 Number Mapping“ (ENUM) existiert zudem eine Anwendung des Domain Name Systems (DNS), bei dem klassische Telefonnummern in Internet-Adressen übersetzt werden. Somit können Anrufer eine traditionelle Nummer wählen und dennoch direkt per VoIP mit dem Endgerät des Angerufenen kommunizieren.

Qualität

Pro unkomprimiertem VoIP-Gespräch setzt man eine maximal nötige Durchsatzrate von 100 kbit/s an – ausgehend von 64 kbit/s Nutzdaten und zusätzlichem Overload. Zur Gesprächsqualität tragen weiterhin Paketverluste und Paketlaufzeiten (Latenz) bei, die idealerweise möglichst gering ausfallen. Gleiches gilt für den Jitter, also die Unterschiede in den Laufzeiten einzelner Pakete. Puffer können diesen Jitter in Maßen ausgleichen, erhöhen jedoch die Laufzeit von Paketen und somit die Verzögerung in der Kommunikation.

Weitere Herausforderungen

Die Verfügbarkeit von VoIP steht und fällt prinzipbedingt mit der Verfügbarkeit des Datennetzes. Betreiber erkaufen sich also die Vorteile eines einheitlichen, konvergenten Netzes für Sprache und Daten im Zweifel mit Nachteilen bei der Redundanz: Wenn das Datennetz ausfällt, steht für Telefonate nicht per se eine alternative Infrastruktur bereit.

Während klassische Telefonnetze in der Lage waren, Telefone in Grenzen mit Energie zu versorgen, bedeutet ein Stromausfall bei VoIP mit Sicherheit, dass Geräte nicht mehr erreichbar sind. Weil sich VoIP auch ortsunabhängig nutzen lässt stellt sich zudem die Frage nach einer Lokalisierung von abgesetzten Notrufen.

Zu beachten sind zudem einige Sicherheitsaspekte. Weil VoIP-Gespräche über ein geteiltes Medium übertragen werden, können – nicht zusätzlich verschlüsselte – Gespräche unter Umständen abgehört werden. Zudem gilt dass SIP trotz verschiedener Sicherheitsmechanismen anfällig für DoS-Angriffe ist.

Schließlich können VoIP-Telefonanlagen zusätzliche Einfallstore für Angriffe auf die IT von Unternehmen öffnen: Weil eingehende Anrufe stets durchgestellt werden, müssen zusätzliche Firewallports dauerhaft durchlässig sein.

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