VoIP

Die Technik von Voice over IP

Voice over IP bildet die technische Grundlage f�r Internet-Telefonie. In unserem Ratgeber finden Sie Hintergrund-Infos zu Funktionen, Einsatzbereichen sowie Vor- und Nachteilen von VoIP.

Von Thomas Michel / Julian Ruecker / Alexander Kuch

Der Begriff "Voice over IP" (VoIP) kennzeichnet lediglich die technologische Basis. Mittlerweile werden die meisten Telefongespr�che mit VoIP abgewickelt, ohne dass die Teilnehmer etwas davon merken. Eine Umsetzung auf die Paketnetztechnologie findet in diesem Fall erst beim Provider statt. Der Begriff "IP-Telefonie" wird verwendet, wenn bereits die Endger�te VoIP-Technologie einsetzen. Nachdem in den 1990er Jahren die Internet-Telefonie nach einem kurzen Hype schnell wieder von der Bildfl�che verschwunden war, hat sie mittlerweile durch eine wesentlich ausgereiftere Technologie den TK-Markt erobert und ist auch bei vielen Privatanwendern zu einer Selbstverst�ndlichkeit geworden. Unabh�ngiges Telefon- und Datennetz
Bild: voip-info.de

Die Vorteile von Voice over IP

Zwei Hauptargumente f�r den Einsatz von VoIP-Technologie sind Kosteneinsparungspotenziale und neue Dienste, die einen Mehrwert gegen�ber der herk�mmlichen Telefonie darstellen. Nahezu jedes Unternehmen unterh�lt beispielsweise heutzutage ein Datennetzwerk. Zus�tzlich war es fr�her �blich, ein zweites unabh�ngiges Telefonnetzwerk betrieben. Heute liegt es nahe, Daten�bertragungen und Telefoniedienste in einem einzigen Netzwerk zu vereinen. Die Installation und Pflege eines separaten Telefonnetzes entf�llt in diesem Fall. Arbeitsplatztelefone werden nun mit einem Ethernet-Netzwerkanschluss ausgestattet und lernen die passenden Netzwerkprotokolle, die im Ethernet verwendet werden. Alternativ k�nnen auch die Festnetz-Telefone weiter verwendet werden, wenn die Telefonanlage VoIP unterst�tzt.

Mehrere Standorte eines Unternehmens brauchen lediglich noch mit einer Datenleitung miteinander verbunden werden, �ber die auch telefoniert werden kann. Besonderer Einsparungseffekt dabei: Gespr�che ins Ortsnetz des jeweils anderen Standorts k�nnen auch bei weit entfernten Niederlassungen zum Ortstarif gef�hrt werden.

Auch im Privatbereich lassen sich mit Voice over IP Kosten senken: Alle Provider bieten inzwischen DSL-Anschl�sse an, bei denen der herk�mmliche Telefonanschluss entf�llt und Telefonie stattdessen �ber NGN oder VoIP realisiert wird. Konvergentes Netz: Telefon- und Datennetzwerk vereint
Bild: voip-info.de Gespr�che zwischen Internet-Telefonen innerhalb des eigenen Netzwerks k�nnen kostenlos realisiert werden. Auch mit Internetzug�ngen �ber drahtlose Breitbandtechnologien wie WLAN (WiFi Calling), LTE (VoLTE) und 5G (Voice over 5G) kann VoIP eingesetzt werden.

Neue Dienste durch VoIP

Das zweite Argument f�r Voice over IP betrifft Anwendungen, die durch die Zusammenf�hrung von Telefon- und Datenverkehr in einem digitalen Netzwerk entstehen k�nnen. Dadurch ist echtes Unified Messaging m�glich - Sprachnachrichten, Faxe und E-Mails landen in einem gemeinsamen Posteingang. Das Feature "Click-to-Dial" erm�glicht Anrufe aus einer Web-Oberfl�che heraus, �hnlich wie der Klick im Browser auf eine Mailadresse ein E-Mail-Bearbeitungsfenster �ffnet. Mithilfe dieser sogenannten Sprach-/Datenintegration kann ein Telefongespr�ch z. B. mit einem Kundenberater eines Web-Shops initiiert werden.

So funktioniert Voice over IP

Herk�mmliche Festnetze reservieren stets eine ganze Leitung f�r ein Gespr�ch. Auf dieser Leitung werden die digitalisierten Sprachdaten als kontinuierlicher Datenstrom �bertragen. In Vermittlungsstellen laufen viele Gespr�che einzelner Teilnehmer zusammen, werden dort auf Leitungen mit sehr viel h�herer Bandbreite konzentriert und an der Ziel-Vermittlungsstelle wieder ausgekoppelt. Das Verfahren funktioniert ohne nennenswerte Verz�gerungen.

Voice over IP setzt v�llig andere Verfahren ein: In Datennetzwerken wie z. B. im handels�blichen Ethernet werden Daten in Pakete zerlegt und einzeln �bertragen. Dabei findet eine Zerlegung gro�er Datenmengen in kleine Pakete statt, die auf Empfangsseite wieder zusammengesetzt werden.

Das Verfahren ist kompliziert, weil ein Datennetzwerk derartig vermascht ist, dass Pakete auf unterschiedlichen Wegen, �hnlich wie bei einem Stra�ennetz, zum Ziel gelangen k�nnen. Dabei kann die Reihenfolge der auf unterschiedlichen Wegen beim Empf�nger eintreffenden Pakete durcheinander geraten. Im �berlastungsfall kann die �bertragung von Datenpaketen erheblich mehr Zeit ben�tigen. Im Extremfall werden Datenpakete verworfen, falls sie vom Netzwerk nicht verarbeitet werden k�nnen. Funktionsweise von VoIP
Bild: voip-info.de Durch derartige Verz�gerungen und Paketverluste im Netzwerk wird die Sprachqualit�t negativ beeinflusst, sodass technische Vorkehrungen getroffen werden m�ssen, um diese Probleme zu beheben. Diese technischen Ma�nahmen sind jedoch an moderne Netzwerkhardware gebunden, �ltere Netzwerke sind f�r Sprach�bertragung kaum geeignet. Aufgrund der unterschiedlichen technischen Eigenschaften stellt sich die Frage, warum eine gut funktionierende, leitungsgebundene Technologie durch eine kompliziertere und im ersten Anschein anf�lligere Technik ersetzt wird. Letztendlich �berwiegen die Vorteile der Kosteneinsparung und neuer Mehrwertdienste, sodass Voice over IP insgesamt als technischer Fortschritt gegen�ber dem bisherigen Festnetz angesehen werden kann.

Der Siegeszug des SIP-Standards

Bei herk�mmlichen Telefonnetzen waren die technischen Standards seit Jahrzehnten etabliert: ISDN beispielsweise �bernahm sowohl den Transport der Sprachdaten als auch die sogenannte Signalisierung. Diese bewirkte, dass nach dem W�hlen einer Nummer ein Freizeichen zu h�ren war und es am anderen Ende der Leitung klingelte. Andernfalls wurde ein Besetztzeichen gemeldet, wenn der Angerufene gerade sprach.

Bei VoIP gibt es derzeit zwei Standards, von denen inzwischen das Session Initiation Protocol (SIP) das Rennen gemacht hat. Die Internet Engineering Task Force (IETF) hat das Session Initiation Protocol als allgemeines Signalisierungsprotokoll f�r Multimediaanwendungen entwickelt. SIP konzentriert sich ausschlie�lich auf die Signalisierung. Deshalb ist das Protokoll viel flexibler f�r unterschiedliche Zwecke einsetzbar. Beispielsweise wird SIP auch f�r Instant Messaging eingesetzt. SIP stellt von der Struktur her - etwas vereinfacht - eine Mischung aus HTML- und E-Mail-�bertragungsformat dar. Es reiht sich somit nahtlos in die Internet-Protokollfamilie ein.

Der sogenannte H.323-Standard, von der International Telecommunication Union (ITU) definiert, wird seit Jahren au�er f�r Sprache auch f�r Videokonferenzanwendungen eingesetzt und behandelt nicht nur die Signalisierung, sondern alle Aspekte einer Sprach- oder Videoverbindung. Insgesamt stellt H.323 ein ausgewachsenes, fest definiertes Multimediasystem bereit.

Br�cken ins Festnetz

Heutzutage existieren teilweise noch Telefon-Festnetze unterschiedlicher Anbieter parallel zu Datennetzwerken, die Voice-over-IP-f�hig sind. Dazwischen stehen Gateways als Br�cken, um beide Welten miteinander zu verbinden. Diese Schnittstellen erm�glichen es Teilnehmern mit einem IP-Telefon im Internet, Festnetzanschl�sse zu erreichen und umgekehrt.

Grunds�tzlich werden mehrere Arten der Telefonie unterschieden, die teilweise auf Gateways angewiesen sind:

IP-zu-Festnetz und Festnetz-zu-IP: In diesen Szenarien ist immer ein Gateway im Spiel, das zwischen IP-Netz und Festnetz vermittelt.
Festnetz-zu-Festnetz: In diesem Fall befindet sich ein IP-Netzwerk zwischen zwei Festnetzen, sodass an beiden Enden Festnetz-Endger�te verwendet werden. An jeder Grenze zwischen Fest- und IP-Netz wird jeweils ein Gateway ben�tigt.
IP-zu-IP: Diese Gespr�che ben�tigen kein Gateway, weil keine Umsetzung zwischen VoIP- und Festnetz-Technologie notwendig ist.

ENUM - ein Telefonbuch im Internet

IP-Telefonie-Anwender erhalten in der Regel von ihrem Provider eine Telefonnummer, unter der sie sowohl im Internet als auch �ber ein Festnetz erreichbar sind. Anrufe innerhalb des Internets funktionieren heutzutage nur, wenn beide Teilnehmer beim gleichen Provider registriert sind oder wenn die Provider der Teilnehmer eine Weiterleitung vereinbart haben. In diesem Fall wird der Rufnummer einfach eine Vorwahl vorangestellt. VoIP-Gateways
Bild: voip-info.de Um dieses Erreichbarkeitsproblem zu l�sen, gibt es ein internationales Verfahren, das auf dem Domain Name System (DNS) des Internets basiert. Es nennt sich Telephone Number Mapping (ENUM). Dabei wird eine Telefonnummer als Internetadresse registriert. Mithilfe dieser Adresse lassen sich anstelle von Webseiten Datens�tze lesen, die Auskunft �ber die Erreichbarkeit eines Teilnehmers �ber unterschiedliche Rufnummern und Dienste geben. Teilnehmer k�nnen dar�ber auch eine Rufumleitung bei Abwesenheit festlegen. Eine Priorit�tenregelung definiert, ob ein Teilnehmer beispielsweise zuerst �ber IP-Telefon oder per Handy kontaktiert werden m�chte. Im Bereich der Privatanwender hat ENUM keine weite Verbreitung gefunden.

Globale Top-Level-Domains f�r diesen Dienst gibt es bereits. Sie existieren neben bekannten Domains wie .com, .de und .org. Die erste tr�gt den Namen ".e164.arpa" und ist f�r ENUM reserviert. Daneben steht seit 2007 eine weitere Domain namens ".tel" zur Verf�gung, die auch f�r kommerzielle und private ENUM-Dienste genutzt werden kann. Sie sind allerdings ausschlie�lich zur Darstellung von Kontaktdaten des Inhabers gedacht.

F�r eine Registrierung werden Rufnummern mit internationaler Vorwahl versehen und r�ckw�rts ziffernweise mit Punkten getrennt als Domainadresse geschrieben:
Aus einer Rufnummer 040-1234567 wird die internationale Rufnummer 49401234567. Der entsprechende ENUM-Eintrag ist r�ckw�rts notiert unter der Domain "7.6.5.4.3.2.1.0.4.9.4.e164.arpa" zu finden.

Telefone, die ENUM unterst�tzen, wandeln eine eingegebene Rufnummer in eine ENUM-Domainadresse um und versuchen dar�ber, Datens�tze des angerufenen Teilnehmers zu ermitteln. Ein Datensatz enth�lt dann die tats�chliche Rufnummer, �ber die der Gespr�chspartner erreicht werden kann. Diese Nummer wird dann letztendlich vom Telefon gew�hlt und kann von der urspr�nglich eingegebenen Nummer abweichen. Eine Rufnummer kann auch als sogenannte SIP-Adresse geschrieben sein, z. B. "sip:[email protected]". Mithilfe dieser Adresse k�nnen die Providergrenzen auch ohne Weiterleitungsvereinbarung �berwunden werden. Das vorangestellte "sip" kennzeichnet �hnlich wie "https" beim Websurfen das verwendete Signalisierungsprotokoll SIP (Session Initiation Protocol). Anrufer aus dem Festnetz m�ssen zus�tzlich die Vorwahl und Festnetzrufnummer des VoIP-Provider-Gateways voranstellen, bei dem der Gespr�chspartner registriert ist.

Einsatzbereiche und VoIP-Anbieter

Gespr�che k�nnen mit Voice over IP sowohl privat als auch innerhalb von Unternehmen gef�hrt werden. Die technische Basis ist in beiden F�llen identisch. Aufgrund der unterschiedlichen Netzwerkumgebungen sehen VoIP-L�sungen im Privatbereich anders aus als in Unternehmen.

Derzeit erfreut sich der Einsatz von IP-Telefonie im Privatkundenbereich zunehmender Beliebtheit. Wenn ein permanenter Internetanschluss beispielsweise �ber DSL vorhanden ist, kann man sich einfach bei einem IP-Telefonie-Anbieter registrieren und ein Telefon mit Ethernet-Anschluss einsetzen. Alternativ kann ein sogenanntes Softphone zusammen mit einem Headset oder einem USB-Telefonh�rer verwendet werden. Ein Softphone ist eine Software-Anwendung zum Telefonieren. Sie hat jedoch den Nachteil, dass der PC st�ndig eingeschaltet bleiben muss, um erreichbar zu sein.

IP-Telefonie f�r Zuhause nur mit Breitband-Internetanschluss sinnvoll

FRITZ!Box Fon von AVM FRITZ!Box Fon von AVM
Bild: AVM Die Verwendung der Privatkundenangebote von IP-Telefonie-Anbietern sind nur in Verbindung mit einem Breitbandanschluss (z. B. VDSL) sinnvoll, weil bei Schmalband-Internetverbindungen der Kostenvorteil durch die Kosten f�r eine Interneteinwahl wieder aufgefressen wurde. Diese sind mittlerweile allerdings - wenn �berhaupt - nur noch extrem selten zu finden. DSL-Anschl�sse werden in der Regel als Flatrate abgerechnet, sodass keine zus�tzlichen Kosten f�r die Daten�bertragung bei Gespr�chen anfallen.

Privatkunden ben�tigen eine permanente Internetanbindung, um mit einem IP-Telefon jederzeit erreichbar zu sein. Eine DSL-Verbidung wird in der Regel nicht mehr nach 24 Stunden providerseitig kurz getrennt. Sollte dies dennoch der Fall sein, kann das DSL-Modem jedoch so eingestellt werden, dass es sich nach einer Trennung sofort wieder verbindet. Anschlie�end bekommt es eine neue �ffentliche IP-Adresse, die vom IP-Telefon mithilfe des STUN-Protokolls (urspr�nglich "Simple Traversal of User Datagram Protocol (UDP) Through Network Address Translators (NATs)", mittlerweile umbenannt in "Session Traversal Utilities for NAT") ermittelt werden kann.

Die Erreichbarkeit

Das IP-Telefon registriert sich �ber das Internet bei einem Provider und ist fortan auch f�r eingehende Gespr�che erreichbar. Die sogenannte Anrufsignalisierung geht dabei stets �ber die Server des Providers. Die Gespr�chsverbindung wird anschlie�end auf direktem Wege zwischen den Endger�ten aufgebaut, sodass die Gespr�chsdatenstr�me nicht die Server des Providers �berlasten k�nnen. Diese Eigenschaft stellt einen wesentlichen Unterschied zur Festnetztelefonie dar, bei der die Gespr�che durch das Telefonnetz des Providers geleitet werden m�ssen.

Befindet sich der Angerufene nicht im gleichen Providernetz, m�ssen die Server des VoIP-Anbieters in der Lage sein, die Zielrufnummer in eine Internetadresse des Angerufenen aufzul�sen. VoIP-Telefonnetzbetreiber k�nnen untereinander Informationen �ber die Erreichbarkeit von eigenen Endkunden austauschen. Die Funktionsweise entspricht ungef�hr dem IP-Routing im Internet, mit dessen Hilfe beliebige Internetadressen weltweit erreicht werden k�nnen.

Mehr Infos rund um Voice over IP

Unsere Festnetz-Ratgeber im �berblick

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