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Voice over IP, Die Technik Grundlagen und Protokolle für Multimedia-Kommunikation
Voice over IP, Die Technik
Grundlagen und Protokolle für Multimedia-Kommunikation




Anatol Badach

Carl Hanser Verlag
EAN: 9783446403048 (ISBN: 3-446-40304-3)
394 Seiten, paperback, 17 x 24cm, Juni, 2005

EUR 34,90
alle Angaben ohne Gewähr

Umschlagtext
Voice over IP - Die Technik

Grundlagen und Protokolle für Multimedia-Kommunikation



2., überarbeitete und erweiterte Auflage



Detaillierte Einführung in die Technik, Standards und Protokolle von VoIP



Voice over IP (VoIP) ist auf dem Vormarsch. Es gibt bereits zahlreiche VoIP-Angebote, mit denen sowohl Firmen und öffentliche Institutionen als auch Privatanwender VoIP einsetzen können. Mit VoIP ist sowohl Sprachkommunikation als auch multimediale Kommunikation (Audio, Video) über IP-Netze möglich. Wer die Grundlagen, Standards und Protokolle, die das Telefonieren und die Multimedia-Kommunikation über das Internet möglich machen, kennen lernen will, findet in diesem Buch einen aktuellen und umfassenden Überblick. Zudem zeigt der Autor, welche Wege es für die Migration zu VoIP gibt und wie sie umgesetzt werden können.



Das Buch eignet sich als Lehrbuch für Studenten und Neueinsteiger sowie als Nachschlagewerk für Experten, zu deren Aufgaben die Entwicklung, Planung oder Betreuung von Netzwerken oder Netzwerkapplikationen gehört.



Die Themen:



- Integration der TK-Netze (ISDN, GSM, UMTS) mit dem Internet (z.B. Einsatz von Softswitch, Parlay/OSA, JAIN)

- Quality of Service bei VoIP

- Sprachcodierungsverfahren

- Echtzeitkommunikation mit RTP/RTCP und mit Secure RTP

- VoIP nach H.323

- VoIP mit SIP

- Einsatz von VoIP-Gateways

- Vernetzung von VoIP-Zonen und Telefonie-Routing.

- Migration zum VoIP-Einsatz

- Internet-Telefonie



Das wird vermittelt:

Die unabdingbaren Grundlagen, um die Sprachkommunikation in IP-Netzen zu verstehen und zu nutzen, bzw. neue VoIP-Anwendungen zu entwickeln.
Rezension
„Voice over IP – Die Technik“ von Prof. Anatol Badach kann man als „Das Standartwerk“ über Voice over IP betrachten. Der Autor schafft es durch eine übersichtliche und gut strukturierte Schreibweise, das eher trockene Thema VoIP dem Leser leicht verständlich zu vermitteln. Durch zahlreiche Diagramme lassen sich Abläufe bei Telefonverbindungen auch optisch gut nachvollziehen.

Mit diesem Buch wird nicht nur das Thema VoIP mit dessen Funktionen, Protokollen und Standards eingehend behandelt, sondern der Leser erhält zusätzlich einen Überblick über die Entwicklung der Telefonie von den Anfängen, über ISDN und Mobilfunk, bis hin zum VoIP. Ebenso wird die Einbindung in Netzwerke und der Einsatz von VoIP im Alltag ausführlich angesprochen.

Zusammengefasst: „Voice over IP – Die Technik“ ist nicht nur ein hervorragendes Buch für Studenten und Fachleute, sondern auch für all diejenigen bestens geeignet, die sich etwas genauer über VoIP informieren wollen.
Inhaltsverzeichnis
1 Vom einfachen Telefon bis zu Next Generation Networks1
1.1 Vom Telefon bis zum intelligenten Netz 2
1.1.1 Erfindung des Telefons 2
1.1.2 Vom analogen Telefonnetz zum ISDN 4
1.1.3 Vom ISDN zum Intelligenten Netz 6
1.2 Ansätze für VoIP 8
1.2.1 Internet-Telefonie 9
1.2.2 Erweiterung von ISDN mit einem IP-Netz 11
1.2.3 IP-Netz als Backbone für PSTN/ISDN 12
1.2.4 Ein lokales Netzwerk als IP-TK-Anlage 14
1.3 Evolution der Mobilfunknetze 15
1.3.1 Aufbau der Mobilfunknetze nach GSM 16
1.3.2 Aufbau von GPRS 18
1.3.3 Konzept von UMTS 19
Vereinfachte Architektur von UMTS 20
UMTS-Ausbau und IMS 21
1.4 VoIP und Konvergenz der Netze 22
1.4.1 Von Singleservice-Netzen zum Multiservice-Netz 22
1.4.2 Integration von Internet mit Intelligent Network 25
PINT 25
SPIRITS 27
1.4.3 Trend zu Next Generation Networks 28
1.4.4 Konzept von Parlay/OSA 31
1.4.5 Konzept von JAIN 35
1.5 VoIP-Aktivitäten bei Standardisierungsgremien, Konsortien und Foren 38
1.5.1 IETF und Internet-Standards 38
Organisation der IETF 39
Working Groups mit VoIP-Aktivitäten 40
1.5.2 ITU-T und Telekommunikationsstandards 41
Organisation des ITU-T 41
VoIP-betreffende SGs beim ITU-T 42
1.5.3 ETSI und VoIP43
1.5.4 VoIP-betreffende Konsortien und Foren43
1.6 Schlussbemerkungen 45

2 Signalisierung in Telefonnetzen und ISDN 47
2.1 Signalisierung in Telefonnetzen 48
2.2 ISDN-Konzept50
2.2.1 ISDN-Schnittstellen 51
2.2.2 Protokollbereiche im ISDN52
2.3 D-Kanal-Protokoll 53
2.3.1 Schicht 3 des D-Kanal-Protokolls 54
2.3.2 Auf- und Abbau einer ISDN-Verbindung56
2.4 Signalisierungssystem Nr.7 58
2.4.1 Funktionsteile von SS7 60
2.4.2 Funktionelle Struktur von SS7 61
2.4.3 SS7-Verlauf beim Auf- und Abbau einer ISDN-Verbindung 63
2.5 Schlussbemerkungen 65

3 TCP/IP- und VoIP-Protokolle 67
3.1 Protokollfamilie TCP/IP68
3.2 Prinzip der Kommunikation im Internet70
3.2.1 Bildung von IP-Paketen 71
3.2.2 Prinzip der Kommunikation im Internet 72
3.2.3 Interpretation von IP-Adressen 73
3.2.4 Zweistufige Adressierung 74
3.2.5 Regeln beim Absenden von IP-Paketen 75
3.3 Internet-Protokoll IP76
3.4 Protokoll TCP78
3.4.1 Interpretation einer TCP-Verbindung 79
3.4.2 Auf- und Abbau einer TCP-Verbindung80
3.5 Einsatz von DNS 82
3.5.1 Aufbau des DNS-Namensraums 83
3.5.2 Prinzip der Namensauflösung 84
3.6 Protokolle für VoIP 86
3.7 Bedeutung des Protokolls SCTP88
3.7.1 SCTP versus UDP und TCP89
3.7.2 SCTP-Assoziationen 90
3.8 ENUM-Konzept 92
3.8.1 Bildung von ENUM-URIs aus E.164-Rufnummern 94
3.8.2 Bestimmung des NAPTR Resource Records 95
3.8.3 Nutzung der Internet-Dienste beim ENUM-Einsatz 96
3.9 Schlussbemerkungen 97

4 VoIP und QoS in IP-Netzen99
4.1 QoS-Anforderungen bei VoIP 100
4.1.1 Einflussfaktoren auf die VoIP-Qualität 100
4.1.2 Ende-zu-Ende-Verzögerung 101
4.1.3 Übermittlungszeit über ein IP-Netz 105
4.1.4 Jitter-Ausgleichpuffer und Paketverluste 106
4.2 Verfahren zur Garantie von QoS-Anforderungen 107
4.3 Priorisierung von MAC-Frames 109
4.4 Differentiated Services 110
4.4.1 Differenzierung der IP-Pakete 111
4.4.2 DiffServ-Domäne und -Region 112
4.5 Queue-Management 114
4.5.1 Priority Queueing 116
4.5.2 Custom Queueing 117
4.5.3 Fair Queueing 120
4.5.4 Weighted Fair Queueing 122
4.5.5 Class-based Weighted Fair Queueing 124
4.6 Einsatz von RSVP 126
4.7 Schlussbemerkungen 129

5 Sprachcodierung und Echtzeitkommunikation mit RTP/RTCP131
5.1 Sprachcodierung bei VoIP 132
5.1.1 Abtastwert-orientierte Sprachcodierung 134
5.1.2 Prinzipien der Quantisierung 137
5.1.3 Nichtlineare Quantisierung bei PCM 138
5.1.4 Nachbildung der Spracherzeugung 141
5.1.5 Segment-orientierte Sprachcodierung 144
5.1.6 VoIP-relevante Sprachcodierungsverfahren 145
5.1.7 Sprachqualität nach MOS-Skala 147
5.2 Protokolle für Sprachübermittlung 148
5.2.1 Bedeutung einer RTP-Session149
5.2.2 RTP/RTCP und TCP/UDP/IP 151
5.3 Konzept und Funktionen von RTP 151
5.3.1 Aufbau von RTP-Paketen 152
5.3.2 Payload-Typen 154
5.4 Translator und Mixer156
5.4.1 Translator-Einsatz 156
5.4.2 Mixer-Einsatz157
5.5 Protokoll RTCP158
5.5.1 Funktion von RTCP 159
5.5.2 Typen der RTCP-Pakete 160
5.5.3 Struktur der RTCP-Pakete160
5.5.4 Sender Report (SR) 161
Angaben im SR-Header163
Sender-Informationen163
Angaben in Report Blocks164
5.5.5 Receiver Report (RR)164
5.6 Abschätzung von QoS-Parametern165
5.6.1 Garantie der Isochronität165
5.6.2 Abschätzung von Jitter167
5.6.3 Abschätzung des Round-Trip Delay 168
5.7 Secure Real-time Transport Protocol (SRTP) 168
5.7.1 Sicherheitsfunktionen von SRTP 169
5.7.2 Key Management Protokoll und SRTP170
5.7.3 Gesicherte Kommunikation nach SRTP 172
5.7.4 Prinzip der Integritätsprüfung und Authentifizierung 174
5.7.5 SRTP- und SRTCP-Pakete175
5.7.6 Session Keys bei SRTP177
5.7.7 Vorbereitung eines RTP-Pakets zum Senden179
5.7.8 Bearbeitung eines empfangenen RTP-Pakets180
5.7.9 Schritte bei der Bearbeitung eines RTP-Pakets181
5.8 Kompression des RTP/UDP/IP-Headers 183
5.8.1 Bedeutung von CRTP und ROHC 184
5.8.2 Konzept der Kompression des RTP/UDP/IP-Headers 185
5.8.3 Kompression und Decompression nach CRTP 187
5.8.4 Besonderheiten von ROHC192
5.9 Schlussbemerkungen 193

6 VoIP nach dem Standard H.323195
6.1 Systemkomponenten nach H.323 196
6.1.1 H.323-Domains 197
6.1.2 Protokollfamilie TCP/IP und H.323 198
6.1.3 Sprach- und Videocodierung in H.323-Systemen 200
6.1.4 Arten von Kanälen bei der Multimedia-Kommunikation 201
6.2 Signalisierung nach H.323 202
6.2.1 Schritte vor der Audio/Video-Übermittlung 203
6.2.2 Schritte nach der Audio/Video- Übermittlung 205
6.2.3 Fast Connect Prozedur 206
6.3 Realisierung von RAS-Funktionen 208
6.3.1 Gatekeeper-Entdeckung 209
6.3.2 Registrierung und Deregistrierung beim Gatekeeper 210
6.3.3 Zulassung von Verbindungen 211
6.3.4 Abfrage der IP-Adresse eines Endpunktes 213
6.4 Signalisierung der Anrufe nach H.225.0 214
6.4.1 Struktur von Anruf-SIG-Nachrichten beim H.225.0 215
6.4.2 Anrufsignalisierung ohne Gatekeeper 215
6.4.3 Direkte Anrufsignalisierung beim Gatekeeper-Einsatz 217
6.4.4 Über Gatekeeper geroutete Anrufsignalisierung 218
6.4.5 VoIP im Verbund mit ISDN 220
6.5 Einsatz des Protokolls H.245 221
6.5.1 Beschreibung von Terminal-Fähigkeiten 222
6.5.2 Austausch von Terminal-Fähigkeiten 224
6.5.3 Master/Slave-Festlegung 225
6.5.4 Aufbau logischer Kanäle 226
6.5.5 Abbau logischer Kanäle 227
6.5.6 Änderung von Eigenschaften einer Verbindung 228
6.5.7 Beispiel für einen Verlauf des Protokolls H.245 229
6.6 Supplementary Services nach H.450.x 230
6.6.1 H.450.1 als Basis für Supplementary Services 232
6.6.2 Beispiele für Supplementary Services 233
6.7 Roaming bei VoIP nach H.323 236
6.7.1 Arten von Roaming 236
6.7.2 Registrierung eines Gast-Teilnehmers 238
6.7.3 Ankommender Anruf zu einem Gast-Teilnehmer 241
6.7.4 Abgehender Anruf aus einer Fremd-Domain 243
6.7.5 Deregistrierung eines Gast-Teilnehmers 244
6.8 Schlussbemerkungen 245

7 VoIP mit dem Protokoll SIP247
7.1 Allgemeines über SIP248
7.1.1 SIP und die Protokolle TCP/UDP/IP 248
7.1.2 SIP-Besonderheiten249
7.1.3 Einfacher SIP-Verlauf zwischen zwei IP-Telefonen250
7.2 Beispiele für den SIP-Einsatz 252
7.2.1 Einsatz eines Proxy-Servers252
7.2.2 Einsatz eines Redirect-Servers 253
7.2.3 Anrufweiterleitung mit SIP 254
7.2.4 Anrufverzweigung mit SIP 257
7.2.5 Einsatz eines Voice-Mail-Servers 258
7.3 SIP-Nachrichten und -Adressen 259
7.3.1 Request-Typen 259
7.3.2 Response-Klassen 261
7.3.3 Aufbau von SIP-Nachrichten 262
Struktur von SIP-Requests262
Struktur von SIP-Responses 262
Message Body 264
7.3.4 Struktur von SIP-Adressen266
7.4 Betriebsarten bei SIP 267
7.4.1 Proxy-Mode und Redirect-Mode 268
7.4.2 Einsatz von Proxy- und Redirect-Server 268
7.4.3 SIP-Verlauf im Proxy-Mode 270
7.4.4 SIP-Verlauf im Redirect-Mode 271
7.5 Registrierung der Lokation von Teilnehmern273
7.6 Spezielle Dienstmerkmale mit SIP 275
7.6.1 Verzweigung ankommender Anrufe 275
7.6.2 Anrufweiterleitung bei Besetzt277
7.6.3 Anrufweiterleitung zum Voice-Mail-System277
7.7 Response- und Request-Routing 278
7.8 Konvergenz der IP-Netze und ISDN 280
7.8.1 SIP und das D-Kanal-Protokoll281
7.8.2 SIP und Signalisierungssystem Nr. 7 283
7.9 Koexistenz von SIP und H.323 283
7.10 Schlussbemerkungen 286

8 VoIP-Gateways: Konzepte und Protokolle 287
8.1 VoIP und klassische Systeme für Sprachkommunikation 288
8.2 Konzept von MGCP 290
8.2.1 Grundbegriffe bei MGCP 290
8.2.2 MGCP-Commands 292
8.2.3 MGCP-Responses 293
8.2.4 Auf- und Abbau einer RTP-Session nach MGCP 294
8.3 Protokoll Megaco 298
8.3.1 Konzept von Megaco 299
8.3.2 Megaco-Commands 301
8.3.3 Auf- und Abbau einer RTP-Session nach Megaco 302
8.3.4 Megaco und Integration von VoIP mit ISDN 304
8.4 Schlussbemerkungen 306

9 Vernetzung von VoIP-Zonen und Telefonie-Routing 307
9.1 Typische Probleme bei VoIP 308
9.1.1 Routing ankommender Anrufe aus dem ISDN/PSTN 310
9.1.2 Routing abgehender Anrufe 312
9.2 Konzept und Einsatz von TRIP 313
9.2.1 Bedeutung von TRIP 315
9.2.2 TRIP-Protokoll als Bruder von BGP 316
9.3 Vernetzung von VoIP-Zonen mit H.323 318
9.3.1 Routing abgehender Anrufe zwischen H.323-Zonen 318
9.3.2 Routing abgehender Anrufe aus dem ISDN zu einer H.323-Zone 320
9.4 Vernetzung von VoIP-Zonen mit SIP 321
9.4.1 Routing der Anrufe zwischen VoIP-Zonen mit SIP 321
9.4.2 Routing ankommender ISDN-Anrufe zu VoIP-Zonen mit SIP 323
9.5 Schlussbemerkungen 323

10 Migration zum VoIP-Einsatz 325
10.1 Verschiedene Aspekte der Migration zu VoIP 326
10.1.1 Sanfte Migration zu VoIP 326
10.1.2 Harte Migration zu VoIP 327
10.1.3 Typische Fälle bei der Migration zu VoIP 327
10.1.4 Architekturmodelle der VoIP-Systeme 329
10.2 Hybride VoIP-Systemarchitekturen 330
10.2.1 Hybride VoIP-Systemarchitektur am Einzelstandort 330
10.2.2 Arten der Vernetzung von TK-Anlagen331
Vernetzung von TK-Anlagen mit zentraler Anrufsteuerung332
Vernetzung von TK-Anlagen mit verteilter Anrufsteuerung 333
10.2.3 Standortübergreifende hybride VoIP-Systemarchitekturen333
VoIP-Systemarchitekturen mit zentraler Anrufsteuerung334
VoIP-Systemarchitekturen mit verteilter Anrufsteuerung 335
10.3 Reine VoIP-Systemarchitekturen 336
10.3.1 Reine VoIP-Systemarchitektur am Einzelstandort 338
10.3.2 Verkabelung für die Unterstützung von VoIP340
Getrennte Sprach- und Datenverkabelung340
Gemeinsame Sprach- und Datenverkabelung341
10.3.3 Standortübergreifende reine VoIP-Systemarchitekturen342
VoIP-Systemarchitektur mit zentraler Anrufsteuerung342
VoIP-Systemarchitektur mit verteilter Anrufsteuerung 345
10.4 Auswahl einer VoIP-Systemlösung346
10.5 Hauptschritte bei der Migration zu VoIP347
10.5.1 Ist-Analyse bei der Migration zu VoIP 351
Organisatorische Aspekte der Ist-Analyse351
Technische Aspekte der Ist-Analyse353
10.5.2 Anforderungen an VoIP-System 355
Organisatorische Anforderungen355
Technische Anforderungen357
10.5.3 Komponenten des VoIP-Systemkonzeptes358
10.6 VoIP in kleinen Büros und privaten Haushalten 360
10.6.1 Internet-Telefonie und private IP-Adressen 360
10.6.2 Bedeutung von STUN362
10.6.3 Koexistenz der Internet-Telefonie mit herkömmlicher Telefonie ...364
10.6.4 Verlauf der Internet-Telefonie mit SIP bei NAT365
10.7 Schlussbemerkungen 367

Literatur, Standards, Webquellen 369

Abkürzungsverzeichnis 377

Index 383