Voice-over-IP:Zusammenwachsen von

Telekommunikation und IT

Dipl.-Ing. Kai-Oliver DetkenWWL vision2_market GmbH, Bremen, 14. Dezember 2000

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Inhalt des Vortrags

Anforderung an heutige Netze

Funktionalität

IP-Komponenten

Szenarien

Ausblick

Anforderung an heutige Netze

Anforderung an heutige Netze

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Anforderung an heutige Netze

Hohe Bandbreiten im Backbone bzw. zu den ClientsQuality-of-Service (QoS): End-to-End-VerbindungAdressenflexibilitätSicherheits- und AbrechnungsmechanismenSkalierbarkeitUniverselle ConnectivityWeiterverwendung von Legacy LAN/WANsGetrennte Unterstützung von Diensten und NetzwerkVerfügbarkeit von ApplikationenIntegration neuer DiensteEinfache und flexible Verwaltung und Konfiguration

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Spezielle Anforderungen

Infrastrukturhohe Verfügbarkeit für Backbone und Serversteigende Datenratenniedrige VerzögerungenKonvergenz von Sprache und DatenIntegration unterschiedlichster Protokolle

Betriebdynamisch angepaßte Bereitstellung und Aufteilung der RessourcenVorhersagbarkeit des NetzverhaltensManagement

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Voice-over-IPund IP-Telephonie

Voice-over-IPund IP-Telephonie

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Voice-over-IP (VOIP)

Komprimierungsverfahren halten die Bandbreite und die Laufzeiten gering (G.723.1, G.728, G.729)IP-Gateways ermöglichen die Kommunikation mit herkömmlichen TK-Netzen (PSTN, ISDN)Preiswerte Anbindung an weltweite AußenstellenOverhead beträgt bei kleinen Paketen ein Vielfaches von den Nutzdaten!VOIP kann bereits heute in Corporate Networks / Intranets eine akzeptable Qualität erzeugenUnterschiedliche Ausrichtung der Hersteller (siehe z.B. Siemens, Cisco und TEDAS)

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Übertragung von Sprache auf IP-Netzen

PCMCoder

SprachKompression

DSP

64 kbit/sPCM Signal

3,8 kHzanalog

IP - Pakete

8 kbit/skompremiert

Paketierung

KompressionPCM - Coder

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Verzögerung in Datennetzen

20 - 25 ms

0 - 60 ms

SubnetAccessDelay

50 - 700 ms

Router /WANDelay

50 - 760 ms

JitterBufferDelay

0 - 150 ms

AudioCodec /PaketDelay

SyncBufferDelay

20 - 25 ms

AudioCodecDelay

Sender Netz Empfänger

Ende – zu – Ende Verzögerung 140 ms – 1720 ms

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Overhead

Beispiel mit NetMeeting im LAN:14 Oktett Ethernet Link Header20 Oktett IP-Header8 Oktett UDP Header16 Oktett RTP Header (Minimum)20 Oktett Voice Data2 Oktett Link Trailer (FCS)2 Oktett Start + Ende Flag = 82 Oktett Paket Länge

Gesamt 76 % Paket-Overhead + Protokoll-Overhead

RTPVoice Data

UDPIP-HeaderLink-Header LT

220162014 8Oktett

F

1

F

1

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Übertragung versus Übertragungszeit

Bisher wurde fehlerfreie Übertragung eines IP-Pakets überprüftJetzt muß die maximale Übertragungszeit eines IP-Pakets garantiert werden!ITU-T G.114:

max. 250 ms (hohe Qualität)max. 400 ms (mittlere Qualität)max. 600 ms (noch tolerierbar)

Je kleiner die Anschlußgeschwindigkeit, desto kleiner sollten die Datenblöcke sein

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Technische Daten, Teil 1

Verzögerung (Delay)normales Telefon: 10 ms / kMeileG.729: 10 ms Rahmenerzeugung + 5 ms Kopfgenerierung + 10 ms Berechnung = 25 ms Algorithmus-Verzögerung in einer RichtungG.723.1: 100 ms in einer RichtungJitter Puffer: 40-60 msSchlechte Implementierung: 400 ms in PCs

Jitter: Class-/Quality-of-Service notwendig, kürzere PaketeRahmenlänge: 9 kByte bei 64 kBit/s = 1,125 sec; kleinere MTU bedeutet, dass große Pakete fragmentiert werdenVerlorene Pakete: verlorene Pakete werden durch „Silence“(Stille) ersetzt; extrapoliert wird vorherige Wellenform

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Technische Daten, Teil 2

Echo Cancellation: evtl. inklusive Echo UnterdrückerSilence Surpression: SprachpausenunterdrückungAdressübersetzung: Telefon zu IP - Directory ServiceTelefon-Signalisierung: verschiedene PBX haben unterschiedliche Signalisierung (siehe Q.SIG)!Bandbreitenreservierung: RSVP wird benötigt!Multiplexing: Sub-Kanal Multiplexing ermöglicht mehrere Voice Calls in einem PaketSecurity: Firewalls könnten VOIP-Verkehr ablehnen!Sprachkompression: Reduzierung der Belastung

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Komponenten und Funktionalitäten

Komponenten und Funktionalitäten

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Wichtige Standards für VoIPH.323 ist ein internationaler ITU-Standard

Zuständig für die Signalisierung zwischen Voice- und Videogeräten in paketorientierten Netzen

H.450 ist ein optionaler Bestandteil von H.323H.450 legt Zusatzdienste aus der herkömmlichen Telephonie fest, wie Anrufweiterleitung, Namensanzeige und Rückruf.

G.711 Audiokompressionsstandard für digitale Telefone mit einer Bandbreite von 64 kBit/s. G.711 Geräte können nicht mit G.723 Geräte kommunizieren!

G.723.1 Audiokompressionsstandard für digitale Telefone mit einer Bandbreite von 6,4 kBit/s.

Session Initiation Protocol (SIP) Ermöglicht das initialisieren, modifizieren und beenden von Sitzungen mit einem oder mehreren Teilnehmern

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H.323 Architektur

H.323 Zone

ISDNS2M S0

Gatekeeper

Gateway

MCU

Terminal

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Terminal

Client für Echtzeit Kommunikation (z.B. IP-Telefon, Videokonferenz-Software)

VoIP-Unterstützung notwendig,Video und Application-Sharing optional

Punkt-zu-Punkt Kommunikation

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Gatekeeper

Adress Translation (z.B. Realname IP-Adresse)Zugangskontrolle von Konferenzteilnehmer (User muss sich authentifizieren)Bandbreitenkontrolle ( z.B. Beschränkung der Bandbreite eines Teilnehmers / Konferenz)Verwaltet alle Terminal-KomponentenBaut Verbindungen zu Terminals und Gateways auf und abProtokolliert alle VorgängeVerwaltet ergänzende Dienste (Supplementary Services) wieHalten, Makeln, Weiterleiten, Konferenzen, ...Soll in der Zukunft Load-Balancing kontrollieren und für definierte Bandbreite sorgen

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Gateway und MCU

GatewayStellt ISDN-seitige Anbindung herWandelt LAN-interne Formate in passende ISDN-FormateVerwaltet u.U. mehrere Controller pro Gateway-Rechner

Multipoint Control Unit (MCU)Ermöglicht Videokonferenz mit drei oder mehr Teilnehmern gleichzeitigEntscheidung der zu verwendenden CodecsVerwaltung der Konferenz-Ressourcen

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Beteiligte Protokolle bei H.323

AudioApplika-

tionenG.711G.722G.723G.728G.729

H.261H.263

Terminal Kontrolle und Management

RTP

RTCP

Terminal zuGatekeeper

Signalisierung

RAS

Unzuverlässiger Transport (UDP)

H.225.0Q.931

VerbindungsSignal

(Call Setup)

Daten

Netzwerk Layer (IP)

Link Layer (IEEE 802.3)

H.245Kontroll-

kanal

T.125

T.124

T.123

Zuverlässiger Transport(TCP)

Physikalischer Layer (IEEE 802.3)

VideoApplikationen

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Session Initiation Protocol (SIP)

Application Level Signaling ProtocolErmöglicht das initialisieren, modifizieren und beenden von Sitzungen mit einem oder mehreren TeilnehmernÜberträgt Sitzungsbeschreibungen (Media Type) für Kapazitätsverhandlungen der TeilnehmerUnterstützt Mobilität durch Proxy und UmleitungErlaubt Multipoint Control Unit (MCU) oder komplett vermaschte VerbindungenGateways können SIP nutzen, um einen Call zwischen ihnen zu initialisieren

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Session Initiation Protocol (SIP), Teil 2

SIP arbeitet in Verbindung mit anderen IP-Protokollen:RSVP zur Reservierung der NetzwerkressourcenRTP/RTCP/RTSP zur Übertragung von EchtzeitdatenSession Announcement Protocol (SAP) zum Anzeigen von Multimedia-SitzungenSession Description Protocol (SDP) zur Beschreibung von Multimedia-Sitzungen

SIP kann auch dafür verwendet werden, welche Sitzung durch H.323 erreicht werden kann, indem eine H.245-Gateway/User-Adresse gefunden wirdSIP verwendet UDP oder TCP

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SzenarienSzenarien

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Verschiedene Szenarios

Szenario 1: PC zum PCPC mit SoundkarteIP Telephony Software: CU-SeeMe, Internet Phone, ...Video ist optional einsetzbar (z.B. über NetMeeting)

Szenario 2: PC zum TelephonEine Gateway wird benötigt, um das IP-Netz mit dem TK-Netz zu verbinden (Router zur PBX)

Szenario 3: Telephon zum Telephonmehrere Gateways werden benötigtInternet oder Intranet kann als IP-Netz verwendet werdenTK-Netz kann eine eigene PBX sein oder ein Carrier Switch

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VOIP-Gesamtarchitektur

Internet/Intranet

Router Router

VOIP-Gateway PBX

FaxTelefon FaxTelefon

VOIP-Gateway

PBX

Telefon-netz

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Voice over IP für Außenstellen

Branch Office Headquarters

VV

PBX

VV

3640

1750

PSTN

QoSWAN

(Intranet)

4 AnalogDevices

Ethernet

BRI or PRI Trunks

InternetVPN

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PBX Connectivity

Branch Office Headquarters

BRI oder PRI Trunking

VV

VV

PBX

PBX

3640

2600

PSTN

QoSWAN

(Intranet)

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AusblickAusblick

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Strategie

1. KurzfristigBeseitigung der Bandbreitenprobleme im BackboneBeseitigung der Bandbreitenprobleme im WANEinsatz VoIP-fähiger Komponenten

2. MittelfristigEinführung von VoIP an einigen StandortenGateway IP-TK-SystemeRufnummernplan

3. LangfristigGateways und IP-TK-Anlagen: Vollständiges Roll-OutMehrwertdienste im NetzLeast Cost RoutingIntegration in bestehende Management-ToolsBilling & Accounting

Dankeschön für ihre Aufmerksamkeit

E-Mail: kai.detken@wwl.deBusiness URLs: http://wwl.dePrivate URL: http://kai.nord.de

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