VoIP - Voice over IP (2024)

Voice over IP, kurz VoIP, ist die Übertragung und Vermittlung von Sprach-Kommunikation in einem IP-Netzwerk. Dieses Netzwerk kann ein lokales Netzwerk (LAN), ein WAN oder das ganze Internet sein.
Voice over IP liegt dem paketorientierten Internet-Protokoll (IP) zu Grunde. Ursprünglich erfolgte die Sprach-Kommunikation in Form von Telefonie über ein eigenes Netz. Durch Voice over IP ist es möglich, Sprache und Daten auf einer einheitlichen Infrastruktur zu übertragen. Ursprünglich hat man Sprache und Daten in unterschiedlichen Netzen übertragen. Mit Voice over IP ist das nicht notwendig.

Übersicht: Voice over IP

Protokolle und Standards

Bei einer VoIP-Verbindung sind immer mehrere Protokolle beteiligt:

• SIP und H.323 sind für die Signalisierung zuständig. Darin enthalten sind SDP (SIP), H.225 und H.245 (H.323) für die Aushandlung der Fähigkeiten der Endsysteme zuständig.
• Audiocodecs wandeln die analogen Sprachsignale in digitale Datenpakete um und auch wieder zurück.
• Spezielle Quality-of-Service-Erweiterungen (QoS) verbessern die Verbindungsqualität.

• VoIP-Protokolle

Voice over IP im OSI-Schichtenmodell

Sprachqualität bei Voice over IP

Die Sprachqualität ist dabei von der Stabilität der Verbindung ohne Laufzeitschwankungen (Jitter) und Paketverluste und vom Codec abhängig.

Im Internet werden die Sprachdaten als Datenpakete über unterschiedliche Netze übertragen. Voice over IP ist nur dann in einem Netzwerk nutzbar, wenn die wichtigen Kennwerte, wie Bandbreite, Laufzeit und Jitter bei einem voll ausgelasteten Netzwerk einschließlich der Netzübergänge ausreichend sind. Dadurch wird im wesentlichen die Sprachqualität beeinflusst.
Die Hauptprobleme entstehen durch eine zu geringe Bandbreite und zu lange Distanzen. Paketverluste, hoher Jitter und große Verzögerungen reduzieren die Sprachqualität.

Wie schnell die Datenpakete übertragen werden liegt in der Hand der Netzbetreiber. In der Regel profitiert man im deutschen Internet von der großzügig vorhandenen Übertragungskapazität der Provider. Die Sprachqualität ist mit dem alten Telefonnetz vergleichbar.

Schwerer wiegt das Echo, das beide Teilnehmer zu hören bekommen können. Es entsteht meist auf der Gegenseite.
Bei herkömmlichen Telefonverbindungen konnte das Echo auch auftreten. Nur bei VoIP wird es mit erheblicher Verzögerung als störend empfunden. Schuld ist die unzureichende Echounterdrückung. In der Regel haben das die VoIP-Anbieter im Griff.

Sprach-Codec / Audio-Codec

Bevor die Sprache übertragen werden kann, muss sie zuerst digitalisiert werden. In der Regel werden die Sprachdaten auch gleich komprimiert. Bei zunehmender Komprimierung steigt die erforderliche Rechenleistung und es kann zu zusätzlichen Verzögerungen kommen.

• Mehr Informationen über Audio-Codecs

Quality of Service (QoS)

Für ein Telefongespräch mit Voice over IP in guter Qualität muss eine bestimmte Bandbreite für die Dauer des Gesprächs gewährleistet sein. Man spricht vom sogenannten Fernsprechkanal. In diesem Fernsprechkanal wird die Sprache isochron (gleich lang andauernd) übertragen. Die engen Grenzen bei der Verzögerung und den Laufzeitschwankungen lassen sich mit dem reinen Internet-Protokoll (IP) nicht realisieren.
Da Sprachübertragung von der Übertragungstechnik, in diesem Fall die paketorientierten Protokolle, besondere Eigenschaften erfordern, lassen sich Übertragungsfehler, Verzögerungen und Laufzeitunterschiede nur durch eine ausreichende Bandbreite oder Protokollzusätze vermeiden. Man fasst diese Maßnahmen unter Quality-of-Service (QoS) zusammen.

• QoS - Quality of Service (Voice over IP)

Bandbreitenbedarf

Die Frage ist, welche Bandbreite hat bzw. braucht ein VoIP-Sprachkanal?

In der Praxis sieht das so aus, dass die Sprache zuerst mit einem Codec in Datenpakete umgewandelt wird, und anschließend in RTP-Pakete und dann in UDP-Pakete verpackt und zur Adressierung mit einem IP-Header versehen werden.
Die Übertragungstechnik auf dem physikalischen Medium fügt dann noch einen Paketrahmen hinzu, der vom jeweiligen Medium und Übertragungssystem abhängig ist.

Bandbreitenberechnung für VoIP-Verbindungen

64 kBit/s pro Sprachkanal bei G.711:

• G.711 (20 ms): 160 Byte
• RTP-Header: 12 Byte
• UDP-Header: 8 Byte
• IPv6-Header: 20 Byte (IPv6: 40 Byte)
• Ethernet-Frame + VLAN: 30 Byte
• Summe: 230 Byte pro 20 ms

Umrechnung in Sekunden

230 Byte x 8 Bit / 0,02 s = 92 kBit/s

Hinweise

• Multiplikation mit 8 Bit, weil das Ergebnis in Bit bzw. kBit angegeben werden muss, um es mit den üblichen Bandbreiten-Angaben vergleichen zu können.
• Division durch 0,02 s bzw. 20 ms, weil wir das Ergebnis pro Sekunde brauchen, um es mit den üblichen Bandbreiten-Angaben vergleichen zu können.
• Das Ergebnis variiert je nach eingesetzten Codec. Die nötige Bandbreite pro Verbindung kann demnach zwischen 13 kBit/s (GSM) und 100 kBit/s (HD-Qualität) liegen.

Pro VoIP-Telefonverbindung rechnet man mit einer Datenrate bzw. Bandbreite von 100 kBit/s pro Übertragungsrichtung. Die erforderliche Bandbreite ist im Vergleich zur verfügbaren Kapazität von LAN- und WAN-Verbindungen gering, weshalb man VoIP- bzw. IP-Telefonie in der Regel ohne zusätzliche Maßnahmen störungsfrei in jeder vorhandenen Infrastruktur nutzen kann.

Voice over IP funktioniert im Prinzip über jede Internet-Verbindung. Egal ob DSL, Mobilfunk, TV-Kabel eine andere Technik. Hat die Verbindungstechnik eine Bandbreite von mindestens 140 kBit/s pro Richtung, kann darüber telefoniert werden.

Wie sicher ist Voice over IP?

Sicherheits-Features für VoIP sind äußerst unpopulär. Als Grund wird der vergleichsweise hohe Aufwand für das Abhören oder Stören, im Vergleich zu ISDN oder analog, angeführt. Einen analogen Anschluss kann man abhören, in dem man ein Telefon oder Kopfhörer parallel zur Leitung schaltet. Bei VoIP ist das wesentlich komplizierter, weil die Daten auf mehreren Protokollschichten verteilt sind. Einen Datenverkehr mitzuschneiden ist sehr aufwendig und nur mit hochwertiger Hardware und Software möglich. Vorausgesetzt natürlich, man hat einen Punkt im Netz, an dem man Abhören kann.

Ein Grundproblem bei VoIP ist die bidirektionale Datenverbindung. Die Datenpakete werden in beide Richtungen über die Firewall geschickt. Dafür werden Ports geöffnet, die wiederum als Angriffspunkt für Hacker dienen können. Solange die IP-Telefonie im lokalen Netzwerk und hinter einer Firewall arbeitet, ist das Risiko eines Angriffs von außen gering. Ist der Telefonie-Server über das öffentliche Netz zu erreichen, dann kann dessen Funktion beispielsweise durch Denial-of-Service-Attacken (DoS) gestört werden.

Bei SIP könnte die Authentifizierung mit PGP erfolgen. Der Datenstrom könnte auch mit SRTP verschlüsselt werden.
Damit die Sicherheitsmaßnahmen auch greifen, müssen alle an der Übertragung beteiligten Komponenten diese Verfahren unterstützen. Es bringt nicht sehr viel, wenn die Signalisierung, aber nicht der Datenstrom verschlüsselt ist.

• SIPS - SIP over TLS/SSL für den Verbindungsaufbau
• SRTP - Secure RTP für die Übertragung der Sprachdaten

Übersicht: H.323

• H.323
• H.323-Systemarchitektur
• H.323-Kommunikation

Übersicht: SIP

• SIP - Session Initiation Protocol
• SIP-Systemarchitektur
• SIP-Kommunikation
• SIP-Provider
• SIP-Trunking
• SIPS - Session Initiation Protocol Security

Übersicht: VoIP-TK-Systeme

• CaaS - Communication-as-a-Service
• Hosted PBX / Cloud-PBX (IP-Centrex)
• Asterisk
• Skype

Übersicht: VoIP-Technik und -protokolle

• VoIP-Protokolle
• STUN - Simple Traversal of UDP through NAT
• Audio-Codecs
• QoS - Quality of Service (Voice over IP)

Weitere verwandte Themen:

• Internet-Telefonie
• FoIP - Fax over IP
• H.323 und SIP im Vergleich
• All-IP-Anschluss