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Berliner Beauftragte für Datenschutz und Informationsfreiheit

Die Technik des VoIP


Kaum eine Technik erlebte eine vergleichbar rasante Entwicklung, um sich dann in einem noch schnelleren Tempo als selbstverständlich in den Köpfen der Menschen zu manifestieren. Im Jahre 2005 gab es bereits zahlreiche Veröffentlichungen und Diskussionen, die Vorteile, Gefahren und Chancen dieser Technologie thematisierten. Inzwischen hat die Internet-Telefonie wie selbstverständlich ihren Einzug bei Wirtschaft und Privathaushalten gehalten. Es gibt keinen größeren Kommunikationsanbieter, der diesen Dienst nicht in seinem Angebot hat.

Bei der klassischen Telefonie im Festnetz wird nach der erfolgreichen Vermittlung ein für die Zeit der Verbindung fester Kanal zur Übertragung der Töne bereitgestellt. Die Vermittlung erfolgt zum Beispiel beim in Deutschland eingesetzten ISDN über das sog. D-Kanal-Protokoll „DSS1“. Dies ist jene Funktion, die in der Anfangszeit der Telefonie „Das Fräulein vom Amt“ wahrnahm, das die Verbindung manuell zusammenstöpselte.

Die Internet-Telefonie verfolgt dagegen einen anderen Ansatz. Grundlage für die Übertragung bei VoIP ist ein Datennetzwerk auf der Basis des Internet- Protokolls (IP). Das bekannteste und größte Netzwerk auf dieser Basis ist das Internet. Aber auch Firmennetze und sogar Netze in Privathaushalten verwenden Netze auf der Basis von IP.

Das Prinzip ist immer gleich. Die Sprachinformationen werden beim Sender in digitale Signale umgewandelt. Solche Wandlungsverfahren werden in der Fachsprache „Codec“ genannt. Die Empfängerin und der Empfänger müssen den gleichen „Codec“ verwenden, um die Daten wieder in hörbare Sprache umzuwandeln. Jetzt müssen die Daten in geeigneter Form über das Netz gesendet werden. Erschwerend ist der Umstand, dass über das Datennetzwerk im Gegensatz zur klassischen Telefonie eine Vielzahl anderer Dienste, wie beispielsweise E-Mail oder World Wide Web (WWW), die zur Verfügung stehende Bandbreite nutzt.

Die Realisierung von Voice over IP verlangt einige Übertragungsprotokolle, die auf die Besonderheiten der Telefonie im Internet eingehen, weil die Struktur des Internet-Protokolls nicht für die Übertragung von Daten in Echtzeit konzipiert ist.

Zur Umgehung dieser Probleme wurde speziell das Real-Time Transport Protocol (RTP) entwickelt, über das der eigentliche Transport der Sprachdaten erfolgt. Gesteuert wird das RTP durch das Real-Time Control Protocol (RTCP). RTP verwendet zur Übertragung in der Regel das User Datagram Protocol (UDP), welches allerdings nicht auf Zuverlässigkeit ausgelegt wurde. Dies bedeutet, dass der Empfang der Sprachpakete nicht bestätigt wird, also keine Übertragungsgarantie besteht. Der Vorteil von UDP ist aber dessen geringere Verzögerungszeit, da nicht auf eine Bestätigung gewartet werden muss 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, nicht erforderlich.

Für eine störungsfreie Sprachübertragung ist trotzdem ein Mindestmaß an Leitungskapazität erforderlich. Ist die Kapazität zu gering, können einzelne Datenpakete verloren gehen oder nicht rechtzeitig zugestellt werden, sodass der Sprachempfang empfindlich gestört wird. Die Ursache dafür liegt meist im Datenstrom von der Teilnehmerin oder vom Teilnehmer zum Provider des genutzten DSLAngebots (Upstream), der üblicherweise nur ca. 10 % des Datenstroms in umgekehrter Richtung (Downstream) beträgt.

Die Priorisierung der Sprachdaten hilft bei kleinem Upstream. VoIP-fähige Router und Adapter, die dem Sprachverkehr eine feste Bandbreite reservieren oder die Sprachpakete gegenüber Datenpaketen vorrangig behandeln, übernehmen diese Priorisierung. Die meisten Router, die von den VoIP-Anbietern zusammen mit den DSL-Anschlüssen vermarktet werden, unterstützen diese QOS genannte Funktion.

Bevor ein Gespräch beginnt, muss eine Verbindung aufgebaut werden. Damit sie zu einem bestimmten VoIP-Endgerät aufgebaut werden kann, muss dessen Adresse eindeutig bekannt sein. Jedes VoIP-Endgerät benötigt ein eindeutiges Identifizierungsmerkmal (vergleichbar dem Adressschild am Briefkasten). Für die hier betrachteten Netze ist dies die IP-Adresse.

Allerdings werden meistens keine festen IP-Adressen verwendet. Durch einen speziellen Dienst (DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol) wird ihnen bei jedem Verbindungsaufbau mit dem Netzwerk eine neue dynamische IP-Adresse zugewiesen. Zusätzlich verwenden viele Nutzende Router, die Network Address Translation (NAT/IP Masquerading) beherrschen, womit mehrere Nutzende sich eine IP-Adresse im Internet teilen können. Es ist also nicht ohne Weiteres möglich festzustellen, unter welcher IP-Adresse das gewünschte VoIP-Endgerät zu erreichen ist.

Um diesem Problem zu begegnen, wurde das Session Initiation Protocol (SIP) entwickelt. Es erlaubt SIP-Endgeräten, wie beispielsweise einem SIP-Telefon, sich auf einem SIP-Server zeitlich befristet anzumelden.

SIP-Endgeräte, die eine Verbindung zu einem anderen SIP-Endgerät aufbauen wollen, können die aktuelle IP-Adresse beim SIP-Server erfragen. Die Adressierung findet über das vom E-Mail-Dienst bekannte Format statt. Eine Teilnehmeradresse würde dann z. B. “sip:user@domain.land” lauten. Dies bietet die Möglichkeit, zukünftig über eine Adresse erreichbar zu sein, die dann sowohl für E-Mail als auch Telefonie Verwendung findet.

Das Design des SIP lehnt sich an das http-Protokoll (Hypertext Transfer Protokoll) an, das beim WWW zur Anwendung kommt. Um eine eigene SIP-Adresse (URI) zu bekommen, muss man sich bei einem Anbieter registrieren lassen. Viele Anbieter ermöglichen das Telefonieren im klassischen Telefonnetz (Festnetz/ Mobilfunk). Meistens werden keine klar ersichtlichen SIP-Adressen vergeben, sondern hauptsächlich herkömmliche Rufnummern.

Mittlerweile implementieren immer mehr Hersteller SIP als Protokoll für den Verbindungsaufbau, sodass sich SIP zum Standard-Verbindungs-Protokoll für Voice over IP entwickelt.

Neben SIP existiert der Standard H.323, der funktional mit dem SIP-Protokoll vergleichbar ist. Es wurde für die Übertragung von Multimedia-Applikationen entwickelt und ist ein weiterer internationaler Standard für die Sprach-, Daten- und Videokommunikation über paketorientierte Netze. Der H.323-Standard besteht aus diversen Protokollen für die Signalisierung, zum Austausch von Endgerätefunktionalitäten, zur Verbindungskontrolle, zum Austausch von Statusinformationen und zur Datenflusskontrolle. Inzwischen liegt die dritte Version dieses Standards für die Übertragung von Leistungsmerkmalen vor.

Eine weit verbreitete und unentgeltlich erhältliche proprietäre Software für Internet- Telefonie und Instant Messaging ist unter dem Name Skype bekannt. Für Skype spricht der Umstand, dass es auch hinter den meisten Firewalls und NAT-Routern problemlos arbeitet. Entwickelt wurde die Software von Programmierern der Internettauschplattform KaZaA.

Ursprünglich ermöglichte Skype das kostenlose Telefonieren über das Internet zwischen zwei Rechnern. Mittlerweile ist aber auch das gebührenpflichtige Telefonieren zum Festnetz bzw. zu Mobilfunknetzen („SkypeOut“) möglich. Der ebenfalls gebührenpflichtige Dienst „SkypeIn“ ermöglicht die Erreichbarkeit aus dem herkömmlichen Telefonnetz. Auch zusätzliche Dienste wie beispielsweise die Konferenzschaltungen sind für bis zu zehn Gesprächsteilnehmerinnen und -teilnehmer möglich.

Zur Wahrung der Vertraulichkeit können Verbindungen von PC zu PC verschlüsselt werden. Da der Programmkode nicht öffentlich ist, kann über die Sicherheit des Verfahrens keine Aussage gemacht werden.

Da das Skype-VoIP-Protokoll nicht auf Standardprotokollen basiert, kann es nur mit der originalen Skype-Software genutzt werden. Über eine Programmierschnittstelle (Skype-API) ist es auch externen Programmen möglich, auf Funktionalitäten des Skype-Clients und auf Teile des Skype-Netzwerkes zuzugreifen.

Dem Grunde nach ist Skype ein sog. Peer-to-Peer-Dienst. Das bedeutet, dass es keine zentrale Infrastruktur gibt, auf die die Teilnehmenden zugreifen. Die Rechner der Nutzenden sind zugleich Klient, Weiterleitungsknoten als auch Server. Nur bei Nutzung der gebührenpflichtigen Dienste „SkypeIn“ und „SkypeOut“ werden zentrale Knoten genutzt.

14.11.2008