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Voice over IP - IP-Telefonie

Prinzip eines Gespräches via IP-Telefonie
Internettelefonie
Verbindungspreise
Unsichere Übertragungsqualität
Geringere Ausfallsicherheit
Rufnummernplan
Entwicklung
Aktuelle Lösungen

Die IP-Telefonie, auch als Voice over IP (kurz VoIP) bekannt, ist dasTelefonieren über ein Computernetzwerk auf der Grundlage des Internet Protocol. Wird die IP-Telefonie genutzt, um Gespräche über das Internet zu führen, spricht man von Internettelefonie.

Der wesentliche Unterschied zur herkömmlichen Telefonie besteht darin, dass die Sprachinformation nicht über eine geschaltete Verbindung in einem Telefonnetz übertragen wird, sondern aufgeteilt inIP-Pakete, die auf nicht festgelegten Wegen in einem Netzwerk zum Ziel gelangen. Die IP-Telefonie kann sich die Infrastruktur, also das Netzwerk, mit anderen Kommunikationsdiensten teilen.

Die IP-Telefonie ist eine junge Technologie. Das Ziel der Hardware- und Softwareentwickler ist es, eine Qualität und Zuverlässigkeit zu erreichen, die der klassischen Telefonie entspricht. Eine entscheidende Rolle dafür spielt das Netzwerk, über das die Daten übertragen werden. Der Vergleich zwischen IP-Telefonie und klassischer Telefonie bietet reichlich Stoff für Diskussionen.

Funktionsprinzip
Das Telefonieren an sich stellt sich für den Teilnehmer genauso dar wie in der klassischen Telefonie.Wie bei herkömmlicher Telefonie wird die Sprache zunächst analog mit einem Mikrofon vom Sprecher erfasst. Diese analogen Informationen werden dann durch einen Wandler in ein digitales Format überführt und über Codecs in entsprechende Audio-Binärformate gewandelt. Je nach verwendetem Codec können die Daten dabei unterschiedlich stark komprimiert werden. Die meisten Codecs benutzen dabei ein Verfahren bei dem, ähnlich wie bei MP3-Dateien, 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. Je nach Codec variiert also die erforderliche Bandbreite sowie die Sprachqualität. Damit die Daten nach dem Transport auch wieder korrekt in Sprache umgewandelt werden können, muss der Empfänger denselben Codec wie der Sender benutzen.

Der Transport der umgewandelten Daten erfolgt dann über ein öffentliches oder privates Computernetzwerk. Die Daten werden dazu in viele kleine Pakete aufgeteilt, weshalb auch ein Gespräch nun nicht mehr eine ganze Leitung benötigt. Allerdings müssen diese Pakete natürlich mit einer gewissen Mindestgeschwindigkeit beim Gegenüber ankommen, damit eine Kommunikation möglich ist. Eine Laufzeit (engl. Delay) von 200 Millisekunden stellt dabei die obere Grenze dar, bis zu der noch ein normales Gespräch möglich ist “ bei größeren Werten wird die Verzögerung als störend wahrgenommen. Werden gleichzeitig noch andere Pakete über das Computernetzwerk Übertragen, zum Beispiel die Pakete einer Internetseite, dann ist dies eventuell nicht mehr gewährleistet. Eine Priorisierung der "Sprachpakete" wäre also sinnvoll. Das heute im Internet verwendete Protokoll IPv4 bietet die Priorisierung nicht. Erst das Nachfolgeprotokoll IPv6 bietet diese Technik, die dort als Quality of Service (Übertragungsqualität) bezeichnet wird.

Prinzip eines Gespräches via IP-Telefonie

Gateways

Damit Verbindungen zu herkömmlichen Telefonen hergestellt werden können, werden Vermittlungsrechner, die so genannten Gateways, benutzt. Diese sind sowohl mit dem Kommunikationsnetzwerk des IP-Telefons als auch mit dem Telefonnetz verbunden. Empfangen diese eine Anfrage von einem IP-Telefon, leiten sie diese ins Telefonnetz um, indem sie die gewünschte Nummer anrufen. Erhalten sie einen Anruf aus dem Telefonnetz, leiten sie eine Anfrage an das entsprechende IP-Telefon weiter.

Einfachere Infrastruktur in Firmen und Institutionen

Innerhalb von Firmen und Institutionen kann Voice over IP dazu genutzt werden, 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 Migration genannte Umstellung von klassischer Telefonie auf VoIP erfolgt oft schrittweise. Teile einer Firma, 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 wird die Telefonverkabelung und Teile der Telefonanlage eingespart. Die Sprachqualität und Zuverlässigkeit der Telefontechnik hängt jetzt aber komplett von der Netzwerktechnik ab.

Das Gateway ist ein Vermittler zwischen den beiden Technologien

Internettelefonie

Die IP-Telefonie kann auch genutzt werden, um weltweit Gespräche über das Internet zu führen, die so genannte Internettelefonie. Wenn beide Teilnehmer einen Internetzugang nutzen, werden die Gespräche sehr preiswert, 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 Ãœbertragungsbandbreiten in begrenzten Netzwerken wie einem Heimnetz, Firmennetz oder ähnlichen noch vorhersagen und beeinflussen lassen, hilft bei der Internettelefonie nur die Wahl eines günstigen Codecs.

Verbindungspreise

Die Einführung der Internettelefonie bringt neue Möglichkeiten auf der Suche nach der preiswertesten Telefonverbindung (Least Cost Routing). Sind beide Teilnehmer mit dem Internet verbunden, so müssen auch beide die Kosten für ihren Internetzugang während des Telefongesprächs tragen. Je nach Vertrag mit ihrem Provider (Flatrate, Volumentarif, Zeittarif) entstehen sehr unterschiedliche Gesprächspreise.

Möchte man über das Internet einen Teilnehmer eines Telefonnetz anrufen, so benötigt man ein Gateway für die Verbindung ins klassische Telefonnetz. Die Benutzung des Telefonnetzes zahlt man an den Betreiber des Gateways, die Preise für Telefongespräche sind vergleichbar mit denen von Call-by-Call Anbietern. Dem Nutzer dieser Angebote bleibt nur der genaue Blick in die Tariftabellen des jeweiligen Anbieters, um zu entscheiden, ob ihm die Internettelefonie Kostenvorteile bringt.

Bei Auslandsgesprächen ist der Standort des Gateways entscheidend: bis zum Gateway wird der günstige Internetzugang benutzt, danach gelten die Telefonpreise des Gatewayanbieters. Ãœber ein deutsches Gateway können Gespräche ins Ausland teurer werden als durch die Wahl eines günstigen Call-by-Call Anbieters im Festnetz.

Unsichere Übertragungsqualität

Da das Internet in seiner heutigen Form (Stand 2004) keine gesicherte Übertragungsqualität zwischen Teilnehmern garantiert, kann es durchaus zu Übertragungsverlusten und Aussetzern kommen, so dass die Sprachqualität nicht der von herkömmlichen Telefonnetzen entspricht. Im Extremfall kann die Sprache bis zur völligen Unverständlichkeit verzerrt werden. Von Netzbetreibern, die mit IP-Telefonie Werbung für ihre Digital Subscriber Line-Anschlüsse (DSL) machen, wird oft behauptet, dass ein DSL-Zugang zum Internet diese Qualitätsprobleme beseitigen würde. Dies wird jedoch weithin als reines Marketing-Argument angesehen, da der qualitätsbeeinträchtigende Flaschenhals in aller Regel nicht in der letzten Meile liegt, sondern im Internet selbst.

Geringere Ausfallsicherheit

Aktuell bietet das Internet eine wesentlich geringere Ausfallsicherheit als die Telefonnetze. So sind beispielsweise die Vermittlungsstellen des Telefonnetzes in der Regel gedoppelt, so dass bei Ausfall einer Vermittlungsstelle die Ersatz-Vermittlungsstelle innerhalb kürzester Zeit den Betrieb übernehmen kann. Diese Sicherheit ist im Internet nicht gegeben: einige wenige zentrale Netzknoten des Internets können bei Ausfall flächendeckend den gesamten Verkehr lahm legen. Wenn also das Internet als Ãœbertragungsweg für die paketierten Daten gewählt wird, nimmt man auch dessen geringere Ausfallsicherheit in Kauf.

Rufnummernplan

Für die Internettelefonie gibt es zur Zeit keinen internationalen oder nationalen Rufnummernplan.

Jedoch gibt es verschiedene Ansätze, dieses Problem zu lösen. Ein Verfahren mit dem Namen ENUM wird von einigen Netzbetreibern und von der DENIC, der Vergabestelle der .de-Domains, vorangetrieben. Bei ENUM wird die Telefonnummer umgedreht und mit Punkten versehen als Subdomain an eine TopLevel-Domain (normalerweise e164.arpa) angehängt. Aus +49 12345 6789 wird also z.B. 9.8.7.6.5.4.3.2.1.9.4.e164.arpa. Diese Lösung setzt allerdings voraus, dass der Telefonkunde schon über eine Telefonnummer verfügt, für die in der Regel mindestens eine Grundgebühr zu zahlen ist.

Der kurzfristige Ansatz, der von einigen Unternehmen gewählt wurde, einfach Nummern mit Vorwahlen von einigen deutschen Großstädten zu verwenden, wurde in Deutschland von der Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (RegTP) untersagt bzw. auf die Teilnehmer begrenzt die in diesen Ortsnetzen ihren Wohnort haben (Stand 6. Okt. 2004 [1] (http://www.regtp.de/reg_tele/03093/index.html)). Ihre Begründung war, dass dadurch der Bezug, den die Telefonnummer in Ãœbereinstimmung mit sämtlichen internationalen Festlegungen zum Wohnort hat, aufgelöst würde.

In Österreich wurde speziell für konvergente Dienste “ unter die auch die Internettelefonie füllt “ die Vorwahl+43 780 geschaffen. Eine ähnliche Lösung wurde auch von der deutschen Regulierungsbehörde empfohlen: nach einer Vorwahl 032 soll ähnlich wie heute beim Mobilfunk mit einer "Blockkennung" ein VoIP-Betreiber ausgewählt werden, danach wäre dann die Endnummer des Teilnehmers zu wählen. Diese Teilnehmernummer soll dann nicht mehr wie heute an einen DSL-Anschluss gekoppelt sein, sondern unabhängig vergeben werden können. Nach diesem Schema sollen auch mobile VoIP-Geräte eine Rufnummer erhalten können. Die Regulierungsbehörde prüft zur Zeit aber noch, welche Lösungen in Ãœbereinstimmung mit den Festlegungen der Europäischen Union (EU) in Deutschland zugelassen werden können.

Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt von EU und der deutschen Regulierungsbehörde ist die uneingeschränkte Unterstützung von Notrufmöglichkeiten, die bisher über die Internettelefonie nicht verfügbar sind.

Entwicklung

Nach mehreren Anläufen Ende der 90er Jahre, in denen sich die IP-Telefonie nicht durchsetzen konnte, hoffen die Anbieter, dass mit der Verbreitung von Internet-Verbindungen mit hoher Bandbreite, zum Beispiel DSL, und dem Vorliegen von mehreren internationalen Standards die Voraussetzungen für einen erfolgreichen Einsatz gegeben sind. Allerdings sind bisher alle Versuche, Voice over IP über DSL zu standardisieren, bei allen internationalen Standardisierungsorganisationen wie der International Telecommunication Union (ITU), dem European Telecommunications Standards Institute (ETSI) oder dem American National Standards Institute (ANSI) mangels Interesse wieder eingestellt worden. Die Geschäftspläne namhafter Herstellerfirmen von VoIP-Equipment zeigen außerdem, dass in den nächsten Jahren als Anwendungsgebiet für Voice over IP hauptsächlich der Bereich der Firmennetze als relevanter Umsatzträger eingeschätzt wird, vor allem mit dem Verkauf von neuen Routern.

Seit Anfang 2004 versuchen mehrere Firmen, die Internettelefonie auch an Privatkunden in Deutschland zu verkaufen. Die hohe Anzahl von DSL-Anschlüssen und DSL-Neueinsteigern in Privathaushalten soll für Kunden sorgen. Ein kompletter Umstieg auf IP-Telefonie ist aber nur in wenigen Städten über spezielle Provider möglich, da ein DSL-Anschluss bei der deutschen Telekom nur in Verbindung mit einem Telefonanschluss möglich ist.

Zu den Anbietern gehören die Internet-Telefongesellschaft Indigo Networks aus Düsseldorf ("Sipgate") und die Hamburger Firma econo Deutschland GmbH, die Produkte der Nikotel Inc. aus San Diego (Kalifornien) vertreibt. Die Hamburger Freenet.de AG bietet neben DSL-Anschlüssen auch Internettelefonie an. Die Karlsruher Web.de AG hat ihre Ablehnung der Internettelefonie aufgegeben und bietet seit August 2004 neben der internetgesteuerten Telefonvermittlung auch eine VoIP Lösung an.

Einige Anbieter erwecken den Eindruck, die Internettelefonie sei kostenlos ("Alles Gratis" und "ab 0 Cent"), Über die tatsächlich entstehenden Kosten sollte man sich aber vor einem Gespräch in den Tariftabellen des jeweiligen Unternehmen informieren.

Aktuelle Lösungen

Codecs

Bei der Wahl eines Codecs für die IP-Telefonie muss man einen guten Kompromiss zwischen der zu übertragenden Datenmenge und der Sprachqualität anstreben. Neben der Datenkompression entscheidet auch der verwendete Algorithmus über die Sprachqualität. Folgende Codecs werden zur Zeit für VoIP verwendet (benötigte Netto-Bandbreiten in Klammern):

ITU-T-Standards:

G.711a bzw. G.711u “ (64 kbit/s)
G.722 “ (48, 56 oder 64 kbit/s)
G.723 “ (5,4 kbit/s oder 6,3 kbit/s)
G.726 “ (16, 24, 32 oder 40 kbit/s)
G.728 “ (16 kbit/s)
G.729 “ (8 kbit/s)

Weitere Standards:

GSM “ von ETSI (13 kbit/s)
iLBC “ Internet Low Bandwidth Codec “ Entwurf der IETF (13,9 kbit/s)
SpeeX “ Teil des Xiph.org-Projekts (http://www.xiph.org/) (variable Bitraten)

Signalisierungsprotokolle

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

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

Software

Inzwischen gibt es eine Reihe von Programmen auf dem Markt, die es dem Benutzer durch die Nutzung des Signalisierungsprotokolls SIP erlauben, Gespräche über VoIP zu führen:

daViKo (Gratis für Privatanwender) “ fürWindows
iPhone (Gratis) “ für Windows
linphone (GPL) “ für Gtk/Linux
KPhone (GPL) “ für Qt/Linux
Skype (Gratis, proprietäres Protokoll) “ für Windows, Linux, Mac OS
x-lite (Gratis) “ für Windows, Mac OS X und LindowsOS
Asterisk (IP-basierte Nebenstellenanlage) “ für Linux

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