VoIP

VoIP steht für Voice over Internet Protocol und bezeichnet die Übertragung von Sprachpaketen über IP-Pakete über Datennetzwerke wie das Internet. Darunter versteht man die Technologie, die es ermöglicht, das Sprachsignal über das Internet mit Hilfe des IP-Protokolls (Internet Protocol) zu übertragen, d. h. das Sprachsignal wird in digitaler Form, in Datenpaketen, statt in analoger Form über Leitungen, die nur für die herkömmliche Telefonie geeignet sind, gesendet.

Ein herkömmliches Telefongespräch erfordert ein großes Netz von Telefonzentralen, die über Kabel, Glasfaserkabel, Telekommunikationssatelliten oder andere Mittel miteinander verbunden sind, was enorme Investitionen für den Aufbau und die Wartung dieser Infrastrukturen bedeutet.

Im Gegensatz dazu wird bei einem Telefonanruf über IP die Sprache komprimiert und in IP-Datenpaketen über eine Internetverbindung gesendet, über die verschiedene Anrufe und Daten übertragen werden können, ohne dass spezielle Verbindungen oder verschwendete Bandbreite erforderlich sind.

Der Begriff VoIP bezieht sich eigentlich auf die Protokolle, die diese Anrufe ermöglichen, obwohl der Name im Allgemeinen für die Anrufe selbst verwendet wird, die über jede Art von Verbindung geführt werden können, von Heim-LANs bis zur mobilen Datenübertragung.

Einer der größten Vorteile dieser Anrufe besteht darin, dass für sie keine Ferngesprächsgebühren erhoben werden, wie dies bei herkömmlichen Anrufen der Fall ist. Andererseits hängt VoIP nicht von der Verfügbarkeit des (in der Regel festen) Telefonnetzes ab, sondern von der Internetabdeckung, um Anrufe übertragen zu können. Der Nachteil ist, dass bei schlechter Internetabdeckung auch die Qualität des Anrufs abnimmt.

Es ist erwähnenswert, dass die VoIP-Technologie nicht nur sehr weit verbreitet ist, insbesondere bei mobilen Anwendungen, sondern auch bei herkömmlichen Festnetztelefonen mit verschiedenen Ausstattungs- und Konfigurationsoptionen eingesetzt werden kann, um das Telefon-Sprachsignal zu digitalisieren und es über das Internet zu übertragen.

Grundlegende VoIP-Infrastruktur

Die grundlegende VoIP-Infrastruktur folgt dem Client-Server-Modell:

• Der Client ist derjenige an beiden Enden des Kommunikationskanals, der die Anrufe herstellt. Die Informationen werden über das Mikrofon des Benutzers empfangen (Eingang), kodiert, verpackt und gesendet; ebenso werden sie nach dem Empfang dekodiert und über das Headset wiedergegeben (Ausgang).
• Der Server ist für die Abwicklung des Echtzeitbetriebs der Kommunikation zuständig, u. a. für die Abrechnung der Anrufzeit, die Weiterleitung, die Verwaltung und Kontrolle der Dienste und die Benutzerregistrierung.

Die Endgeräte (Clients) einer VoIP-Infrastruktur sind die Geräte, die die Benutzer zur Kommunikation verwenden. Sie sind sowohl in Hardware als auch in Software implementiert und erfüllen die Funktionen eines herkömmlichen Telefons.

Im Allgemeinen gibt es 3 Haupttypen von VoIP-Endgeräten:

• Softwarebasiert: verstanden als ein System (Programm oder Anwendung), das auf einem Computer (Computer, Tablet, Smartphone) installiert ist und dessen Ressourcen (in der Regel Mikrofon, Lautsprecher, Bildschirm usw.) nutzt, um Anrufe zu tätigen oder entgegenzunehmen. Sie sind als Softphones bekannt.
• Hardwarebasiert: Das sind Geräte, die wie ein normales Telefon aussehen und sich auch so verhalten, aber direkt an das Datennetzwerk und nicht an die herkömmliche Telefonleitung angeschlossen sind. Sie werden auch als Hardphones bezeichnet.
• Verwendung eines ATA: Ein analoger Telefonadapter (ATA) ermöglicht den Anschluss eines herkömmlichen Telefons an eine Netzwerkverbindung (Internet) für die Verwendung von VoIP. ATA ist ein Konverter, der das analoge Signal des herkömmlichen Telefons in digitale Daten für die Übertragung über das Internet umwandelt.

Im Server-Teil der VoIP-Infrastruktur wird in der Regel eine IP-PBX (IP-Switch) genannte Ausrüstung installiert, die in der Praxis als IP-Zentraltelefonanlage fungiert, um Kommunikationsdienste über Datennetzwerke anzubieten.

Eine IP-Zentrale oder IP-PBX (IP Private Branch Exchange oder private IP-Zweigstellenanlage) ist ein Gerät, das Kommunikationsdienste über Datennetzwerke bereitstellt. Bei IP-PBX handelt es sich um eine Telefonanlage, die direkt an das öffentliche Telefonnetz angeschlossen ist, um nicht nur interne Anrufe zu verwalten, sondern auch eingehende und ausgehende Anrufe unabhängig von jeder anderen Telefonanlage.

Eine IP-PBX besteht aus:

• Gateways: Sie verbinden VoIP- Netzwerke transparent mit herkömmlichen Telefonnetzen.
• Gatekeepers: Sei sind das Herzstück von VoIP-Netzwerken. Sie sind u. a. für die Benutzerauthentifizierung, die Bandbreitenkontrolle, das Routing, die Abrechnung und die Zeitsteuerung zuständig. Sie können als Äquivalent zu den traditionellen Telefonzentralen betrachtet werden.

VoIP-Protokolle

Die VoIP-Technologie erfordert eine Reihe von Protokollen, um die Übertragung von Sprachkommunikation über das Internet zu erleichtern. Einige der bekanntesten sind:

• H.323-Protokoll: Von der Internationalen Fernmeldeunion (ITU: International Telecomunication Union) erstellter Standard, der definiert, wie Kommunikationssitzungen über Netzwerkpakete durchgeführt werden können, und der verschiedene Funktionen zur Verwaltung der Bandbreite und zur Anrufsteuerung bietet. Es besteht aus einer Reihe von Normen für Multimedia-Informationen, die sich auf Endgeräte, Ausrüstung und Dienste beziehen und die Signalisierung in IP-Netzwerken festlegen. Es ist unabhängig von der Netzwerktopologie und ermöglicht die gleichzeitige Verwendung von mehr als einem Kanal jeder Art (Sprache, Video, Daten).
• SIP-Protokoll: Das Sitzungsinitiierungsprotokoll (SIP: Session Initiation Protocol) wurde von der Arbeitsgruppe für Internettechnik (IETF: Internet Engineering Task Force) mit dem Ziel entwickelt, die Norm für die Initiierung, Änderung und Beendigung interaktiver Benutzersitzungen mit Multimedia-Elementen wie Video, Sprache, Sofortnachrichten, Online-Spiele und virtuelle Realität zu sein. Seine Syntax ähnelt den Protokollen HTTP und SMTP, die für Webseitendienste bzw. für die E-Mail-Verteilung verwendet werden. Diese Ähnlichkeit ist natürlich, da es entwickelt wurde, um die Telefonie zu einem Dienst im Internet zu machen.
• IAX-Protokoll: Das Austauschprotokoll von Asterisk (IAX: Inter-Asterisk eXchange Protocol) wird von Asterisk (einem Open-Source-IP-PBX-Server) zur Abwicklung von VoIP-Verbindungen verwendet. Es wurde für die VoIP-Signalisierung in Asterisk entwickelt und ermöglicht es, Sprachpakete in einem IP-Netzwerk zu priorisieren (QoS: Quality of Service). Es verwendet einen einzigen UDP-Port, in der Regel 4569, für die Kommunikation zwischen den Endpunkten (VoIP-Endgeräten). Es gilt als robustes und einfaches Protokoll im Vergleich zu anderen Protokollen und kann für die Übertragung praktisch aller Arten von Daten verwendet werden. Heute bezieht sich der Begriff IAX im Allgemeinen auf das IAX2-Protokoll, seine zweite Version, da das ursprüngliche Protokoll nicht mehr verwendet wird.

Andere für VoIP-Dienstanbieter spezifische Protokolle sind:

• UNIStim: proprietäres Protokoll von Nortel (Avaya).
• MiNet: proprietäres Protokoll von Mitel.
• CorNet-IP: proprietäres Protokoll von Siemens.
• Skype: proprietäres Peer-to-Peer-Protokoll, das in der App Skype verwendet wird.
• SCCP: proprietäres Protokoll von Cisco.

Eine der Herausforderungen bei VoIP ist, dass die derzeit verwendeten Protokolle nicht immer kompatibel sind. VoIP-Anrufe zwischen verschiedenen Netzwerken können nicht erfolgreich sein, wenn unterschiedliche Protokolle verwendet werden, die nicht kompatibel sind. Dieses Problem wird gelöst werden, wenn eine Norm entsteht, entweder weil sie entwickelt wird oder aufgrund der massiven Verwendung einer der oben genannten Normen.

Vorteile

Der erste und wichtigste Vorteil sind die Kosten. Ein VoIP-Anruf ist in den meisten Fällen viel billiger als sein Äquivalent in der herkömmlichen Telefonie, vor allem weil für die Daten- und Sprachübertragung dasselbe Netzwerk verwendet wird.

Die herkömmliche Telefonie hat feste Kosten, die bei der IP-Telefonie nicht anfallen, daher ist die IP-Telefonie billiger.

Mit VoIP ist es außerdem möglich, von jedem Ort aus zu telefonieren, an dem eine Internetverbindung besteht, da IP-Endgeräte von jedem Ort aus genutzt werden können, an dem eine Verbindung besteht.

Die meisten VoIP-Anbieter bieten Funktionen an, für die herkömmliche Telefonanbieter gesonderte Gebühren verlangen. Ein VoIP-Dienst umfasst ohne zusätzliche Kosten u. a. Anruferidentifizierung, Anklopfen, Weiterleitung und Voicemail; ebenso ist es möglich, andere Kommunikationsprodukte wie Instant Messaging, E-Mail und Videokonferenzen zu integrieren.

Andererseits fallen für Unternehmen, die VoIP-Dienste nutzen, weniger Wartungskosten an, da nicht zwei verschiedene Netzwerke (Daten- und Telefonnetz) unterhalten werden müssen: VoIP ermöglicht die Weiterleitung von Telefongesprächen über dasselbe verwendete Datennetzwerk.

Ebenso verbessert VoIP die Produktivität und die Reaktionszeit, da die Kommunikation nicht durch den Standort, das Gerät oder den Zugang eingeschränkt ist, so dass lokale Telefonanrufe automatisch an ein VoIP-Telefon weitergeleitet werden können, unabhängig davon, wo es mit dem Netzwerk verbunden ist.

Nachteile

Heute sind die meisten Probleme bei der Nutzung von VoIP auf technologische Beschränkungen zurückzuführen, die durch die ständige innovative Weiterentwicklung der VoIP-Technologie gelöst werden müssen; einige davon sind:

VoIP erfordert eine zuverlässige Internetverbindung und ist anfällig für Bandbreitenbeschränkungen. Wenn die Bandbreite nicht ausreicht, kann es bei Telefongesprächen zu Latenzzeiten kommen, die zu Verzögerungen und Gesprächsabbrüchen führen können.

VoIP erfordert einen Stromanschluss, und bei einem Stromausfall können die Benutzer von ihren VoIP-Telefonen aus keine Anrufe tätigen, da diese Endgeräte zum Betrieb Strom benötigen, während herkömmliche Endgeräte nur das Telefonkabel benötigen.

Notrufe mit VoIP-Telefonen können schwierig sein, da die IP-Adressen nicht den genauen Standort des Anrufers angeben.

Was die Sicherheit betrifft, werden VoIP-Anrufe über das Internet oder potenziell unsichere Netzwerke übertragen, was Datenschutz- und Sicherheitsrisiken mit sich bringt, die bei einem herkömmlichen Telefondienst nicht auftreten. In diesem Sinne kann die VoIP-Infrastruktur auch durch die Auswirkungen eines Virus, eines Wurms oder eines Denial-of-Service-Angriffs beeinträchtigt werden, und zwar sowohl durch die beteiligten Geräte als auch durch die Schwachstellen des Netzwerks, über das sie übertragen wird. In diesem Sinne können der Schutz des Datennetzwerks und die Ende-zu-Ende-Verschlüsselung des Anrufs die nachteiligen Auswirkungen minimieren.

Allgemein wird erwartet, dass die technologische Entwicklung von VoIP diese Nachteile überwinden und VoIP die herkömmliche Telefonie mit der Zeit vollständig ersetzt.

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