IP-Telefonie

Dieses Buch steht im Regal EDV.

Die IP-Telefonie, (auch Internet-Telefonie oder Voice over IP (kurz VoIP)), ist das Telefonieren über ein Computernetzwerk auf der Grundlage des Internetprotokolls, oft ugs. das Telefonieren über das Internet.

Zusammenfassung des Projekts

Buchpatenschaft/Ansprechperson: Zur Zeit niemand, das Buch darf gerne übernommen werden.
Sind Co-Autoren gegenwärtig erwünscht? ja, sehr gerne.
Zielgruppe: Für alle, die Wissen wollen wie IP-Telefonie funktioniert und ob das für sie in Frage kommt
Projektumfang:
Themenbeschreibung: Anbieter, Einrichtung, Kostenvergleich
Lernziele: Was sind Vor- und Nachteile der IP-Telefonie
Abgrenzung zu anderen Wikibooks:
Policies:

Aufbau des Buches:

Allgemein

Voice over IP (abk.: VoIP) stellt eine neue Form der Sprach- und Bildkommunikation zur Verfügung, die erst mit der zunehmenden Verbreitung von Internet-Breitbandanschlüssen der letzten Jahre an Bedeutung zugelegt hat.

Voice over IP ermöglicht Telefonieren oder Bildtelefonate über den normalen Internetanschluss oder Netzwerkverbindungen. Das Telefonieren über PC bzw. der Begriff VoIP wird auch als "IP-Telefonie" bezeichnet.

Herkunft von IP-Telefonie

Die IP-Telefonie nahm ihren Ursprung 1995, als die Firma Vocaltec auf einer Messe vom PC aus das Telefonieren übers Internet demonstrierte. Die Qualität war vor 10 Jahren nicht sonderlich gut, jedoch hat das Thema die gesamte Fachwelt begeistert. Fortan wurde Software entwickelt und 1996 brachte die ITU-T mit H.323 den ersten Standard heraus. Nach der Entwicklung der einzelnen Komponenten für die IP-Telefonie (Endgeräte, Server, Gateways) gab es ab 2000 wirkliche Komplettlösungen, um TK-Anlagen zu ersetzen und neue Anwendungen zu schaffen (z.B. IP Call Center). Mittlerweile hat sich SIP von der IETF durchgesetzt und H.323 als "veraltet" verdrängt, so dass heutige IP-Telefonieanbieter auch auf SIP als Signalisierung setzen.

Die Integration von Sprache und Daten in ein Netzwerk ist schon lange ein Thema, jedoch konnte diese Integration bisher nur im WAN stattfinden (über TDM, ATM oder FR). Mit dem Aufkommen der IP-Telefonie war diese Integration erstmals bis ins Endgerät möglich.

Die Technik hinter der IP-Telefonie nennt sich Voice-over-IP und beschreibt die Sprachübertragung in TCP/IP-Netzen. TCP/IP ist der Standard, allerdings nutzt die IP-Telefonie die ungesicherten Protokolle UDP und IP. Das ist möglich, weil Quittierungen und Paketwiederholung, wie es bei TCP der Fall wäre, für die IP-Telefonie unnötig sind. So würden wiederholte Pakete in einem Kontext schlicht keinen Sinn mehr machen. Das menschliche Ohr ist sogar in der Lage, Paketverluste von bis zu 5% als "unmerklich" zu tolerieren.

Die IP-Telefonie benötigt gewisse Grundvoraussetzungen, insbesondere beim heimischen Betrieb über die gängigen DSL-Anschlüsse. Es gibt zwei "Datenströme" in jedem Netzwerk. Einen Datenstrom zum Rechner hin (Downstream), einen vom Rechner weg (Upstream). Die meisten DSL-Anschlüsse haben ausreichend Downstream-Kapazität für bis zu 10 Telefonate gleichzeitig. Beim Upstream sieht es dagegen schlechter aus. Ein Telefonat in annehmbarer Qualität mit dem ITU-T Codec G.711 (d.h. unkomprimierte Übertragung) benötigt ca. 80 Kbps Bandbreite (vgl. Berechnungen von Roland Moos). Ein einfacher DSL-Anschluss hat i.d.R. 128 Kbps Upstream. Es ist also maximal ein Telefongespräch in annehmbarer Qualität via DSL-Standard möglich. Falls allerdings ein Codec mit Kompression verwendet wird, wie z.B. iLBC oder Speex, dann sind über einen DSL-Anschluss (128 Kbps Upstream) mehrere parallele Telefongespräche möglich.

Anforderungen zur IP-Telefonie

Für die IP-Telefonie benötigt man ein TCP/IP-Netzwerk bzw. einen Internetzugang.

Um über das Internet telefonieren zu können, benötigt man einen Zugang zum Internet, ein VoIP-Endgerät und eine VoIP-Rufnummer.

VoIP-Endgeräte

Es gibt vier grundsätzliche Arten von Endgeräten mit denen man die IP-Telefonie nutzen kann:

Mit einem Computerprogramm, das auf einem Computer läuft, sog. "Software-Telefon".
Mit einem direkt an das Internet anschließbarem IP-Telefon, das eine RJ 45 Schnittstelle besitzt.
Mit einem herkömmlichen, analogen Telefon, das über ein Adaptergerät (Analog-Telefon-Adapter, ATA) an das Internet angeschlossen wird.
Mit einem herkömmlichen ISDN-Telefon, das über ein Adaptergerät (ITA) an das Internet angeschlossen wird.

Software-Telefon

Beim Software-Telefon benötigt man zusätzlich ein Mikrophon und einen Kopfhörer bzw. Lautsprecher. Falls eine Kamera an den Computer angeschlossen wird, ist auch Video-Telefonie möglich. Die Verwendung eines Software-Telefons bietet den Vorteil, dass man immer die neueste Software benutzen kann und somit immer auf dem neuesten Stand ist. Allerdings muss man zum Telefonieren den Computer einschalten, wodurch diese Variante nur als Ergänzung zum normalen Telefon eingesetzt werden kann.

Die verschiedenen Software-Telefone lassen sich generell in zwei Gruppen einteilen: die Gruppe der kompatiblen Software-Telefone, und die Gruppe der nicht-kompatiblen Software-Telefone. Bei den kompatiblen Software-Telefonen kommen standardisierte Übertragungsverfahren zum Einsatz (wie z.B. das SIP-Protokoll), so dass prinzipiell ein Telefongespräch zwischen verschiedenen Software-Telefonen möglich ist. Die nicht-kompatiblen Software-Telefone basieren auf speziellen, z.T. geheimen Protokollen, so dass beide Gesprächspartner die gleiche Software verwenden müssen.

Kompatible Software-Telefone

(Liste nicht vollständig)

Welche Software-Telefone zueinander kompatibel sind, muss im Einzelfall ausprobiert werden.

Nicht-kompatible Software-Telefone

(Liste nicht vollständig)

IP-Telefon

Ein IP-Telefon eröffnet die Möglichkeit, ohne PC Internettelefonie zu nutzen. Es wird i.d.R. an einen Router oder ein Switch angeschlossen. Inzwischen bieten gute IP-Telefone sämtliche Funktionen moderner Systemtelefone.

(Hardware Liste nicht vollständig)

Snom

Grandstream

Analog-Telefon-Adapter (ATA)

Beim Einsatz eines Analog-Telefon-Adapters (ATA) kann man sein jetziges Telefon weiter benutzen. Es gibt zudem ATAs, die zwei Eingänge besitzen: einen Eingang, den man an die herkömmliche Telefondose anschließt, und einen zweiten, den man an das Internet (LAN-Ausgang des Modems) anschließt. An den Ausgang des ATAs wird das analoge Telefon angeschlossen. Der ATA stellt je nach gewählter Rufnummer die Verbindung über die herkömmliche Telefonleitung oder über das Internet her. Man hat somit ein einziges Telefon, mit dem man sowohl über das herkömmliche Telefonnetz als auch über das Internet telefonieren kann bzw. zu erreichen ist.

Die Firma AVM vertreibt unter den Namen Fritz!Box Fon eine Kombination von DSL-Modem mit integriertem ATA. Eine Alternative ist die HandyTone-Serie von Grandstream.

VoIP-Rufnummern

Wer über das Internet lediglich Gespräche mit anderen VoIP-Nutzern führen will, benötigt z.B. eine SIP-Nummer. Wer mit seinem VoIP-Endgerät auch Gespräche mit Nicht-VoIP-Nutzern führen will, benötigt eine Festnetznummer, die man von einem VoIP-Anbieter bekommen kann. Man kann auch seine jetzige Festnetznummer dem VoIP-Anbieter melden.

SIP-Nummer

Eine SIP-Nummer (auch SIP-URI) ist mit einer Email-Adresse zu vergleichen. Sie ermöglicht weltweit kostenloses Telefonieren, falls der Gesprächspartner auch eine SIP-Nummer besitzt. Die Endgeräte beider Gesprächspartner müssen hierbei an das Internet angeschlossen sein.

Wie bei Email-Adressen ist es hierbei unerheblich, in welchem Land der Anbieter ist, von dem man die SIP-Nummer erhalten hat, bzw. wo sein SIP-Server steht. Man kann eine US-amerikanische SIP-Nummer haben, und das IP-Telefon in Deutschland an das Internet anschließen. Man ist dann weltweit über diese US-amerikanische SIP-Nummer in Deutschland kostenlos zu erreichen. Da sich die Endgeräte die Datenpakete direkt (und nicht über den SIP-Server) zusenden, ist es für die Übertragungsqualität egal, wo der SIP-Server steht.

Bei folgenden Anbietern kann man eine kostenlose SIP-Nummer erhalten:

VoIP-Anbieter

Der Begriff VoIP-Anbieter bzw. IP-Telefonieanbieter ist etwas irreführend, denn um über das Internet zu telefonieren benötigt man keinen besonderen Anbieter. Es genügt ein normaler Internetanschluss. Ein VoIP-Anbieter wird nur dann benötigt, wenn nur einer der beiden Gesprächspartner über das Internet telefoniert, der andere aber ein herkömmliches Telefon benutzt, das an das herkömmliche Telefonnetz angeschlossen ist. Der VoIP-Anbieter fungiert hierbei als "Brücke" zwischen Internet und herkömmlichem Telefonnetz. In den meisten Fällen bekommt der VoIP-Nutzer vom VoIP-Anbieter auch eine Festnetznummer, damit das VoIP-Endgerät auch aus dem herkömmlichen Telefonnetz erreichbar ist.

Bei einem Anruf aus dem herkömmlichen Telefonnetz leitet der VoIP-Anbieter (bzw. dessen Gateway) die Sprachdaten an das VoIP-Endgerät weiter. Bei Anrufen aus dem Internet hilft der VoIP-Provider lediglich beim Verbindungsaufbau. Dabei übermittelt der Server des VoIP-Anbieters an die Endgeräte die IP-Adresse der jeweils anderen Seite. Danach ist er funktionslos, denn die Endgeräte schicken sich die Sprachdaten direkt (und damit am VoIP-Anbieter vorbei) über das Internet gegenseitig zu.

Sobald die VoIP-Endgeräte die IP-Adresse der Gegenstelle kennen, kann das IP-Telefonat beginnen. Manche VoIP-Anbieter übermitteln jedoch nur dann dem Endgerät die IP-Adresse der Gegenstelle, wenn sich beide Gesprächspartner bei ihm (oder einem seiner Partner) registriert haben. Mit dem Begriff "VoIP-Netz" bzw. "VoIP-Partner-Netz" versuchen diese VoIP-Anbieter zu suggerieren, es gäbe ein zum Internet paralleles VoIP-Netz, und daher wäre aus technischen oder auch aus Kostengründen die kostenlose IP-Telefonie auf einen bestimmten Nutzerkreis beschränkt. Zu den VoIP-Anbietern, die auf diese Weise die kostenlose VoIP-Telefonie künstlich beschränken, gehören u.a. 1&1, AOL, Freenet, GMX, WEB.de und auch T-Online (s. Erreichbarkeit des SIP-Servers von aussen)

Sprach-Codecs

Bei der Internet-Telefonie kommen verschiedene Sprachcodecs zum Einsatz. Sie werden verwendet, um die analogen Sprachsignale für die Übertragung in digitale Daten umzuwandeln. Meistens wird zudem eine Kompression durchgeführt, um die zu übertragene Datenmenge zu reduzieren. Da bei der Internettelefonie typischerweise nicht alle Datenpakete rechtzeitig auf der Gegenseite ankommen, werden "Verschleierungs"-Techniken eingesetzt, damit der Verlust der Datenpakete nicht zu störenden Nebengeräuschen führt.

Die verschiedenen Codecs unterscheiden sich hinsichtlich der Datenrate (Kompression) als auch der Sprachqualität, wobei die Sprachqualität u.a. auch von der Anzahl der verlorenen Datenpakete abhängt.

G.711: Dieser Codec kommt ursprünglich aus der Festnetz-Telefonie. Mit ihm sind Gespräche in ISDN-Qualität möglich, falls kein Paketverlust auftritt. Allerdings erfordert er eine relativ hohe Datenrate von ca. 88kbit/s. Bei einem DSL-Anschluss mit einer Upstream-Bandbreite von 128kbit/s beansprucht ein Gespräch somit fast die gesamte Bandbreite. Praktisch alle VoIP-Geräte oder Softphones unterstützen diesen Codec.

G.726: Es handelt sich um eine Codec-Familie mit den Alternativen G.726-40, G.726-32, G.726-24 und G.726-16. Auch sie wurden für die klassische Festnetztelefonie entworfen. Die Zahl nach dem Bindestrich gibt die Roh-Datenrate in kbit/s nach der Komprimierung an. Bei der Internet-Telefonie kommt jedoch noch ein Overhead dazu, so dass bei der Verwendung des Codecs G.726-32 insgesamt 55kbit/s erforderlich sind. Die Sprachqualität des G.726-32 liegt etwas unter der des G.711.

iLBC: Abkürzung für "Internet Low Bitrate Codec": Dieser Codec wurde speziell für die Internet-Telefonie entwickelt. Er benötigt eine sehr geringe Bandbreite von ca. 27kbit/s inkl. Overhead, so dass gleichzeitig mehrere Gespräche über einen DSL-Anschluss mit 128kbit/s im Upstream möglich sind. Auch kann mit Nutzern, die lediglich einen analogen 56K-Internetzugang (33kbit/s im Upstream) besitzen, VoIP telefoniert werden. Der Codec ist sehr robust gegenüber Paketverlusten, was bei Gesprächen in ferne Länder wichtig ist. Viele Softphones unterstützen den iLBC, aber leider nur wenige VoIP-Geräte.

Die Sprachqualität wird üblicherweise in MOS (Mean Opinion Score) angegeben. Ein MOS-Wert von 4 wird als gut, ein Wert von 3 noch als ausreichend eingestuft.

Die folgende Tabelle gibt für verschiedene Codecs die Rohdatenrate, die Gesamtdatenrate inkl. Überhang und MOS-Werte für verschiedene Pakteverlustraten (PLR) an. Insbesondere der iLBC zeichnet sich durch geringe Datenrate und beste Sprachqualität auch bei großer Paketverlustrate aus.

Codec	Bitrate (mit Überhang) [kbit/s]	MOS bei PLR=0%	MOS bei PLR=5%	MOS bei PLR=10%
G.711	64 (88)	4,3	4,13	...
G.723.1	6,4 (21,9)	4,0	3,25	2,8
G.726-32	32 (55)	4,21	3,79	...
G.729	8 (32)	3.75	3,25	2,9
iLBC	13,3 (27)	3,81	3,74	3,15

Pro und Contra

Vorteile von VoIP

VoIP ermöglicht grundsätzlich eine Vielzahl an Anwendungen und hilft bei der Einsparung laufender Kosten. Hier die Vorteile in Stichpunkten:

Bei Neuverkabelung von Büroräumen müssen keine Telefonanschlüsse mehr eingeplant werden (zumindest bei kleineren und mittelständischen Unternehmen).
Telefonieren ist direkt am PC möglich.
Telefonieren innerhalb des TCP/IP Netzwerks erfolgt ohne zusätzliche Kosten.
ISDN Funktion ist auch ohne ISDN-Telefonanschluss möglich.
Mehrere Endgeräte mit unabhängigen Nummern gleichzeitig möglich, auch ohne ISDN (entsprechende Bandbreite ist erforderlich).
Durch die Einbindung in PC Netzwerktechnik sind bessere Kontroll- und Steuerungspotentiale vorhanden.
Man kann sogar Voip Fax senden und empfangen, wenn man ein sogenanntes NAS (Network Attached Storage) hat, das ist ein Netzwerkfestplattenspeicher. Wenn man Asterisk installiert und konfiguriert ist dies damit möglich. Hersteller für NAS sind beispielweise Qnap, Synology usw.
enorme Stromersparnis bei Hardware Voip Endgeräte im Vergleich zu Software Telefonie.
manche Hardware Endgeräte wie Snom 720 sind ansprechbar über Callcenter Software oder CTI genannt, wie Estos Procall oder Asterisk (Open Source).
Headsets mit einem RJ 11 Stecker lassen sich direkt an einem Snom 720 anschließen, siehe Plantronic. Dadurch kann man freihändig telefonieren und die Produktivität erhöht sich um 80 Prozent.
in Verbindung mit Callcenter Software Funktionen wie Auto Dial usw. arbeitet man effektiver, der Informationsfluss und Austausch zwischen verschiedenen Abteilungen wird verbessert.

Einschränkungen von VoIP

Bei allen Vorteilen gibt es auch einige Nachteile und Probleme bei VoIP.

Ausfallsicherheit bei Internetverbindungen liegt derzeit bei 97%, Ausfälle kommen aber durchaus vor.
Kostenlose Telefonie nur innerhalb des PC-Netzwerks / Internet möglich, bei Verbindungen ins Festnetz/Mobilfunknetz entstehen wiederum Kosten, die zuweilen aber niedriger sein können, als das Telefonieren über den Festnetz-Anbieter (u. a. wenn keine Vorwahlen benutzt werden).
Hohe Bandbreite in beide Richtungen erforderlich (die Bandbreite ist codec-abhängig, mit DSL-Downstream (1000+ kbit/s) kommt es normalerweise zu keinen Problemen, der Upstream ist der Flaschenhals).
Notrufe funktionieren nicht von allen Anbietern aus, bzw. die Standortinformationen werden beim Notruf nicht mitgeliefert
Nicht alle Anbieter übermitteln die gewünschte Rufnummer des Anrufers, sondern eine eigene z.B. 0180-x Rufnummer, die der Anbieter zur Verfügung stellt.

Einsatzbereiche

In Unternehmen

In Unternehmen kann mit der VoIP Technik der gesamte Telefonverkehr über das Netzwerk abgewickelt werden, sofern die vorhandene Bandbreite ausreichend dimensioniert ist. I.d.R. laufen über ein Unternehmensnetzwerk auch andere aus der EDV stammende Datenströme. Die EDV-Datenströme können die Fähigkeit zur VoIP im Unternehmen erheblich einschränken, wenn nicht strukturelle Maßnahmen ergriffen werden, die diesem Flaschenhals vorbeugen. Denkbar sind unabhängige "Telefonbackbones" und spezielle Bandbreitenregulatoren.

In Privathaushalten

In Privathaushalten lohnt sich VoIP derzeit nur dann, wenn zusammengehörige Pakete bestimmter Anbieter eingesetzt werden oder viele Familienmitglieder mit hohem Gesprächsaufkommen vorhanden sind. Bei Einsatz von Telefon- und DSL-Flatrates gepaart mit VoIP kann ein Analoger Anschluss volle ISDN-Funktion erhalten. Derzeit belaufen sich die fixen monatlichen Kosten bei sehr günstigen Anbietern auf ca. 30 Euro (DSL mit 16384 KB Downstream / 1024 KB Upstream und Standard Telefonanschluss Analog).

Mit dieser Lösung ist dann jedoch ein Breitbandanschluss im Internet ohne weitere Kosten ebenso enthalten wie eine ISDN Mehrstellenanlage, mit der das Telefonieren z.B. ins Festnetz oder innerhalb des VoIP Netzes kostenlos ist.

Noch vor einigen Jahren waren Breitbandanschlüsse für Privathaushalte zu aufwändig und die gesamte Leistungspalette zu teuer, um derartige Lösungen zu ermöglichen. Mit neuen Techniken wie z.B. Router mit integrierter Firewall, DSL-Modem, ISDN-Telefonanlage und WLAN Funktion ist es aber möglich, den DSL Anschluss auch ohne eingeschalteten PC zu verwenden und ermöglicht eine extrem platzsparende Installation ohne unnötige Kabel.

Verweise

Bücher

Stefan Wintermeyer, Philipp Kempgen: Asterisk 1.4 + 1.6: Installation, Programmierung und Betrieb (2009), ISBN 3-8273-2699-0, Das Asterisk-Buch online (GNU FDL)