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VoIP für den Mittelstand

Ein Verständnis des folgenden Textes setzt Grundkenntnisse von Netzwerk-technologien und Protokollen voraus, wobei der Schwerpunkt bei dem Internet Protokoll ( IP ) liegt. Der Text vermittelt technische Grundlagen für einen Einblick in die Welt der IP-Telefonie. Diese Grundlagen werden bei einer Realisierung einer VoIP-Lösung mittels des Standards ITU-T H.323 in einem mittelständischen Unternehmen ( Firma Mustermann ) angewandt, wobei hierbei eine software-basierende Lösung mittels Mioco Hello World dargestellt wird. Zudem wird eine Kommunikations- und Kostenanalyse durchgeführt.

Motivation

Heutige Daten- bzw. Computernetze sind ein integraler und unentbehrlicher Bestandteil unseres täglichen Lebens. Die anfänglichen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, welche relativ schmalbandig arbeiteten, entwickelten sich zu den heutigen High Speed Technologien, welche die Übertragung von Multimedia Informationen unterstützen. Diese technischen Neuerungen und Entwicklungen ermöglichen die Integration der Übertragung von isochronen Daten, wie z.B. Sprache, in paket-basierenden Netzwerken. Die Übertragung von Sprache in spezifischen Telefonnetzen ist schon seit über 100 Jahren Realität. In den frühen 60er Jahren erfolgte ein großer Technologiesprung durch die Digitalisierung der analogen Sprache für die Sprachübertragung.

Mit Entstehung der Datennetze in den 70er Jahren, welche in deren Ausbreitung in das heutige Internet gipfelte, stellte sich natürlich die Frage, ob die Übertragung der Sprache über diese paket-basierende Daten-Netzwerke realisiert werden kann. Da es sich hierbei um IP-basierende Netzwerke handelt, steht die am weitesten verbreitete Protokollfamilie TCP/IP dabei im Mittelpunkt.

Diese Arbeit greift die Thematik der Übertragung der Sprache in paket-basierenden ( IP-basierenden ) Netzwerken auf. Sie behandelt die technischen Grundlagen wie z.B. Voice over IP ( VoIP ) und den existierenden Standard ( ITU-T H.323 ). Zudem wird eine praktische Realisierung einer software-basierenden IP-Telefonie Lösung am Beispiel eines mittelständischen Unternehmens mittels Mioco aufgezeigt und auf Sicherheits- und Kostenaspekte der Realisierung eingegangen.

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VoIP für den Mittelstand

VoIP für den Mittelstand ©iStockphoto/BrianAJackson

Gliederung

Im Punkt 2 dieser Arbeit werden die allgemeinen und technischen Grundlagen der IP-Telefonie bzw. Voice over IP ( VoIP ) behandelt. Im Mittelpunkt stehen dabei die Kommunikationsformen der IP-Telefonie sowie der Standard ITU-T H.323. Dabei soll ein theoretischer Einblick in die Thematik verschafft werden.

Die praktische Anwendung und Realisierung einer software-basierenden VoIP-Lösung wird im Gliederungspunkt 3 dargestellt. Hierbei wird die Netzwerk- und TK-Anlagen-Struktur analysiert und ausgewertet, um somit eine mögliche Lösungsvariante für die Realisierung der IP-Telefonie zu erarbeiten. Zudem wird in diesem Punkt die Installation und Konfiguration eines Telefonie-Servers und dessen Clients ( software-basierende Lösung mittels Mioco ), sowie die sich daraus ergebenden Kommunikation, beschrieben.

Der Punkt 4 stellt eine Betrachtung der Sprachqualität dar, wobei es sich um ein wichtiges Kriterium für die Einführung von VoIP-Lösungen handelt.

Ein wichtiger Punkt ist natürlich die Frage der Kosten. Dieser wird im Gliederungspunkt 5 untersucht. Hierbei werden die fixen Kosten der vorhandenen TK-Anlage und der Anschaffungskosten der realisierten software-basierenden IP-Telefonie Lösung gegenübergestellt. Des Weiteren wird eine Kosten / Nutzen – Analyse durchgeführt.

VoIP für den Mittelstand

VoIP für den Mittelstand ©iStockphoto/shironosov

Die letzten beiden Punkte ( Kapitel 7 und 8 ) beschreiben die Zukunftsaussichten von VoIP-Lösungen und zeigen Schlussfolgerungen zu dieser Diplomarbeit und deren Thematik auf.

Was ist IP-Telefonie?

Der IP-Telefonie ( Internet Protocol Telefonie ) liegt das Internet Protocol ( IP ) zu Grunde, welches das wichtigste Übertragungsprotokoll ist. Es hat zudem die Eigenschaften standardisiert, kostenlos, öffentlich und paket-basierend zu sein. Aus diesem Grund entstand die Idee, Telefonie und Übertragung digitaler Daten mittels eines paket-basierenden Netzwerks und somit die Einspeisung von Sprache und Daten mittels einer Kabelinfrastruktur ( einer Technologie ) zu realisieren. Dies hatte zur Folge, dass statt der traditionellen, kanalorientierten Telefonie mit deren Telefonnetzen, eine paketorientierte Vermittlung der Telefonie zum Einsatz gebracht werden sollte.

IP-Telefonie ist somit ein Telefondienst der Sprache übermittelt und durch eine Netzwerkanbindung versorgt wird. Diese Art der Kommunikation fordert zwei grundlegende Schritte:

1. Umwandlung analoger Sprache in digitale Daten mittels einer Codierung- und Decodierung ( Codec )
2. Umwandlung der digitalen Daten in IP-Übertragungspakete

Für die Übermittlung der Daten werden private oder öffentliche TCP/IP-basierende Netzwerke ( LAN, WAN ) genutzt. Zudem findet man in der Literatur und dem Sprachgebrauch für die Thematik Sprachübertragung über IP neben der IP-Telefonie des Weiteren die Begriffe Voice over IP ( VoIP ) und Internet-Telefonie. In dieser Arbeit werden diese Begriffe wie folgt verwendet:

Voice over IP definiert den grundsätzlichen Transport von Telefongesprächen über ein paketorientiertes TCP/IP-basierendes Netzwerk, wobei eine Signalisierung eingesetzt wird. Der Begriff wird immer dann verwendet, wenn die Technologie einer qualitätsgesicherten Sprachübertragung gemeint ist.

Internet-Telefonie ist eine Form der IP-Telefonie. Hierbei wird jedoch nicht wie bei IP-Telefonie ein LAN für die Übermittlung der Telefongespräche sondern das Internet ( ohne Qualitätsgarantie ) genutzt.

Geschichte der IP-Telefonie

Wenn man die Geschichte der IP-Telefonie betrachtet, so beruft man sich dabei auf die Geschichte der traditionellen Telefonie sowie die Geschichte des Internets. Die traditionelle Telefonie blickt auf eine über 100jährige Geschichte zurück, wobei die Idee, Sprache mittels elektrischer Schwingungen zu übertragen Mitte des 19. Jahrhunderts entstanden ist.

1861 entwickelte der Physiker Philip Reis ein Gerät zur Übertragung von Tönen durch elektromagnetische Wellen ( Telefonprinzip ), welches von Alexander Graham Bell ( 1847 – 1922 ) weiterentwickelt wurde. Dieser wiederum meldete 1876 ein Patent für ein erstes Telegraphensystem an. Ein Jahr später ( 1877 ) wurde die Bell Telephon Association gegründet, woraus 1885 die American Telephone and Telegraph Company ( AT&T ) hervor ging. Um diese Zeit wurden die Techniken immer weiterentwickelt und so z.B. durch Werner von Siemens die Sprachqualität verbessert. So gab es beispielsweise in Deutschland 1897 schon 529 Orte mit Telefonanlagen und über 140000 Sprechstellen. Die Verbindungen wurden über manuelle Vermittlungen mittels Hunderter von Angestellter realisiert.

Bis 1915 wurde eine Verstärkungstechnologie entwickelt und somit die erste Transkontinentalverbindung ( New York – San Francisco ) möglich. Nach dem ersten Weltkrieg verbreiteten sich automatisierte Vermittlungsanlagen und Selbstwahlsysteme, wobei gegen 1960 die digitale Übertragung zwischen den Telefonzentralen mittels PCM30-Technik eingeführt wurde. Mitte des 20. Jahrhunderts wurden zudem die ersten konventionellen Computersysteme gebaut und in Betrieb genommen. Hierbei stand von Anfang an der Wunsch der Vernetzung dieser Systeme. So plante im Jahre 1966 die Advanced Research Projets Agency ( ARPA ) die Vernetzung der Computerzentren des ganzen Landes. 1969 wurde aus diesem Plan Realität und es entstand das ARPANET, welches aus vier Knoten bestand. Die enorme Weiterentwicklung sollte 1980 die goldene Ära des Internets einleiten. 1982 implementierte ARPA das TCP/IP in deren APRANET und somit entstand die Kommunikation Transmission Control Protocol und Internet Protocol, welches die Grundlage für die IP-Telefonie darstellt. 1983 wurde das Name-Server Konzept entworfen und ein Jahr später eingeführt, wobei die erste registrierte Domain „symbolics.com“ war. Im Jahr 1986 wurde das Nation Science Foundation Network (NSFNET) gegründet, welches eine Backbone Geschwindigkeit von 56 kBit/s besaß. Dieses Netz verband vorwiegend Universitäten und dazugehörige Institutionen und wurde in den darauf folgenden Jahren ständig erweitert.

1988 wurde das Backbone auf T1 (1,544 Mb/s) erweitert und ein Jahr später wurde auch Deutschland an das NSFNET angeschlossen. Durch den Erfolg des NSFNET stieg auch die Zahl der Hosts im Internet stark an, so waren es im Jahr 1987 über 10.000 Hosts, zwei Jahre später immerhin schon über 100.000. Mit der Zeit bekam die Idee der Sprachübertragung über das Internet immer größere Bedeutung. Die traditionelle Telefonie erlangte im Jahr 1995 einen weiteren großen Entwicklungssprung mit der Einführung des Integrated Services Digital Network ( ISDN ). Diese Technik ermöglichte eine konstante Bitrate von 64kBit/s. Im selben Jahr wurde zudem von der israelischen Firma VocalTec die Technik der IP-Telefonie auf den Markt gebracht. Diese arbeitete zu diesem Zeitpunkt noch halbduplex, d.h. die beiden Gesprächsteilnehmer können wie beim CB-Funk nicht gleichzeitig sprechen, sondern nur abwechselnd. Des Weiteren war diese erste Markteinführung nur auf den PC beschränkt. Seit diesem Zeitpunkt erfuhr die IP-Telefon Technik ständige Weiterentwicklung bis zum gegenwärtigen Stand.

Warum IP-Telefonie?

Somit stellt sich nun natürlich die Frage – Warum sollte man IP-Telefonie einsetzen? Das Einsatzgebiet der IP-Telefonie hat sich mit der Zeit etwas verschoben, denn in den Anfängen galt das Hauptaugenmerk der Internet-Telefonie. Unternehmen setzen auf diese Technologie um deren Telefonkosten zu reduzieren. Aber mit der Zeit wurde die Technologie für die netzinterne Kommunikation der Unternehmen immer lukrativer. Dies hatte zur Folge, dass für die Kommunikation nicht mehr zwei getrennte Netzwerke ( für Telefonie und Datenverkehr ), sondern nur noch ein Kommunikationsnetzwerk benötigt wurde. Bei IP-Telefonie handelt es sich um eine noch sehr „junge“ Technologie, welche aber schon jetzt eine Vielzahl an Vorteilen ( integrierte Lösungen mit neuen Applikationen à über Telefon TAPI / CAPI Funktionen hinaus ) mit sich bringt und deshalb immer größeren Anklang findet.

Einige dieser Vorteile der IP-Telefonie sind:

Einfache und kostengünstige Administration, Implementierung, Betriebsführung

Mit der Integration der Sprache in das Datennetzwerk entfallen sämtliche Aufwendungen des früheren Sprachnetzwerkes ( aufwendige Vermittlungs- technik oder eine eigene Kabelverteilung werden nicht mehr benötigt ). Für die Kommunikation können handelsübliche PCs oder Produkte verschiedener Hersteller ( Gateways, IP-Telefone, Soft-Phones ) eingesetzt werden. Es können hierbei auch Produkte verschiedener Hersteller kombiniert werden, da die führenden Hersteller bei deren Entwicklung auf internationale Standards ( z.B. ITU-T H.323 ) setzen. Aus diesem Grund entfällt auch spezielles Produkt-Know-how für die Administration + Betrieb der traditionellen TK-Anlage und somit werden kostenintensive Wartungsverträge überflüssig. Des Weiteren ist die Installation und Konfiguration ( Administration ) des Telefonie-Servers dahingehend einfach gestaltet, da es sich um ein gewöhnliches Setup einer Standardsoftware handelt. Zudem ist die Anbindung der Clients mittels Soft-Phone oder Tischgerät einfach realisierbar. Jedoch treten auch Probleme auf, denn die VoIP-Lösung verfügt über keine Notrufefunktion ( wie beim TK-Anlage ) und die Notstromversorgung kann bei der traditionellen TK-Anlage länger als bei VoIP-Anlagen ( durch USV ) bereit stellen.

Kombination von Sprach- und Dateninformationen

Eine einheitliche Kommunikationsstruktur ermöglicht eine sinnvolle Verknüpfung aller Geschäftsanwendungen und damit aller Informationen aus der Sprach- und Datenwelt. Ein Beispiel hierfür ist, dass sich ein Kunde auf einer Web-Seite eines Unternehmens mit dessen persönlichen Daten ( mittels Online-Formular ) registriert. Wenn dieser Kunde zu einem späteren Zeitpunkt in diesem Unternehmen anruft, erkennt das System die Nummer und weist dieser die persönlichen Daten zu und gibt diese z.B. als Pop Up dem Call Center Agenten auf dem Bildschirm aus. Dies kann auch in der traditionellen Telefonie ( mittels TAPI ) realisiert werden, nur stehen bei Weitem nicht so viele Funktionen und Möglichkeiten wie bei der VoIP-Lösung zur Verfügung.

Freie Skalierbarkeit

Diese erfolgt wegen wachsender Benutzerzahlen, Aufrüstung einer traditionellen TK-Anlage, mittels nachträglicher Installation von Amts- oder Teilnehmergruppen ( zusätzliche Steckkomponenten ggf. Erweiterung der Racks). Sind jedoch alle möglichen Einsteckplätze belegt, so können keine weiteren Teilnehmer angeschlossen werden oder der Kauf einer neuen TK-Anlage wird erforderlich. Bei der IP-Telefonie geht man in der Praxis von einer Teilnehmerzahl von 100-300 Teilnehmern pro Telefonie-Server ( im Privatbereich à öffentlich weit aus mehr ) aus. Hierbei ergibt sich aber der Vorteil, dass man nicht an einen Telefonie-Server gebunden ist, sondern beliebig viele Server parallel betreiben kann, um somit die gewünschte Teilnehmerzahl abzudecken. Bei einer software-basierenden Anlage ist lediglich der Erwerb einer zusätzlichen Lizenz ( pro Teilnehmer ) von Nöten, um den neuen Client über Telefonie-Server betreiben zu können. Somit wächst die software-basierende IP-Telefonie Lösung mit dem Unternehmen einfach mit.

Zukunftsfähigkeit

Die heutigen traditionellen TK-Anlagen sind meist an 10 Jahres-Verträge geknüpft und werden nach 10 Jahren ausgetauscht. Dies ist jedoch heutzutage nicht mehr zeitgemäß, denn die Entwicklung neuer Technologien ist so schnelllebig , so dass 10 Jahre eine Ewigkeit sind. Da man an diese Verträge gebunden ist, kann man oft diese neuen Technologien wegen der „alten“ TK-Anlage überhaupt nicht nutzen ( hierfür besteht nur die Möglichkeit der Anschaffung kostenintensiver Zusatzbauteile für die TK-Anlage ). Bei softwarebasierenden Telefontechnologien erfolgt die Einführung und die Nutzung neuer Technologien einfach per Technologie-Update. Somit werden keine neuen Baugruppen benötigt und die neuen Technologien können nach Aktualität implementiert werden.

Gesprächskostenersparnis

Aus Sicht der Unternehmen handelt es sich hierbei um einen der wichtigsten Punkte, denn die Einsparungsmöglichkeit kann enorm sein. Bei Telefongesprächen im unternehmensinternen Netzwerk ( LAN, WAN ) entfallen die Telefonkosten bei IP-Telefonie ganz, denn für die Übertragung wird das eigene Netzwerk genutzt. Bei unternehmensexternen Telefongesprächen bietet eine unternehmenseinheitliche Telefonie-Infrastruktur die Möglichkeit, die Telefongebühren über Standorte und Länder hinweg per Last Cost Routing zu optimieren. Dies bedeutet, dass ein Mitarbeiter aus Bremen mit einen unternehmensexternen Gesprächspartner aus Stuttgart telefoniert. Da sich eine Zweigstelle des Unternehmens in Stuttgart befindet, wählt sich der Mitarbeiter per IP-Telefonie in das Netzwerk in Stuttgart ein und von dort aus zum Gesprächspartner ( VPN-Prinzip ). Dies hat den Vorteil, dass somit nur Gebühren für ein Ortsgespräch anfallen ( Prinzip der Internet-Telefonie à nur Tarife für Ortsgespräche ). Zudem können Gesprächskosten zwischen Unternehmen und Partner-Unternehmen und Lieferanten eingespart werden. Hierfür wird die IP-Telefonie und Kommunikation mittels eines Extranets ( Virtual Private Network ) realisiert.

IP-Telefonie hat aber nicht nur Vorteile. So ist z.B. die Tonqualität von der Systemkonfiguration sowie der momentanen Netzwerkbelastung, aber auch durch den Endnutzer festgelegte Faktoren wie Rechnerleistung, Soundkarte und Software, abhängig. In Lokalen Netzwerken ( LAN ) soll die Übertragungsqualität mittels der QoS-Parameter sichergestellt werden. Wenn jedoch für die Übertragung das Internet genutzt wird ( Internet-Telefonie ), sind die QoS-Parameter nicht verfügbar. In Anbetracht der ständigen Weiterentwicklung von IP-basierten Techniken und Endgeräten ist von einer kontinuierlichen Anhebung der Übertragungsqualität auszugehen. Die Sprachqualität, welche im Punkt 4. „Sprachqualität“ ausführlicher dargestellt wird, kann zum jetzigen Zeitpunkt als akzeptabel bis hin zu ISDN-Qualität angesehen werden. Ein weiteres Problem stellt der IP-Adressenbedarf dar, denn jedes IP-Telefonie-Endgerät benötigt seine eigene IP-Adresse. Somit stößt IPv4 an seine Grenzen und es wird eine Umstellung der Systeme auf IPv6 benötigt.

Traditionelle Telefonie ( eines Unternehmens )

Bei der traditionellen Telefonie handelt es sich um kanalorientierte Telefonnetze, welche in ihrer Gesamtheit oft als General Switched Telephone Networks ( GSTN ) bezeichnet werden.
Diese GSTN gliedern sich in das öffentliche Festnetz, welches auch als Public Switched Telefone Network ( PSTN ) bezeichnet wird, und das öffentliche Mobilfunknetz, das auch unter dem Begriff Public Land Mobile Network ( PLMN ) bekannt ist. Ein Beispiel für ein digitales PSTN ist das Integrated Services Digital Network ( ISDN ), wobei die digitale Übertragung auf der Basis von 64-Kbit/s-Kanälen zwischen Teilnehmer und Vermittlungsstelle beruht. Beispiele für PLMN sind das Global System for Mobile Communications ( GSM ) und das General Packet Radio Service ( GPRS ).

Bei traditioneller Telefonie handelt es sich um eine kanalorientierte Vermittlung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass ein physikalischer Pfad einer einzelnen Verbindung zwischen zwei Endpunkten zugewiesen wird. Dieser Pfad bleibt während der Verbindungsdauer mit den speziell für diese Verbindung bereitgestellten Ressourcen ( Kanal, Bandbreite ) reserviert. Erst nach einem Verbindungsabbau werden diese bereitgestellten Ressourcen wieder frei gegeben. Unter einem Kanal versteht man in der Telekommunikation einen einseitig gerichteten Übertragungspfad, der als kleinster Teil eines Nachrichtenübertragungssystems an seinem Eingang Nachrichten aufnehmen und an seinem Ende Nachrichten abgeben kann. Es handelt sich somit immer um eine verbindungsorientierte Vermittlung.
Die traditionelle Telefonie wird in einem Unternehmen meist über ein Public Switched Telefone Network ( PSTN ) realisiert. Am Telefonanschluss des Unternehmens befindet sich ein so genannter Private Branch Exchange ( PBX ). Dies ist eine private Telefonanlage ( TK-Anlage ) die vom Unternehmen verwaltet wird. Das Unternehmen hat dabei von außen gesehen nur einen Telefonanschluss. Die PBX-Anlage ( TK-Anlage) übernimmt mit Hilfe von Durchwahlnummern die Weitervermittlung der eingehenden Telefongespräche zu den einzelnen Teilnehmern innerhalb des Unternehmens. Diese Lösung wird auch deshalb genutzt, da diese billiger ist als jedem Mitarbeiter einen Telefonanschluss bereitstellen zu lassen. Wenn man über die Merkmale der traditionellen Telefonie in Unternehmen spricht, so ist zu sagen, dass zum Einen eine separate Kabel-Infrastrukturr existiert, welche nur für die Kommunikation auf eigene Geräte ( Telefone ) zurück greift und zum Anderen, dass im Unternehmen eine Telekommunikationsanlage existiert, die vom Unternehmen selbst oder durch Serviceverträge gewartet wird. Eine weitere Möglichkeit wäre der Einsatz einer Centrex-Lösung. Hierbei wird die Hardware beim Anbieter angemietet, welcher dem Endkunden eine virtuelle TK-Anlage zur Verfügung stellt.

Voice over IP ( VoIP )

Wenn die Rede von VoIP ist, so spricht man über die Technologie einer qualitätsgesicherten Sprachübertragung, welche bei IP-Telefonie eingesetzt wird.

VoIP transferiert die Funktionalität der klassischen ( traditionellen ) Telefonie auf paketvermittelte Netzwerke, wie LAN oder Internet. Ein Client baut somit eine Verbindung zu einem weiteren Client auf und nach beiderseitiger Aushandlung der genauen Parameter ( für den Medienstrom ) erfolgt die Übertragung der Mediendaten zwischen diesen. Die Basis von Voice over IP impliziert die Möglichkeit, akustische Sprachdaten in digitale Signale zu kodieren, um diese über ein paketvermitteltes Netzwerk zu transportieren und anschließend die digitalen Signale wieder in analoge Sprachdaten zu dekodieren. Der Grundstein hierfür wurde mittels der Spezifikation der Pulse Code Modulation ( PCM à ITU-T G.711 ) gelegt. Bei dieser Modulation wird ein analoges Signal, in diesem Fall Sprache, mit einer Rate von 8000Hz abgetastet, d.h. innerhalb einer Sekunde wird das analoge Signal 8000 Mal von der Abtastrate verarbeitet, wobei Schnittpunkte für die Digitalisierung entstehen.

Jeder dieser Werte wird mit 8Bit kodiert, so dass eine Datenrate von 64kBit/s benötigt wird, um die kodierten Daten in Echtzeit transportieren zu können. Es wurden zudem neuere Kodierungsverfahren wie z.B. Low Delay Code Excited Linear Prediction ( LD-CELP ) entwickelt. Bei diesem Verfahren werden nur geringe Bandbreiten benötigt, da hierbei das menschliche Sprachsystem modelliert wird und nur noch Parameter des Modells gesendet werden. Eine Reduktion der Datenrate kann durch die generelle Anwendung von Kompressionsverfahren realisiert werden. Die so entstandenen und generierten Audio-Daten werden mittels des Real Time Protokolls ( RTP ) an den Zielpunkt übermittelt. RTP wiederum benutzt für die Übertragung UDP/IP und greift somit auf dessen Eigenschaften zurück.
Das Internet Protokoll ( IP ) übernimmt die Zustellung der Datenpakete im Netzwerk.

Das User Datagramm Protokoll ( UDP ) ist verantwortlich für die Identifikation der Port-Nummer des Clients und RTP realisiert die Wiederherstellung der richtigen Sequenz. Zudem ist er zuständig für die Identifikation des im Paket enthaltenen Datentyps. Die Übertragung mittels UDP ist eine ungesicherte Übertragung, was somit Paketverluste ermöglichen kann. Die Sprachübertragung ist nicht allein an das Internet-Protokoll ( IP ) gebunden, sondern weitere Möglichkeiten der Übertragung sind die Nutzung des Asynchronous Transfer Mode ( ATM ) und des Frame Relay. Hierbei handelt es sich demzufolge um VoATM und VoFR.

Vergleich von traditioneller Telefonie und VoIP

Das „alte“ Telefonnetz ist schon seit einigen Jahrzehnten im Einsatz und konnte sich somit kontinuierlich entwickeln, wobei der letzte große Entwicklungsschritt die Digitalisierung ( ISDN ) war. Hingegen ist die Technik der IP-Telefonie erst seit einem Jahrzehnt auf dem Markt ( VocalTec im Jahr 1995 ) und somit durch ständige Weiterentwicklungen bzw. Erneuerungen geprägt. Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich dieser beiden Telefon-Techniken.

Vergleich von traditioneller Telefonie und VoIP

Vergleich von traditioneller Telefonie und VoIP

Computer zu Computer

Dies ist die klassische und gebräuchlichste Form der IP-Telefonie. Hierbei muss jedoch bei der Betrachtung darauf geachtet werden, dass zwei verschiedene Übermittelungscharaktere zur Verfügung stehen. So gibt es zum Einem die Variante, dass für die Sprachübermittelung ein Lokal Area Network genutzt wird.

Diese Form wird auch als LAN-Telefonie bezeichnet, denn die Kommunikation ( Telefongespräche ) läuft ausschließlich über das lokale Netzwerk. Aus diesem Grund fallen auch keinerlei Kosten für die Telefongespräche an. Da ein Lokal Area Network ( LAN ) vom Unternehmen selbst betrieben wird, können somit Wege der Datenübertragung und hohen Bandbreiten, welche für die Sprachqualität der IP-Telefonie nötig sind, realisiert und gesichert werden. Die Kommunikation ( Telefonie ) erfolgt nur zwischen Computern, welche sich im Netzwerk befinden und somit in diesem angemeldet sind, mittels so genannter Soft-Phones. Die Vermittlung der Telefongespräche erfolgt entweder direkt unter den Gesprächsteilnehmer oder mittels einer Vermittlungsstelle ( Telefonie-Server ).
Die zweite Variante der Computer zu Computer Kommunikation nutzt für die Sprachübertragung der Kommunikationspartner kein lokales Netzwerk, sondern das Internet und wird somit auch Internet-Telefonie bezeichnet.

Hierbei wird die Kommunikation über den Internet Service Provider ( ISP ) realisiert, d.h. der Anrufer wählt sich über den ISP in das Internet ein, um mit seinen Gesprächspartner kommunizieren zu können. Damit eine Kommunikation zu Stande kommt, müssen beide Gesprächsteilnehmer zum Zeitpunkt der Kommunikation online sein ( sich im Internet befinden ). Da im Internet keine QoS-Parameter wie Laufzeiten, Bandbreiten und Verzögerungszeiten garantiert werden können, kann mit möglichen Qualitätseinbußen gerechnet werden. Zudem ergeben sich für beide Gesprächspartner Kosten bei der Kommunikationsform ( Onlinegebühren des ISP ).

Computer zu Telefon / Telefon zu Computer

Wie bei der Kommunikation von Computer zu Computer kann bei dieser Kommunikationsform die Sprachübertragung innerhalb eines Netzwerkes ( LAN ) oder über das Internet bzw. Telefonnetz realisiert werden. Innerhalb eines lokalen Netzwerkes werden IP-Telefone und Soft-Phones für die Telefonie eingesetzt.

Den IP-Telefonen werden, genau wie den Computern in einem Netzwerk, IP-Adressen zugewiesen, welche für die eindeutige Kennung der einzelnen Geräte verantwortlich sind. Eine Verwaltung und Vermittlung der Geräte und dessen Telefongesprächen kann z.B. von einer IP-TK-Anlage oder einem software-basierenden Telefonie-Server übernommen werden. Wenn sich zusätzliche analoge Telefonendgeräte im Einsatz befinden, werden diese mittels so genannten AB-Wandlern, welche für die Signalumwandlung zuständig sind, in das Voice over IP Netzwerk integriert. Wenn nun jedoch das Telefongespräch nicht netzintern, sondern zu einem externen Teilnehmer erfolgen soll, so stellt die IP-TK-Anlage oder der Telefonie-Server die Schnittstelle für die externe Kommunikation dar, da diese über einen Netzwerkzugang und über ISDN- bzw. Analogzugang verfügen.

Die Kommunikation kann zum Einen über das Internet geführt werden, wobei hierbei die digitalen IP-basierenden Übertragungssignale erst bei den Gesprächspartner wieder in analoge Signale umgewandelt werden müssen, und zum Anderen über das öffentliche Telefonnetz ( PSTN – Public Switched Telefon Network ), wobei der Telefonie-Server/IP-Telefon-Anlage als Gateway für die digital/analog Kommunikation dient, realisiert werden. Bei dieser Kommunikationsform fallen für den Anrufer entweder die Internetgebühren oder die Telefongebühren ( bei Nutzung des öffentlichen Telefonnetzes) an.

Telefon zu Telefon

Die einfachste Form der Telefon zu Telefon Kommunikation ist mittels zweier IP-Telefone in einem lokalen Netzwerk. Hierbei werden keine zusätzlichen Umwandlungen der Übertragungssignale benötigt und die Verwaltung wird z.B. von einer IP-Telefon-Anlage übernommen. Wenn einer der beiden Gesprächspartner im lokalen Netzwerk auf ein analoges Telefon zurückgreifen muss, wird ein AB-Wandler in die Kommunikation eingebracht. Da es sich bei diesen ersten beiden Varianten erneut um eine LAN-Telefonie handelt, entstehen somit auch keine Kosten. Wie bei den ersten beiden Kommunikationsformen beschränkt sich die nicht allein auf ein lokales Netzwerks, sondern kann zudem für die Sprachübertragung das Internet ( Internet-Telefonie ) nutzen.

Eine häufig eingesetzte Variante dieser Internet-Telefonie stellt eine direkte Kommunikation der beiden Gesprächspartner mittels Analog-Telefonen dar. Hierbei kann zum Einen ein direkter Telefonvertrag mit einem Internet Telephony Service Provider ( ITSP ), welcher für die analog/digital Umwandlung der Sprache mittels dessen ISTP-Gateways realisiert, geschlossen werden. Hierfür fallen somit für den Anrufer die Kosten des abgeschlossenen ISTP-Vertrages an.

Zum Anderen können so genannte Beistell-Boxen oder Telefon-Adapter-Boxen zum Einsatz gebracht werden. Diese Boxen werden zwischen Analog-Telefon und Telefondose geschaltet und sind ständig empfangsbereit. Diese haben die Funktionen/Aufgaben der analog/digital Umwandlung der Sprache für die Übertragung, und der Einwahl zum ISP für die Dauer des Telefonats. Somit fallen in diesem Fall nur Einwahl- und Onlinekosten für die Dauer der Gespräche an.

Bedeutung von Standards

Das Kommunikationsprinzip zwischen den Gesprächspartnern wird über 2 Merkmale definiert. Dies ist zum Einen das Signaling, welches für die Auffindung des Kommunikationspartners und die Aushandlung der Kommunikationsparameter zuständig ist, und zum Anderen das Streaming, welches das kodieren/dekodieren der Nutzdaten und deren Übermittlung via Internet Protokoll ( IP ) realisiert.

Somit spielt die Einhaltung von vordefinierten Standards eine wichtige Rolle, denn wenn sich die Hersteller diese Standards einhalten, hat der Kunde die Möglichkeit beliebige Geräte ( verschiedener Hersteller ) für die Kommunikation zum Einsatz zu bringen ( Interoperabilität ). Er ist aus diesem Grund nicht an einen Hersteller gebunden. Wenn dies nicht der Fall wäre, würde die Kommunikation auf Glück basieren, denn wenn der Kunde eine Kommunikation zu einem Gesprächsteilnehmer aufbaut, weiß dieser ja nicht ob beide Teilnehmer miteinander kompatibel ( gleiche oder verständige Standards ) sind. Bei dem Hersteller kommt es durch den generellen Standard zu verstärkten Konkurrenz- und Preisdruck, da die Produkte verschiedener Hersteller austauschbar sind. Da eine Generalisierung eines Standards ( international ) teilweise eine langwierige Prozedur der Beteiligten ist, hat dies den Vorteil, dass in dieser Zeit Fehlentwicklungen und Probleme beseitigt werden können, die bei vorzeitiger Markteinführung hätten auftreten können.

Überblick ITU-T H.323

Der Standard ITU-T H.323 beschreibt die Grundlagen für die Audio-, Video- und Datenkommunikation über IP-basierende Netzwerke. Bei der gegenwärtigen Übertragungstechnologie von VoIP, wird zumeist der ITU-T H.323 zum Einsatz gebracht. Dieser wurde 1996 von der International Telecommunication Union ( ITU ) verabschiedet und mit dem Titel “ Packet Based Mutimedia Communications System“ versehen. Bei genauerer Betrachtung fällt auf, dass der Standard ITU-T H.323 eine Sammlung weiterer Standards ( Subprotokolle ) beinhaltet, welche für die Verbindung, ( De- )Codierung, Sicherheit und Zusatzdienste, eingesetzt werden.

1998 wurde der ITU-T H.323 überarbeitet und die Weiterentwicklungen eingebracht. Es entstand die Version 2 dieses Standards. Hierbei wurde der ITU-T H.323 z.B. mit den Leistungsmerkmalen Rufumleitung und Gesprächsübergabe mittels des Subprotokolls ITU-T H.450 ergänzt. Damit ruhte die Weiterentwicklung jedoch keineswegs, denn es entstanden des Weiteren die Version 3, welche die Rufnummernübermittelung und eine verbesserte Skalierbarkeit einbrachte, und die Version 4, welche Echtzeit-Faxübertragung und Maßnahmen zur Sicherstellung der Dienstgüte bereitstellen sollte. Somit entstanden neue und abgewandelte Subprotokolle, welche mit deren Funktionen für den ITU-T H.323 unerlässlich sind, wobei die Telefonie nur eine Facette dieser Möglichkeiten darstellt.

Komponenten des ITU-T H.323

Der Standard ITU-T H.323 definiert für ein auf ein Netzwerk basierendes Kommunikationssystem vier grundlegende Hauptelemente ( Terminals, Gateways, Gatekeeper, Multipoint Controll Units ).

Ein von einem Gatekeeper verwalteter Bereich, bestehend aus Terminals, Gateways und MCUs, wird als Zone bezeichnet. Hierbei ist die Zone unabhängig von der Netzwerktopologie und kann sich über mehrere Netzwerksegmente erstrecken.

Terminals
Ein Terminal ist ein multimedialer Endpoint in einer Zone, wobei die Kommunikation mittels eines Netzwerks realisiert wird. Somit kann ein Terminal entweder ein IP-Telefon oder ein Soft-Phone sein.

Ein-/Ausgabegeräte, wie Mikrofon, Kamera, Lautsprecher oder Monitor wie auch das eigentliche Netzwerk an sich, über das die Sprach- und Videodaten übertragen werden, sind nicht im Bestandteil dieser Standardisierung des ITU-T H.323. Die ITU-T H.225.0-Schicht ist für die Anpassung der Informationen, welche entweder in das Netzwerk übergehen bzw. vom Netzwerk übernommen werden, und die Paketierung zuständig. Der Jitter-Buffer im Endgerät wird mittels des Receive Path Delay realisiert. Neben der eben erwähnten Paketierung muss ein Terminal zudem die Funktion der Signalisierung beinhalten. Dies wird mittels des Substandard ITU-T H.245, welcher für die Aushandlung der Übertragungskanäle sowie der Wahl der Audio- und Video-Codes verantwortlich ist, realisiert. Hierbei stehen diesem des Weiteren die Optionen des ITU-T H.225, ITU-T Q.931 und RAS zur Verfügung.

Gateway
Ein Gateway besitzt die Funktion, dass dieser ein paketorientiertes Netzwerk ( z.B. Ethernet/IP ) und ein Swiched Circuit Network ( z.B. PSTN, ISDN ) miteinander verbinden kann, und dient somit als Schnittstelle zwischen diesen. Somit ist eine Datenübertragung zwischen ITU-T H.323 Terminals, welche sich in einem IP-basierenden ITU-T H.323 Netzwerk befinden und des Fest- bzw. Mobilfunknetzen, welche als non-ITU-T H.323 Netzwerke bezeichnet werden können, möglich. Hierbei verhält sich der Gateway so, dass es in beiden angeschlossen Netzwerken jeweils als Terminal agiert und die eingehenden bzw. ausgehenden Kommunikation- und Medienströme für das jeweilige Netzwerk umwandelt.

Man kann allgemein sagen, dass ein Gateway ein Übersetzer der Medienströme ist. Die einzelnen Funktionen für diese Übersetzung sind in dem Standard ITU-T H.246 definiert. Die einzelnen Aufgaben eines Gateway gliedern sich wie folgt:

– Umsetzung und Vermittelung der Übertragungsformate
Dem paketvermittelnden IP-Netzwerk steht ein leitungvermittelndes Netzwerk mit konstanter Bitrate ( 64kBit/s ) gegenüber. Das Gateway ist somit Schnittstelle der beiden Netzwerke und muss die Medienströme ineinander umsetzen.
– Call Signaling
Sowohl bei ITU-T H.323 als auch bei ISDN wird der Standard ITU-T Q.931 als Signalisierungsprotokoll verwendet. Im ISDN steht für die Übertragung dieses Protokolls der D-Kanal zur Verfügung, wobei in IP-Netzwerken kein Äquivalent zu diesem Kanal gibt. Hierfür wird in IP-Netzwerken die Übertragung mittels TCP realisiert und somit muss der Gateway die Verbindung von D-Kanal und TCP stellen.
– Umsetzung zwischen verschiedenen Codec
ISDN verwendet für die Audioübertragung den Codec ITU-T G.711. In einem lokalen Netzwerk können jedoch andere Codecs wie ITU-T G.726, ITU-T G.729… eingesetzt werden. Der ITU-T H.323 Gateway muss somit die Fähigkeit besitzen, die verschiedenen Codec ineinander umzusetzen. Dies wird mit Hilfe von integrierten und speziell dafür ausgelegten Signalprozessoren implementiert.

Der Gateway an sich ist in einer reinen ITU-T H.323-Ungebung nur optional, da die ITU-T H.323 Terminals direkt miteinander kommunizieren können. Somit wird der Gateway nur benötigt wenn Verbindungen zu Terminal anderer Netzwerktypen realisiert werden müssen.

Gateways gibt es als so genannte Stand-alone-Geräte ( z.B. Siemens HiPath 3300 ), als integrierte Lösungen, so z.B. in Routern ( CISCO 36xx Router ), oder als software-basierende Lösung auf einem Telefonie-Server, der diese Gateway-Funktion realisiert ( z.B. MIOCO ).

Gatekeeper
Der Gatekeeper ist für die Verwaltung einer Zone zuständig ( Abbildung 2-10 ) und übernimmt die Funktionen für die Bereiche Umsetzung von Adressen, Zugriffs- und Bandbreitenkontrolle sowie Anrufsignalisierung und -steuerung. Bei der Adressumsetzung handelt es sich um die Umsetzung von Alias- oder IP-Adressen, wie 192.168.1.61, in ITU-T E.164-Adressen ( ISDN-Rufnummern ), wie 123456/789-20, oder umgekehrt. Bevor ein registrierter Terminal Zugriff auf das ITU-T H.323 Netzwerk erlangen darf, z.B. für einen Verbindungsaufbau zu einem anderen Terminal, benötigt dieser die Erlaubnis des Gatekeeper ( Zugriffskontrolle ). Dieser verarbeitet die Anfrage des Terminal, welche auch gleichzeitig die benötigte Bandbreite für die Nutzdaten enthält. Mittels des Bandbreitenmanagements ( Bandbreitenkontrolle ) regelt der Gatekeeper die benötigen Bandbreiten der einzelnen Verbindungen sowie den maximalen Schwellenwert aller zulässigen Verbindungen, womit im Worst Case des Weiteren immer noch Bandbreite für bestimmte Applikationen übrig bleibt. Bei der Anrufsignalisierung teilen die Terminals dem Gatekeeper eine Transport-Adresse mit, über welche die einzelnen Terminals für Anrufe erreichbar sind. Die Registrierung der Terminals wird in ausgehandelten Intervallen vom Gatekepper wiederholt, um somit zu gewährleisten das nur angemeldete Terminals erreichbar ( angemeldet ) sind.

Gatekeeper werden in der Regel als Softwarelösung realisiert, welche auf einem z.B. Windows NT Server ( besser geeignet UNIX ) installiert wird. Sie können jedoch auch in einem Gateway integriert sein, welches sich aber eher nur für kleine Lösungen eignet.

Multipoint Control Unit ( MCU )
Die Multipoint Control Unit ( MCU ) ist ein Endpoint zur Unterstützung von Multipoint Konferenzen, d.h. hierbei wird nicht die Kommunikation zweier Endgeräte, sondern so genannte Konferenzen, von drei Teilnehmern und mehr, in Betracht gezogen. Bei einer Konferenz wird eine zusätzliche Einheit für die Verwaltung benötigt, welche durch die MCU realisiert wird. Intern besteht die MCU aus einem Multipoint Controller ( MC ) und optional aus mindestens einem Multipoint Prozessor ( MP ). Der MC stellt die grundlegende Funktion für die Verwaltung der Multipoint-Konferenzen zur Verfügung, wobei sich der MP um die zentrale Bearbeitung der Audio- bzw. Videodaten für diese Konferenz kümmert. Der MP kann zudem ein Mixing ( Zusammenfassen bzw. Mischen mehrerer Quellen zu einem Datenstrom ) der Datenströme vornehmen, welche vom MC kontrolliert und gesteuert werden. Für die Realisierung solcher Multipoint Konferenzen stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung.

Diese beiden Möglichkeiten sind zum Einen eine dezentralisierte und zum Anderen eine zentralisierte Multipoint Konferenz. Bei einer dezentralisierten Multipoint Konferenz wenden die Terminals Multicast-Technologien an, um somit die Datenströme direkt untereinander zu übertragen. Die MCU übernimmt hierbei nur verschiedene Kontrollfunktionen. Bei der zentralen Multipoint Konferenz übernimmt die MCU nicht nur die Kontrollinformationen, sondern ist zentrale Verwaltungsstelle für die Kommunikation der einzelnen Terminals, d.h. alle Terminals senden ihre Datenströme in einer Punkt zu Punkt Verbindung an die MCU und diese leitet diese an die Ziel-Terminals weiter. Unter Verwendung des erwähnten MC und des MP wird die Verwaltung der Kommunikation gesteuert und somit realisiert.

ITU-T H.323 Protokoll Stack

Die Kommunikation mittels ITU-T H.323 kann als ein Verbund von Audio, Video, Daten und Kontrollinformationen betrachtet werden.

ITU-T H.323 Terminals besitzen die Fähigkeit eine asymmetrische Arbeitsweise durchzuführen, d.h. sie nutzen verschiedene ( De- ) Codier Algorithmen und können somit mehrere Audio/Video Kanäle gleichzeitig senden bzw. empfangen. Wie in der Abbildung 2-14 zu sehen ist, beinhaltet dieser Protokoll Stack die für die Kommunikation benötigten Substandards und Funktionen. Für die Signalisierung wird der Standard ITU-T H.225 angewandt, der wiederum die Subprotokolle RAS und ITU-T Q.931 ( Telefonie-Standard nicht nur bei IP ) nutzt. RAS steht für Registration, Admission & Status und wird zur Signalisierung verwendet. Zudem wird dieses Protokoll für die Registrierung und Rechtevergabe der ITU-T H.323 Terminals beim Gatekeeper eingesetzt. Wenn kein Gatekeeper in der ITU-T H.323 Architektur existiert ( da nur optional ), wird das RAS nicht verwendet. ITU-T Q.931 ist für die Call Control verantwortlich und wird somit benötigt, um eine Verbindung zwischen ITU-T H.323 Terminals aufzubauen und diese zu verwalten. Wenn der Fall eintrifft, dass mehrere Algorithmen für die Mediencodierung zur Verfügung stehen, wird mittels ITU-T H.245 der zu nutzende Codec bestimmt. Zudem ist ITU-T H.245 zuständig für die Verbindungskontrolle mittels Kontrollnachrichten ( Befehls-nachrichten und Fähigkeitsnachweis des Terminals ), welche einen Terminal steuern. Die einzelnen Medienströme können Video- bzw. Audiodaten oder Daten an sich beinhalten. Für die jeweiligen Medienströme stehen ITU-T H.323 verschieden Digitalisierungs- und Kompressionsalgorithmen ( Codec ) zur Verfügung. Für die Digitalisierung und Komprimierung von Audiodaten benutzt ITU-T H.323 einen Codec aus der ITU-T G.7xx – Reihe, welche in der Tabelle 2-2 dargestellt sind.

Hierbei wird die Digitalisierung mittel Abtastung des analogen Sprachsignals realisiert. Durch Kompressionsalgorithmen soll die Auslastung der Bandbreite verringert werden, was somit jedoch einen höhere Prozessorbelastung wegen der zusätzlichen Berechnungen ( Kompressionen ) mit sich zieht. Das Einsatzgebiet des Codec ITU-T G.711 und dessen Puls Code Modulation ( PCM ) ist nicht nur auf die IP-Telefonie beschränkt, denn dieser findet zudem Einsatz in der digitalen ISDN-Technik. Für die Codierung der Videoinformationen wird die Standardreihe ITU-T H.26x verwendet.

Die Möglichkeit der Videodatenübertragung ist für einen H.323 Terminal optional. Wenn diese Option vom Terminal unterstützt wird, stehen zwei Codec ( ITU-T H.261, ITU-T H.263 ) für die Videoverarbeitung zur Verfügung. ITU-T H.261 wird für Kommunikationskanäle genutzt, welche ein Vielfaches an Bandbreite von 64 kBit/s benötigen. Hierbei werden Frames voll kodiert und zudem nur die Differenz aufeinander folgernder Frames übertragen. Durch die optionale Unterstützung der Datenübertragung werden Application Sharing und Datei Transfer möglich. Dies wird im ITU-T H.323 durch die ITU-T T.120 Spezifikation, welche eine Interoperabilität auf Applikations-, Netzwerk- und Transportebene ermöglicht, realisiert. Für die Zusammenarbeit von Terminals und Schwitched Networks, also die Funktionalität der Gateways ist ITU-T H.246 verantwortlich. Dieses Protokoll sorgt unter anderem für die Übersetzung von IP-Adressen in Rufnummern. Für die Sicherheit und Verschlüsselung der Daten wird ITU-T H.235 verwendet und Zusatzdienste werden über ITU-T H.450 implementiert.

ITU-T H.323 Übertragung und Kommunikationsablauf

In diesem Punkt soll der Kommunikationsablauf betrachtet werden, welcher in diesem Fall einen Gatekeeper für die Kommunikation beinhaltet. Für die Übertragung von Sprache, Video und Daten werden ungesicherte Kanäle benutzt. Sicherungsalgorithmen werden nur für die ITU-T H.245-Kontroll- und Sicherungskanäle verwendet, da diese Informationen für eine erfolgreiche Kommunikation nicht verloren gehen dürfen und in der richtigen Reihenfolge beim Empfänger eintreffen müssen. Aus diesem Grund wird hierfür das verbindungsorientierte TCP eingesetzt, welches auch eine Flusskontrolle beinhaltet. Da die Sprach- und Videodaten schnellstmöglich am Ziel ankommen sollen, werden diese mittels des verbindungslosen UDP übertragen. Mit der Voice Activity Detection ( VAD ) wird ermittelt, wann Sprachsignale übertragen werden und wann nicht. Um die Netzlast gering zu halten, wird in den Gesprächspausen keine Daten übertragen, d.h. es gibt nur eine akustische Wahrnehmung der Gesprächspartner im Moment der direkten Kommunikation ( Sprache ) und somit werden in Gesprächspausen keine Hintergrundgeräusche wie bei traditioneller Telefonie übertragen ( Einsatz von Confort Noise ). Der Verbindungsauf- und abbau wird als Call Signaling bezeichnet und stellt die Grundstruktur der Kommunikation in ITU-T H.323 dar.

Zuerst wird von einem Terminal ( Endpoint 1 ), welcher eine Verbindung aufbauen will, die Erlaubnis beim Gatekeeper über einen RAS-Kanal angefordert ( Admisson Request ). Der Gatekeeper hat nun die Möglichkeiten diese Anforderung abzulehnen ( Admission Reject ) oder wie in diesem Fall anzunehmen ( Admisson Confirm ). Wenn die Erlaubnis erteilt wurde, sendet der Terminal 1 einen Setupbefehl über ITU-T Q.931 an den anzuwählenden Terminal 2 und somit wird der Verbindungswunsch übermittelt. Nimmt die Gegenseite ( Terminal 2 ) den Verbindungswunsch ( Call ) an, so sendet diese über das gleiche Protokoll die Mitteilung, dass die Verbindung angenommen ist und keine weiteren Verbindungsversuche angenommen werden ( Call Proceeding ). Zu diesem Zeitpunkt fordert der Terminal 2 ebenfalls eine Erlaubnis für die Verbindung beim Gatekeeper an. Wurde diese vom Gatekepper angenommen, sendet der Terminal 2 ein Connecting Signal ( Alerting Connecting ) mittels ITU-T Q.931 zum Terminal 1 und die Verbindung kommt zustande. Bevor die eigentlichen Daten übertragen werden, tauschen die Terminals noch Informationen für die Kommunikation aus. Zunächst werden die Befehle Terminal Capability Set und Master/Slave Determination vom Terminal 1 zum Terminal 2 übermittelt. Durch diese Befehle wird übermittelt, inwieweit die Terminals in der Lage sind, Multimediadaten zu senden und zu empfangen, und wie diese Einzuordnen sind, d.h. welcher Terminal eine übergeordnete Rolle für die Kommunikation spielt. Diese Befehlsanforderungen können vom Terminal 2 abgelehnt oder angenommen werden. Erfolgt die Annahme dieser Anforderungen, sendet der Terminal 2 ein Acknowledge-Signal ( ACK ) an Terminal 1, welches von diesem nochmals bestätigt wird ( ACK ). Danach sendet der Terminal 1 den Befehl, um einen logischen Kanal zu öffnen ( Open Logical Channel ), über welchen die Daten für die Kommunikation übertragen werden. Vom Terminal 2 wird für die Bestätigung dieses Befehls erneut ein Acknowledge-Signal ( ACK ) gesendet, welches wiederum vom Terminal 1 bestätigt wird. Von diesem Zeitpunkt an werden die Multimediadaten mittels Real Time Protocol ( RTP ) übermittelt. Für die Beendung der Kommunikation übermittelt der Terminal 1 zum Einen den Befehl zum Schließen des logischen Kanals ( Close Logical Channel ), zum Anderen den Befehl zum Schließen der momentanen Sitzung ( End Session Command ), was vom Terminal 2 bestätigt wird ( ACK ). Vom Terminal 1 erfolgt somit die Meldung Release Complete, welches die Freigabe des logischen Kanals bewirkt. Mittels des RSA-Kanals melden sich daraufhin die beiden Terminals beim Gatekeeper ab ( Disengage Request ).

Die Parameter eines Calls, welche Bandbreite, Teilnehmerzahl bei Konferenzen sind, können während einer Verbindung mittels der Call Services geändert werden. Zudem stellt der Gatekeeper im Verbindungsverlauf periodische Statusanfragen an die beteiligten Terminals, womit so die Terminals überprüft werden. ITU-T H.323 wird von den meisten Herstellern als das Protokoll angesehen, dass sich zukünftig durchsetzen wird.

Praktische Realisierung am Beispiel eines mittelständischen Unternehmen – Überblick

Dieser Punkt der Arbeit beschreibt die praktische Realisierung einer software-basierenden Lösung in einem mittelständischen Unternehmen ( Firma Mustermann ), wobei es sich bei der eingesetzten Software um Hello World von der Firma Mioco handelt. Es wird eine Analyse der TK-Anlage vorgenommen, welche im Fall der Verwirklichung dieses Testszenariums von einem Telefonie-Server ersetzt wird und somit die von der TK-Anlage gemanagten Telefonnummern von diesem übernommen werden. Zudem erfolgt eine Netzwerkanalyse, um einen genauen Einblick in die Netzwerkstruktur aufzuzeigen, da diese Struktur das Kommunikationsmedium für VoIP ( software-basierende Lösung ) darstellt.

Es wird ein Testszenarium bzw. eine Testumgebung, bestehend aus einem Telefonie-Server und 4 Telefonie-Clients, realisiert. Hierbei wird die Installation und Konfiguration des Telefonie-Servers bzw. der Telefonie-Clients und deren Netzwerkeinbindung dargestellt. Des Weiteren wird die Kommunikation innerhalb dieses Testbereiches untersucht.

Vorhandenes Telefonnetz / Verkabelung

Das gesamte interne Telefonnetz des Unternehmens Dr. Weiss & Partner GmbH ( DWP ) erstreckt sich über zwei Gebäude, bei denen es sich um das Zentral- und das Systemhausgebäude des Unternehmens handelt. Die beiden Gebäude sind räumlich durch einen Straße ( Breite Straße 24 / 35 ) getrennt und mittels eines Kabelkanals, welcher 16 Cat5-Leitungen beinhaltet, unterirdisch miteinander verbunden.

Im Zentralgebäude erfolgt die Verteilung der Telefonleitungen mittels Patchfelder, welche sich im Serverraum des Zentralgebäudes befinden. Somit werden die einzelnen an die Slots fest aufgelegten Telefonleitungen in dieses Patchfeld integriert und von diesem mittels Cat5 Kabeln zu den jeweiligen Telefondosen geleitet. Aus Übersichtlichkeitsgründen wird jedem einzelnen Telefonanschluss, wobei eine Telefondose aus 2 dieser Telefonanschlüsse besteht, ein separates Cat5 Kabel zugewiesen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die einzelnen Telefonnummern, welche den jeweiligen Mitarbeitern zugewiesen wurden, bei eventuellen Umzügen innerhalb der räumlichen Gegebenheiten des Unternehmens beibehalten werden können. Für eine Realisierung eines solchen eventuellen Mitarbeiterumzuges ist somit lediglich eine Veränderung der Patchfeld-Belegung nötig. Das Prinzip der Patchfeld-Belegung und der daraus resultierenden Verbindungen, welche zu den einzelnen Telefonanschlüssen hergestellt werden, wird in der Abbildung 3-2 an dem Beispiel des Systemhausgebäudes und dessen Telefonanschlussverteilung dargestellt. Die zwei Gebäude werden ( wie schon erwähnt ) mittels eines Kabelkanals, welcher 16 Cat5-Leitungen beinhaltet, verbunden, wovon 4 Leitungen
( Leitung 13, 14, 15, 16 a 4 Kabelpaaren ) für das Telefonnetz eingesetzt werden.

Somit stehen dem Systemhausgebäude 16 Kabelpaare für maximal 16 Engeräte zur Verfügung, wobei sich zum aktuellen Zeitpunkt 9 Endgeräte im Einsatz befinden. Die einzelnen Kabelpaare ( farbige Leitungen in der Abbildung 3-2 ) werden jeweils einem Patchfeld-Port ( Patchfeld 2 ) zugewiesen und von diesen auf das Patchfeld 1 geleitet, welches die Schnittstelle für die Verteilung der systemhausinternen Telefonnetzstruktur darstellt. Im Zentralgebäude wird diese Telefonanschluss-verteilung identisch dem Systemhausgebäude realisiert, d.h. die einzelnen slot-zugewiesenen Leitungen der Hicom TK-Anlage werden auf Patchfelder geleitet und von diesem mittels des Telefonnetzes hausintern verteilt.

Bei der Einführung der IP-Telefonie in dem Unternehmen Mustermann wird die eben in diesem Punkt beschriebene Telefonnetzstruktur mit deren einzelnen Komponenten ( Hicom TK-Anlage, Patchfelder, Verkabelung ) nicht mehr benötigt, da für die Telefonie und den Datenverkehr ein gemeinsames Netzwerk und somit das bestehende Datennetzwerk genutzt werden kann. Hierdurch ist die Administration nur noch einer Netzwerkstruktur erforderlich, welches den Arbeitsaufwand des Netzwerkadministrators dahingehend erleichtert.

Aufbau der eingesetzten Hicom 150 E Office TK-Anlage

Bei der eingesetzten TK-Anlage handelt es sich um das Model Hicom 150 E Office, welches eine Mietanlage der Firma Siemens AG ist. Somit ist diese Telefonanlage an laufende Kosten ( monatlich bzw. jährlich ) gebunden, worauf im Punkt 5. „Kosten“ genauer eingegangen wird. Die TK-Anlage ist im Serverraum des Zentralgebäudes der Firma Mustermann untergebracht, wobei diese aus mehreren Komponenten und deren Kommunikationsnummern besteht.

Für den Telefonanlagenanschluss stellt die Deutsche Telekom AG die Anschluss- bzw. Telefonnummer 123456/789-0 bereit, wobei diese einen Telefonnummernblock von 123456/789-01 bis 123456/789-99 beinhaltet. Dieser Telefonnummerblock wird intern von der Telefonanlage selbst verarbeitet und geschaltet. Die Grundstruktur dieser TK-Anlage setzt sich aus 9 so genannten Slots, welches Steckplätze für TK-Anlagenmodule sind, zusammen. Von diesen 9 Slots sind in diesem Fall 7 Slots in Betrieb, wovon die Slots 2 und 3 mittels eines Central Board Point/Com ( CBPC ) gemeinsam belegt werden. Hierbei handelt es sich um das Grundelement ( Herzstück ) der TK-Anlage, welches auch als Motherboard bezeichnet wird. Wie auch bei einem PC, ist das CBPC die Steuereinheit für alle benötigten Arbeitsschritte und Prozesse, welche in diesem Fall die Kommunikationsvermittelung darstellt. Diese Zentraleinheit beinhaltet neben der Steuerfunktionalität zusätzlich zwei Anschlusseinheiten für 8 digitale und 4 analoge Endgeräte. Zudem schließt ( beinhaltet ) die Grundkonfiguration der Hicom 150 E den Subcriber Trunk Line S0 ( STLS4 ) ein, wobei dieser ( Slot 4 ) eine direkte Verbindung zum öffentlichen Telefonnetz besitzt und somit die 4, von dem Unternehmen Mustermann angemieteten, S0-Anschlüsse in die TK-Anlage integriert.

Aus diesem Grund stehen für eine Kommunikation zwischen dem firmeninternen und dem öffentlichen Telefonnetz 8 Kommunikationskanäle gleichzeitig zur Verfügung. Des Weiteren beinhaltet die aufgezeigte TK-Anlage zusätzliche Module, welche den Anschluss weiterer Telekommunikationsendgeräte ermöglichen. Zum Einen werden in dieser TK-Anlage 8-fach Subcriber Line Analog ( 8SLA ), welche den Anschluss für 8 weitere Analogendgeräte bereitstellen ( Slot 5, 6 und 7 ), und zum Anderen 8-fach Subcriber Line Up0/E, die den Anschluss von weiteren 8 digitalen Endgeräten ermöglichen ( Slot 9 ), zum Einsatz gebracht. Somit können zu diesem Zeitpunkt mittels dieser TK-Anlage 16 digitale und 28 analoge Endgeräte
für die Telekommunikation bereitgestellt werden. Die sich daraus ergebenden 44 einzelnen Telefonnummer ( 16 digital + 28 analog ), wovon derzeit 39 eingesetzt werden, sind jeweils einem bestimmten Slot fest zugewiesen.

Da die einzelnen Telefonnummern bestimmten Slots fest zugeordnet sind, können Korrekturen bzw. Veränderungen der Slot-Belegung in der TK-Anlage ausschließlich von Service Technikern der Siemens AG durchgeführt werden. Eine Möglichkeit der Korrektur bzw. Veränderung, welche unternehmensintern selbst realisiert werden kann, wäre die einzelnen Kabel, welche zu den dazugehörigen Telefonanschlüssen führen, auszutauschen. Da diese verwendeten Kabel den unternehmensinternen Telefonanschlüssen fest zugeordnet sind, kann durch deren Austausch ein Mitarbeiter seine gewohnte Telefonnummer im gesamten Unternehmensbereich nutzten ( z.B. bei Umzug ). Des Weiteren gehört die Hicom TK-Anlage zu einem so genannten TeleData System. Hierbei können die abgespeicherten Telefondaten ( Konfiguration, Telefonie-Übersicht ) von einem PC ausgelesen und direkt mittels eines Druckers ausgedruckt werden. Die Konfiguration der TK-Anlage und der genaue Aufbau eines TeleData Systems werden im folgenden Punkt genauer betrachtet.

Konfiguration der TK-Anlage

Da es sich (wie schon erwähnt) um eine Mietanlage der Siemens AG handelt, wird die Konfiguration und Wartung ausschließlich von Service-Technikern der Siemens AG durchgeführt. Das Gesamtsystem der Konfiguration, bestehend aus der TK-Anlage, einem Controller und einem Übernahme PC, bezeichnet man auch als TeleData System.

Die Konfiguration der TK-Anlage erfolgt mittels einer Software ( „Assistent L“ ), welche auf einem so genannten Übernahme-PC implementiert ist. Dieser Übernahme PC hat die Aufgabe, die in dem Controller abgespeicherten Datensätze ( Verbindungen, Telefonnummern, Ruflisten, Verbindungen oder auch Fehler-meldungen ) der TK-Anlage auszulesen und gegebenenfalls zu bearbeiten, um eine Konfiguration der TK-Anlage vornehmen zu können. Dies wird über eine grafische Benutzeroberfläche gesteuert.

Über diese Benutzer/Administrator-Oberfläche ( Abbildung 3-5 ) kann die TK-Anlage konfiguriert und somit nach den Wünschen des Endkunden eingestellt werden. Hierbei stehen für die Konfigurationen neben der einzelnen Telefonnummernvergabe zudem Funktionen wie Berechtigungs-, Rufumleitungs- und Gruppeneinstellungen zur Verfügung. So können zum Beispiel eingehende Anrufe an bestimmte Endgeräte umgeleitet oder von anderen Teilnehmern übernommen werden. Zudem ist eine Kontrolle über die Telefongespräche wie 0190/0900-Nummern oder Auslands-gespräche gewährleistet und kann gegebenenfalls gesperrt werden. Der Konfigurationsaufwand ist hierbei abhängig von den Einstellungswünschen des Endkunden, welcher diese TK-Anlage nutzt. Die Verbindung zwischen dem Übernahme-PC und der TK-Anlage wird über einen Controller realisiert, d.h. der Controller dient als Schaltstelle und Speichereinheit zwischen beiden Komponenten. Die maximale Speicherkapazität beträgt hierbei 14950 Datensätze. Der Controller hat eine eigene Stromversorgung, im Fall eines Stromausfalls wird die Speichersicherung mittels einer Lithiumbatterie gewährleistet. Der Controller besitzt 2 Com-Schnittstellen ( 9 Polig ), wobei es sich um eine V.24- und eine V.11-Schnittstelle handelt. Die V.24-Schnittstelle übernimmt den Anschluss des Übernahme-PCs an den Controller ( Abbildung 3-4 ). Die Verbindung zwischen Controller und Übernahme-PC wird mittels einem K-12-100 Kabel, welches 3m lang ist und nicht verlängert werden darf, realisiert. Somit kann der Controller maximal 3m vom Übernahme-PC entfernt sein. Für die Verbindung des Controllers mit der Hicom Anlage wird das Kabel K-18-202, welches eine Länge von 6m besitz, eingesetzt. Hierbei handelt es sich um eine V.11-Verbindung, welche mittels einer 4-Draht-Leitung ( RJ11 ) bis auf 1200m verlängert werden kann. Somit kann die Hicom Anlage z.B. bei größeren Firmengeländen auch über größere Strecken vom zuständigen Betreuer/Techniker ausgelesen bzw. konfiguriert werden.

Zu den einzelnen Datensätzen der Hicom TK-Anlage, welche im Controller gespeichert sind, wird zusätzlich ein Statusreport der angeschlossenen Endgeräte bereitgestellt.

Sicherheit der TK-Anlage ( traditionelle Telefonie )

Der Aspekt der Sicherheit der traditionellen Telefonie ist in zweierlei Hinsicht zu betrachten, denn hierbei handelt es sich zum Einem um die Vertraulichkeit und zum Anderen um die Sicherstellung der Verfügbarkeit der Telefonie.

Verfügbarkeit
Die traditionelle Telefonie kann eine hohe Verfügbarkeit aufweisen, denn der Ausbau und die Struktur des traditionellen Telefonnetzes wird von den Netzbetreibern überwacht und laut diesen ist eine Kommunikation innerhalb deren Telefonnetzen sichergestellt. Zudem soll die Kooperation dieser verschiedener Telefonnetz-anbieter eine telefonnetzübergreifende bzw. länderübergreifende Kommunikation bereitstellen. Da es sich hierbei um eine kanalorientierte Vermittlung handelt, werden den Gesprächsteilnehmern feste Kommunikationskanäle ( Telefonleitungen ) zugewiesen und somit nach dem Verbindungsaufbau ein fester Kommunikationsweg genutzt wird. Unterbrechungen dieser Verfügbarkeit können zum Einen durch Softwareupdates der Vermittlungsstelle ( z.B. neue Gebührentaktung … ) oder durch physikalische Gegebenheiten wie z.B. durch Straßenbauarbeiten ( Baggerarbeiten ) vorhandene Telefonkabel beschädigt werden. Nur bei Unterbrechung von angemieteten Standleitungen bzw. der Unterbrechung der Leitung zur Vermittlungsstelle kann die Verfügbarkeit nicht mehr gewährleistet werden. Wenn die Unterbrechung sich im internen Telefonnetz des Netzbetreibers befindet wird diese Leitung, bis zu deren Reparatur, mittels weiterer interner Leitungen ausgeglichen. Somit hält der Netzbetreiber die Verfügbarkeit bzw. Erreichbarkeit aufrecht.

Vertraulichkeit
Mit der Vertraulichkeit wird der Punkt der Abhörsicherheit angesprochen. Zu dieser Thematik ist seit längerem auch eine Regierungsdebatte aktuell, wobei bei dieser eine Legalisierung der Telefonabhörung bei Verdachtsmomenten von Straftaten diskutiert wird. Genauere Angaben zu dieser Thematik können im Telekommunikationsgesetz ( TKG ) im Teil 7 „Fernmeldegeheimnis, Datenschutz, öffentliche Sicherheit“ nachgelesen werden. Um ein Telefongespräch abhören zu können wird ein physikalischer Zugang zur Telefonnetzstruktur ( Leitung ) benötigt und somit ist dies durch die verplombten Vermittlungsstellen und die meist unterirdische Telefonnetzstruktur dahingehend äußerst erschwerend. Jedoch sind sicherheitsbedingte Abhörschnittstellen, welche eine permanenten und automatisierte Überwachung der Telekommunikation auf Schlüsselwörter ( wie z.B. Anschlag, Bombe… ) vornehmen, im Einsatz ( Stichwort – ECHELON ). Somit kann zusammengefasst gesagt werden, dass die traditionelle Telefonie zwar Möglichkeiten einer Abhörung aufweist, jedoch aber nicht als unsicher einzustufen ist.

Netzwerkstruktur / Aufbau der Zentrale

Die gesamte Netzwerkstruktur der Zentrale des Unternehmens Mustermann wird innerhalb die Domäne DWP zusammengefasst.

Der Telefonie-Server ( in der Abbildung 3-7 blau hervorgehoben ) ist mit zwei Netzwerkkarten ausgestattet und besitzt demzufolge zwei IP-Adressen. Mittels der IP-Adresse 192.168.1.120 / 255.255.255.0 ist der Telefonie-Server in das unternehmensinterne Netzwerk von DWP eingebunden und somit für die Kommunikation der sich in der Zentrale befindlichen Telefonie-Clients, wobei es sich hierbei um LAN-Telefonie oder Telefonie in das öffentliche Telefonnetz handelt, zuständig. Somit besitzt der Telefonie Server 3 primäre Kommunikationsschnittstellen ( Telefonnetz, LAN, Standleitung / Internet ) für die Telefonie.

Bei den beiden eingesetzten Netzwerkarten handelt es sich um 100 Mbit/s Karten, welche somit in die vorhandene 100 Mbit/s Netzwerkstruktur eingebunden wurden. Die vorhandene Netzwerkstruktur, welche über die Domäne realisiert wird, ist über drei Domain-Controller abgesichert. Der Server 1 ( 192.168.1.1 ) fungiert hierbei als Primary Domain Controller ( PDC ), welcher die Aufgabe besitzt eine zentrale Verwaltung der Ressourcen und Benutzeraccounts zu übernehmen. Folglich erteilt dieser Server nach erfolgreicher Anmeldung eines Accounts dessen Ressourcen und Berechtigungsverweise. Bei einem Ausfall dieses Servers können dessen Aufgaben von zwei weiteren Domain-Controllern übernommen werden, welches zum Einen der Exchange Server, der sich im gesicherten Hausnetz befindet, oder zum Anderen der VPN-Server, welcher eine Verbindung zum Hausnetz sowie direkt zur angemieteten Standleitung besitzt. Die Internetanbindung der gesamten Netzwerkteilnehmer kann über zwei Wege realisiert werden. So kann die Interneteinwahl via DSL ( Flatrate ) mittels dem Gateway Router ( 192.168.1.190 ) erfolgen, wobei es sich hierbei auch um die Haupteinwahl-möglichkeit der Netzwerkteilnehmer handelt. Wenn jedoch die Einwahl mittels diesen Gateway Router nicht realisiert werden kann, wird im Bedarfsfall auf die Standleitung zurückgegriffen, was jedoch mit Zusatzkosten verbunden ist ( Volumenabrechnung ).

Netzwerkverkehr

In diesem Punkt erfolgt die Betrachtung des Netzwerksverkehrs, welcher durchschnittlich an einem Arbeitstag ( 8 Stunden ) im Netzwerk des Unternehmens Mustermann verarbeitet wird. Die Betrachtung des Netzwerkverkehrs wurde in dem Zeitraum von einem Monat ( 19.07.2004 – 19.08.2004 ) realisiert, wobei hierfür die Software Ultra Network Sniffer ( Version 1.3 – GJPSoft ) eingesetzt wurde. Aus diesen Testergebnissen wurden Tagesdurchschnittswerte und Spitzenwerte ( entscheidend für Sprachqualität ) für die einzelnen Beobachtungen erarbeitet.

Es wurde ersichtlich, dass der hauptsächliche Verkehr der Datenpakete ( 74,89 % ) unternehmensintern im Netzwerk versendet bzw. verarbeitet wird. Weitere 16,27 % der Gesamtdatenpakete werden von außerhalb in das und die sich daraus restlich ergebenden 8,84 % aus dem Unternehmensnetzwerk geleitet. Die Gesamtzahl der eben erwähnten versendeten Datenpakete ( 1920493 Datenpakete ) ergibt einen durchschnittlichen Datenverkehr von 398.558.521 Byte pro Arbeitstag. Die einzelnen Datenpakete werden mittels verschiedener Protokolle versendet.

Die Protokoll Statistik zeigt die einzelnen im Laufe eines Arbeitstages genutzten Protokolle, welche über das Netzwerk gesendet werden. Hierbei handelt es sich zum Einen um Verbindungs- bzw. Übertragungsprotokolle wie z.B. Internet Protokoll ( IP ) oder Transmission Control Protocol ( TCP ) und zum Anderen um Sicherheits- und Abfrage-Protokolle wie z.B. Internet Control Message Protocol ( ICMP ) oder Adress Resolution Protocol ( ARP ). Die versendeten Daten können mittels verschiedener Paketgrößen übertragen werden.

Nach Auswertung der ausführlichen Testbeobachtungen, der Arbeitstage des angegebenen Beobachtungszeitraums, ist eine durchschnittliche Netzwerk-auslastung von 39,85% festgestellt worden, wobei für die Sprachqualität Spitzenwerte herangezogen werden müssen ( Spitzenwert = 71,78% für 25ms ). Somit ist die Einführung der IP-Telefonie in die vorhandene Netzwerkstruktur möglich ( Auslastung mit der IP-Telefonie siehe Punkt 3.6. Kommunikationsanalyse ).

Sicherheit von VoIP

Bei der Betrachtung dieses Punktes ist zu beachten, dass die Vertraulichkeit und die Verfügbarkeit zum Einen mittels der IP-Telefonie ( im lokalen Netzwerk ) und zum Anderen durch Internet-Telefonie realisiert werden kann.

Internet-Telefonie
Die Verfügbarkeit der Internet-Telefonie bei einer Software-Lösung ist an das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten, welche Computerhardware, Betriebsystem, Internetzugang, Sound- und Grafikkarte sind, gebunden. Hierbei muss eine gemeinsame fehlerfreie Funktionalität gewährleistet werden. Zudem darf kein Prozess im Hintergrund zu viel Rechnerleistung beanspruchen darf. Auch wenn die Verfügbarkeit der Verbindung bis zum Internetprovider durch starken Wettbewerb stetig gestiegen ist, so bleibt eine Ungewissheit, ob im Übertragungszeitpunkt genügend Übertragungskapazität im Internet für die Kommunikation zur Verfügung steht ( Bandbreite abhängig vom Gesamtverhalten aller User ). Bei hoher Belastung des Internets können daher Daten- bzw. Sprachpakete verloren gehen oder in der falschen Reihenfolge bzw. mehrmals beim Empfänger eintreffen. Für die Sprachübertragung wird das UDP-Protokoll genutzt, welches jedoch nicht wie das TCP-Protokoll Korrekturen des Datenstroms übernehmen kann und somit Störungen möglich sind. Das Mithören der Internet-Telefonie wird dahingehend erschwert, weil während der Telefonie kein gleich bleibender Weg ( wie bei kanalorientierter Vermittlung ) verwendet wird. Jedoch handelt es sich beim Internet um ein frei zugängliches Medium und mittels Snifferprogrammen können die Sprachdaten aufgezeichnet und gegebenenfalls rekonstruiert werden.

IP-Telefonie ( im lokalen Netzwerk )
Wie auch bei der Internet-Telefonie setzt die IP-Telefonie für deren Verfügbarkeit die fehlerfreie Zusammenarbeit verschiedener Komponenten voraus ( Hardware, Betreibsystem, Soundkarte… ). Hierbei ist jedoch nicht die Internet- sondern die lokale Netzwerkanbindung und der damit verbindliche Netzwerkverkehr die wichtigste dieser Komponenten. Somit ist die Verfügbarkeit abhängig von der Auslastung des lokalen Netzwerks, welche durch die Benutzeranzahl und deren Arbeitsprozesse variabel ist, sowie von dessen einwandfreier Funktion ( Clientanmeldung, Datenfluss ). Eine effektive Arbeitsweise des lokalen Netzwerks und deren Verarbeitung kann mittels der Einführung von Quality of Service ( QoS ) in diesem erreicht werden. So können Verzögerungen und Probleme der Reihenfolge der Datenpakete ( in diesem Fall zudem Sprachpakete ) minimiert werden. Zu der Vertraulichkeit der IP-Telefonie ist zu sagen, dass in diesem Fall die Sicherheit des lokalen Netzwerks zugrunde liegt. Von außen müssen Angreifer mittels Netzwerksicherheitsmechanismen wie z.B. Firewall ausgeschlossen werden, im Netzwerk benötigt ein Angreifer einen physikalischen Zugang zum Netzwerk. Hierbei sind mittels Snifferprogrammen wie auch bei der Internet-Telefonie die Aufzeichnung und Rekonstruierung der Gesprächsdaten möglich.

Eine Sicherheitserhöhung kann bei der Internet-Telefonie durch den Einsatz einer VPN-Lösung realisiert werden, da für die Kommunikation gesicherte Kommunikationstunnel zwischen den Gesprächsteilnehmern aufgebaut werden. Bei der IP-Telefonie im lokalen Netzwerk kann dies durch virtuelle LANs ( VLAN ) speziell für die Sprachdaten erreicht und realisiert werden.

Einführungsaspekt / Forderungen

Die Einführung der software-basierenden VoIP-Lösung ist an bestimmte unternehmensspezifische Vorgaben ( Forderungen ) gebunden, welche bei der Realisierung dieser berücksichtigt werden müssen. Diese konkreten Forderungen werden in der folgenden Auflistung näher beschrieben.

1. Einsatz eines Telefonie-Servers ( zentrale Verwaltungsstelle ) für die Standort-struktur in Markneukirchen ( Zentrale ).
2. Die Funktionalitäten der traditionellen TK-Anlage müssen mittels der einzuführenden VoIP-Lösung weiterhin gewährleistet werden.
– 0700-Funktionalität ( Anrufweiterleitung )
– Anrufübernahme
– CLIP ( Rufnummernerkennung und Übertragung )
– Zentralenfunktionalität
3. Angabe eines monatlichen Gesamt- sowie Einzelplatzverbindungsnachweis der Telefonie
– in Dateiform
4. Serverseitige Abspeicherung der einzelnen Rufnummern ( Kunden, Lieferanten, Geschäftspartner… ) und die dazugehörigen Stammdaten bzw. digitalen Unterlagen
– öffentlicher Zugang für alle berechtigten Telefonie-Clients
5. Einsatz von Telefonkonferenzen ( unternehmensintern sowie -extern )
6. Anbindung / Anmeldung der Telefonie-Clients der einzelnen Niederlassungen ( Berlin, Leipzig, Esslingen ) über das Internet ( Internet-Telefonie ) am Telefonie-Server für unternehmensinterne Kommunikation.
7. Telefonkosteneinsparung der Kommunikationswege zwischen den einzelnen Unternehmensstandorten
– Kosten über Flatrate des jeweiligen Standortes realisiert
8. Erweiterungsmöglichkeit für Video-Telefonie und Datenbankanbindung

Diese einzelnen Anforderungen werden von der einzusetzenden VoIP-Lösung mittels der Software Mioco Hello World gewährleistet.

Hardware für Voice over IP

Die Testumgebung, welche für die Testversuche implementiert wird, besteht aus einem Telefonie-Server ( Gateway ) und vier Telefonie-Clients.

Der Telefonie-Server, die Tele-Zentrale und der Tele-Client01 sind direkt durch einen Hub ( D-Link DE – 085 TP ) miteinander verbunden, wobei dieser in das Firmennetzwerk von DWP integriert wurde. Der Sekretariatsrechner ( 192.168.1.23 ) befindet sich im firmeninternen Netzwerk und ist mittels diesem mit dem Telefonie-Server ( TeleServer ) verbunden, wobei dieser eine direkte Verbindung zum Telefonnetz bereitstellt. Der TeleClientLpz01 stellt die Verbindung zum Telefonie-Server mittels des Internets her und bindet sich über dieses somit in das IP-Telefonie-Netzwerk ein. Im Folgendem werden die Hardwarebeschaffenheiten der einzelnen Komponenten dieser Testumgebung näher beleuchtet.

Telefonie-Server
Prozessor : AMD Duron mit 850MHz
Arbeitsspeicher : 256MB SD-RAM von Infineon ( PC 133 )
Laufwerke : LG 52X CD-Rom, Diskettenlaufwerk
Festplatten : C ( System ) = Maxtor 32049H3 à 20 GB
Sound : on Board ( SIS 7012 Audiochip )
ISDN-Controller : AVM ISDN Controller C4 ( 4fach Anschluss )
Betriebsystem : Windows 2000 mit Service Pack 4
IP-Adresse : 192.168.1.120 / 255.255.255.0 ( interne Adresse )
194.128.5.55 ( extern erreichbare Adresse )

Tele-Zentrale und Tele-Client01 ( Notebook )
Prozessor : Intel Celeron mit 400 Mhz
Arbeitsspeicher : 64MB SD-RAM
Laufwerke : LG 24X CD-Rom, Diskettenlaufwerk
Festplatten : C ( System ) = Fujitsu F485280 à 4,85 GB
Sound : on Board ( SoundMax digital Audio )
Headset : Labtec Stereo 332 PC Headset
Betriebsystem : Windows 98 SE
IP-Adresse : 192.168.1.246 bzw. 192.168.1.247 / 255.255.255.0

Sekretariat
Prozessor : Pentium II MMX mit 450 MHz
Arbeitsspeicher : 128 MB SD-RAM
Laufwerke : LG 52X CD-Rom, Diskettenlaufwerk
Festplatten : C ( System ) = Seagate ST64286A à 6,45 GB
Sound : Creative Sound Blaster PCI Compact
Headset : Labtec Stereo 332 PC Headset
Betriebsystem : Windows 98 SE
IP-Adresse : 192.168.1.23 / 255.255.255.0

Tele-ClientLpz01
Prozessor : Intel Celeron mit 400 Mhz
Arbeitsspeicher : 198 MB SD-RAM
Laufwerke : LG 52X CD-Rom, Diskettenlaufwerk
Festplatten : C ( System ) = Maxtor 32049H3 à 20 GB
Sound : Creative Sound Blaster PCI Compact
Headset : Labtec Stereo 332 PC Headset
Betriebsystem : Windows 2000
IP-Adresse : 192.168.1.215 / 255.255.255.0 ( LAN-Lpz )

Die Anmeldung bzw. Registrierung der Telefonie-Clients, und die damit verbundene Berechtigung zur IP-Telefonie wird serverseitig beim Telefonie-Server realisiert. Somit sind nur befugte Clients für die firmeninterne bzw. -externe IP-Telefonie zugelassen.

VoIP Software

Bei der einzusetzenden Telefonie-Software handelt es sich um Hello World der Firma Mioco GmbH. Einen genaueren Einblick in diese Software wird im Anhang E – Mioco Hello World verschafft. Der Grund für die Auswahl der Hello World Software ist, dass sich bereits eine Server-Lizens und acht Client-Lizensen ( der Version 3.0 ) im Besitz der Firma Mustermann befinden. Somit wird diese vorhandene Hello Word Software in der Version 3.0 für die Realisierung der Testumgebung und Testuntersuchungen eingesetzt. Für eine eventuelle Verwirklichung im gesamten Unternehmensbereich wird die aktuellste Version der Hello World Software ( Version 4.0 ) in Betracht gezogen ( Anschaffungskosten siehe Punkt 5. „Kosten“ ).

Zudem wird für die Analysierung des Netzwerkverkehrs und der einzelnen Testversuche weitere Software eingesetzt. So wurde die Software Ultra Network Sniffer ( Version 1.3 – Trial Version ), der Firma GJPSoft eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein Netzwerkanalyse-Programm, mit dem der komplette Netzwerkverkehr aufgezeigt werden kann. Mit dem Programm Securepoint Network Test Tool ( Version 1.5.0 – Securepoint GmbH ) wurde ein weiteres Tool für diese Arbeit genutzt, welches die Netzwerkstruktur analysiert. Für den Test der Sprach-Applikationen und deren Übertragung innerhalb des vorhandenen Netzwerkes wurde das Tool VoIP Jitterbug ( Version 1.2.0 ) zum Einsatz gebracht. Mit Hilfe dieser einzelnen Programme wird eine Kommunikationsanalyse für die Realisierung der software-basierenden Lösung ( IP-Telefonie ) vorgenommen.

Installation Telefonie-Server

Der Telefonie-Server ist die zentrale Verwaltungsstelle dieser software-basierenden Lösung, wobei jener an bestimmte Hardware-Voraussetzungen gebunden ist. Mittels des Telefonie-Servers wird die Verbindung und die daraus folgende Kommunikation der einzelnen Telefonie-Clients realisiert, wobei die Clients über den Server konfiguriert werden können. Dieser wird als Gateway eingerichtet und stellt somit die Schnittstelle zwischen lokalem Netzwerk und dem öffentlichen Telefonnetz dar.

Installation
Für die Installation der Telefonie-Software Hello World ist sowie für den Server als auch für den Client jeweils eine separate Installations-CD im Software-Lieferumfang enthalten. Beim Start der Installation erfolgt eine Sprachauswahl, wobei die Hello World Software neben Deutsch zudem die Sprachen Englisch, Französisch, Spanisch und Italienisch unterstützt. Die Installation der Server-Software erfolgt über eine einfach strukturierte Standardinstallation. Der Speicherbedarf der Software wird mit 20 MB angegeben ( Mioco ), wobei im realisierten Beispiel ein Gesamtspeicher von 15,45 MB benötigt wurde. Weitere Systemvoraussetzungen und Funktionen der Hello World Software wird im Anhang E – Mioco Hello World veranschaulicht.

Konfiguration
Bei der Konfiguration des Telefonie-Servers sind zwei Aspekte zu betrachten, wobei es sich zum Einen um eine allgemeine Konfiguration der Hardware ( AVM – ISDN Controller C4 ), zum Anderen die Konfiguration der Hello World Server Software an sich handelt. Dem eingesetzten ISDN-Controller ( genaue Angaben zum Controller sind im Anhang D – Produktbeschreibung AVM C4 nachlesbar ) stehen 4 Kommunikations-Ports zur Verfügung, welche jeweils mit einem S0-Anschluss verbunden werden können. Da ein S0-Anschluss zwei Kommunikationskanäle parallel ( zeitgleich ) bereitstellen kann, wären mittels diesem ISDN Controller bis zu 8 Kommunikationskanäle gleichzeitig nutzbar. Den einzelnen Kommunikations-Ports können verschiedene Funktionalitäten, bei denen es sich um Mehrgeräte- bzw. Anlagenanschluss oder Festverbindung handelt, zugewiesen werden.

Für die Realisierung der Testumgebung wird in diesem Fall die Funktionalität des Mehrgeräteanschlusses eingesetzt, da für diese ein ISDN-Konfort-Anschluss und 3 Mehrfachrufnummern ( MSN ) eingesetzt werden. Die 3 MSNs werden dem Kommunikations-Port 1 zugewiesen.

Bei der Verwirklichung der IP-Telefonie im gesamten Unternehmensbereich von Mustermann wird anstatt der Mehrgeräteanschluss-Funktionalität die Analagenanschluss-Funktionalität eingesetzt, da hierfür die 4 S0-Anschlüsse, welche an die vorhandenen TK-Anlage angeschlossen sind, vom Telefonie-Server übernommen werden. Somit würde der Telefonie-Server die gesamten Funktionen der vorhandenen TK-Anlage übernehmen. Die Konfiguration der Hello World Server-Software erfolgt über eine grafische Benutzeroberfläche,

Die Server-Software an sich ist mittels eines Zugangspassworts geschützt, um somit nur befugten Administratoren die Konfiguration der Telefonie-Software zu ermöglichen. So kann der Administrator grundlegende Server-Software Einstellungen treffen, wie z.B. das Anlegen einer IP-Adressen Liste der befugten Telefonie-Clients ( mit festen IP-Adressen ). Hierbei sollte auch die IP-Adresse 0.0.0.0 aufgenommen werden, denn diese ist für die Direktkommunikation zwischen den Clients zuständig. Mittels dieser Einstellungsmaske kann zudem die Paketgröße für die Kommunikationspakete festgelegt werden.

Mit einer weiteren Grundeinstellung der Telefonie-Software kann die Telefonnummernzuweisung verwirklicht werden. In diesem Fall wird der Telefonnummernstamm ( 123-0 ) und die internen Nummervergabe konfiguriert ( Länge 2 à 97, 98, 99 ).

Nach Abschluss dieser Grundeinstellungen sind die 3 verwendeten Telefonnummern ab diesem Zeitpunkt vom öffentlichen Telefonnetz aus erreichbar. Somit müssen diese den einzelnen Telefonie-Clients zugewiesen werden, wobei diese Clients mittels der Software zum Einen eine netzinterne Rufnummer und zum Anderen einen „externen“ Telefonanschluss ( Durchwahlnummer ) zugewiesen bekommen. Diese Zuweisung und weitere Clientseinstellungen werden am Server mittels einer Einstellmaske für den jeweiligen Client vorgenommen.

Telefonie-Client

Wie auch der Telefonie-Server, ist auch der Telefonie-Client an bestimmte Hardware-Voraussetzungen gebunden, welche im Anhang E – Mioco Hello World nachschlagbar sind.

Installation
Die einzelnen Schritte der Installation der Client-Software ist identisch der Installation des Telefonie-Servers ( mittels Client-Install-CD ). Somit wird die Client-Software, wie die Server-Software, in einen standardisierten Zielpfad auf dem System abgelegt ( siehe Installation Server – Punkt 3.5.2.1 ).

Konfiguration
Die Konfiguration des Clients erfolgt über einen Konfigurationsassistenten, welcher nach der Installation automatisch gestartet wird und die grundlegende Konfiguration mittels einiger Abfragen einrichtet. So wird als erstes die Abfrage nach der Telefonie-Server-IP-Adresse gestellt, welche als IP-Adresse direkt oder mittels Durchsuchen des Netzwerkes eingetragen werden kann.

Die nachfolgende Abfrage besteht aus einer Auswahl des Kommunikationsmittels, d.h. es wird abgefragt, ob der Client mittels eines Head-Sets, welches direkt am Computer angeschlossen ist, oder einer Mioco-Box, welche den Anschluss analoger Endgeräte in das IP-Telefonnetz integrieren lässt, telefoniert. Nach der Abfrage des Kommunikationsmittels wird durch den Konfigurations-Assistenten die Konfiguration der sich im Client befindlichen Soundkarte angezeigt, wobei dieser Veränderungen der Konfiguration vornehmen und somit die Einstellungen seinen Wünschen entsprechend anpassen kann. Zum Abschluss der Konfigurationsabfragen wird eine Festlegung eines Namens für den Clientstandort abgefordert ( Abbildung 3-19 ), welcher in der Administrationsoberfläche des Telefonie-Server angezeigt wird.

Nach der Abarbeitung der eben beschriebenen Konfigurationsabfragen kann der Telefonie-Client gestartet werden, wobei der Start des Telefonie-Programms eine Passwortabfrage beinhaltet. Dieser Passwortschutz ermöglicht die Authentifizierung bzw. Autorisierung des Clients beim Telefonie-Server, wodurch nur befugte Mitarbeiter des Unternehmens die Dienste des Telefonie-Servers nutzen können. Die einzelnen Passwörter der Mitarbeiter ( Clients ) sind an deren jeweiligen Telefonie-Client gebunden. Sie werden vom Telefonie-Server verwaltet und können nur über diesen verändert werden. Nach der erfolgreichen Anmeldung steht dem Mitarbeiter mittels seines Telefonie-Clients eine umfangreiche grafische Benutzeroberfläche ( Abbildung 3-20 ) zur Verfügung, welche neben dem eigentlichen Telefonieren weitere Funktionen im Kommunikationsbereich bereitstellt. So besteht z.B. die Möglichkeit Textnachrichten bzw. Anruferinnerungen zwischen den Telefonie-Clients zu versenden oder Konferenzen mittels mehreren Teilnehmern abzuhalten.

Die strukturellen Konfigurationen des Telefonie-Clients werden nicht vom diesem selbst, sondern über den Telefonie-Server realisiert. Der Telefonie-Client kann Einstellungen wie z.B. im Audio-Bereich vornehmen, d.h. dieser kann Klingeltöne zuordnen oder die Konfiguration der Soundkarte nach dessen Wünschen verändern.

Zudem lässt sich über den Client direkt die Video-Telefonie konfigurieren, wobei die Übertragung mittels Netmeeting realisiert wird.

Nach der Installation und Konfiguration des IP-Telefonie-Systems wird im nächsten Punkt dieser Arbeit auf die Testdurchführung eingegangen.

Auslastung des IP-Telefonie Systems

Die Einführung der VoIP-Lösung stellt eine Erhöhung der Netzwerklast dar, welche sich durch den zusätzlichen Datenverkehr ( Sprachdaten ) ergibt und somit im Netzwerk verarbeitet werden muss. Zudem wird bei den einzelnen Telefonie-Clients eine höhere Rechenleistung ( Prozessorauslastung ) für die gleichzeitige Verarbeitung von Sprach- sowie Datenpaketen prognostiziert. Einen Vergleich zwischen einem PC, welcher zudem Telefonie-Client ist, und einem „normalen“ Arbeitsplatz PC ist daher recht unterschiedlich.

Für diesen Test wurde ein Arbeitsplatz PC eine Woche mit dem Telefonie-Client und eine Woche als reiner Daten PC ( ohne Telefonie-Client ) betrieben. Dabei wurde der tägliche Datenverkehr mittels der Software Ultra Network Sniffer aufgezeichnet und Tagesdurchschnittswerte sowie Spitzenwerte ermittelt. Das Ergebnis dieses Vergleichs besagt, dass die Datenmenge des Arbeitsplatzes mit Telefonie-Client das 1,73 fache des Arbeitsplatzes ohne Telefonie-Client entspricht.

Somit stellt die Einführung der VoIP-Lösung im Normalfall keine Bedrohung für eine Überlastung des lokalen Netzwerkes des Unternehmens Mustermann dar.

Kommunikation Server / Client

Der Telefonie-Server ( 192.168.1.120 ) sendet aller 30 Sekunden einen Polling ( 45 Byte ), wobei es sich hierbei um eine Request-Anfrage handelt. Mittels dieser Anfrage überprüft der Telefonie-Server die Erreichbarkeit der angemeldeten Telefonie-Clients ( 192.168.1.246 ). Nur wenn dieses Request mittels eines Response ( 37 Byte ) vom Telefonie-Client beantwortet wird, bleibt der Client aktiv beim Telefonie-Server angemeldet, ansonsten treten die durch den Client vorher festgelegten Abwesenheitsbedingungen wie z.B. Rufumleitung oder Mailbox in Kraft. Diese Statusabfrage und deren Beantwortung wird mittels dem Transmission Control Protocol ( TCP ) realisiert.

Die eigentliche Kommunikation ( Telefonie ) wird nicht mittels TCP, sondern dem verbindungslosen User Datagram Protokcol ( UDP ) realisiert.

Jitterbug-Test

Hierbei handelt es sich um eine Simulation eines Datenverkehrs auf VoIP-Basis, welcher in einem Netzwerk bzw. mittels des Internets übertragen wird. Dieser UDP Traffic Generator überprüft den gewünschten Kommunikationsweg und zeigt eventuellen Probleme mit der Qualität der Kommunikation auf.

Für ein besseres Verständnis werden zuerst elementare Begriffe erklärt:

Delay
Unter Delay versteht man die Zeitdauer zwischen der Erzeugung eines Signals beim Sender und dem Eintreffen beim Empfänger. Es handelt sich hierbei um einen Sprachqualitätsfaktor, welcher von der International Telecommunication Unit ( ITU-T ) klar definiert ist. Somit darf für eine gute Sprachqualität die Verzögerung ( Delay ) der Wert von 200ms nicht überschritten werden. Eine Verzögerung bis 400 ms wird laut dem Standard ITU-T G.114 als akzeptable Sprachqualität angesehen, wobei der Paketverlust die 5% nicht übersteigen darf.

Jitter

Jitter gibt die Varianz zwischen dem Eintreffen der einzelnen Sprachpakete wieder. Bei kanalorientierter Vermittlung tritt kein Jitter auf, da die gesamten Sprachpakete einen vorgeschriebenen festen Weg nutzen. Hingegen können bei paketvermittelten Netzwerken die einzelnen Sprachpaket unterschiedliche Wege vom Sender zum Empfänger realisieren und somit Jitter verursachen, wobei ein Jitter, größer als 25ms, als störend empfunden werden kann.

Da bei der Trial Version von Jitterbug nur eine Messdauer von 10 min erlaubt ist setzen sich die Messwerte aus Durchschnittswerten eines Dauertests zusammen.

Codec ITU-T G.711

Dieser Codec besitzt eine Übertragungsrate von 64 Kbit/s und verarbeitet die Daten mittels der Pulse Code Modulation ( PCM ).

Technische Daten:
Frame Time 0,125ms
Bytes / Frame 1
Frame / Paket 240
Encoding Delay 0,25ms
Decoding Delay 0,125ms

Auswertung:
Bei den 3 Clients, welche über das LAN an den Telefonie-Server angebunden sind, gibt es keinerlei Qualitätsprobleme. Dies liegt zum Einen an der Aktivierung der QoS-Paketplaner, womit eine gesicherte Bandbreite und nur ganz geringe Verzögerungszeiten realisiert werden können. Diese Sicherung ist bei der Übertragung der Sprachpakete mittels des Internets jedoch nicht möglich, was zugleich die hohe Verlustrate und die hohen Werte der Jitter und Delay aufzeigt. Die Sprachqualität leidet natürlich unter diesen Werten, obwohl diese nur objektiv gemessen werden kann. Bei Sprachkommunikationstests war deutlich ersichtlich das die Sprachqualität innerhalb des lokalen Netzwerkes bedeutend besser abschneidet als über das Internet.

Codec ITU-T G.726

Dieser Codec arbeitet mit einer Bandbreite von 32 Kbit/s ( 16 – 40 Kbit/s ).

Technische Daten:
Frame Time 0,25ms
Bytes / Frame 1
Frame / Paket 120
Encoding Delay 0,5ms
Decoding Delay 0,25ms

Auswertung:
Bei der Analyse und Betrachtung des Codec ITU-T G.726 schnitten die beiden Clients, welche direkt durch einen Hub mit dem Telefonie-Server verbunden sind, bei der Testauswertung und dem Sprachqualitätstest am besten ab. Bei diesen beiden ist deutlich zu erkennen, dass Jitter und Delay nicht überschritten sind. Dies spiegelte sich durch eine gute Sprachqualität auch bei den Telefonaten mittels dieses Codecs wider. Bei der Kommunikation mit dem sich im Netzwerk befindlichen Client ( Sekretariat ) ist aufgefallen, dass die Sprachqualität ab und zu kleine Störungen aufzeigte, was für die Gesprächsteilnehmer als störend empfunden werden könnte. Bei der Kommunikation mittels des TeleClientLpz01, welcher über das Internet angebunden ist, war bei den Testdurchläufen eine durchgängig gute Sprachqualität zu verzeichnen. Zudem weist dieser Codec die kleinste Verlustrate bei der Internet-Kommunikation auf.

Codec ITU-T G.729

Dieser Codec arbeitet mit einer Bandbreite von 8 Kbit/s.

Technische Daten:
Frame Time 10ms
Bytes / Frame 10
Frame / Paket 3
Encoding Delay 25ms
Decoding Delay 10ms

Auswertung:
Bei der Auswertung des 3. Codec ist aufgefallen, dass die Sprachqualität der unternehmensinternen Clients ein identisches Niveau besaß, welches öfters durch Varianzschwankungen gekennzeichnet war. Dies hängt mit der starken Komprimierung zusammen, die auch die Systemleistung in Mitleidenschaft ziehen kann, da diese Komprimierung Prozessorleistung benötigt. Die Sprachqualität des Internet-Clients mittels dieses Codecs war von allen getesteten Varianten objektiv die am schlechtesten.

Zudem ist die Kommunikation ( IP-Telefonie ) mittels der Codec ITU-T G.726 und ITU-T G.729 über ein Analogmodem realisierbar, welches die IP-Telefonie für Analog-modemnutzer interessant machen dürfte ( Diagramme mittels Analogmodem siehe Anhang G – VoIP Jitterbug Diagramme ).

Zusammenfassung:
Nach ausführlichem Testen der einzelnen Codec und deren Varianten wird der Einsatz des Codec ITU-T G.711 im unternehmensinternen Netzwerk realisiert, da mittels diesem die höchste Bandbreite für die Kommunikation bereitgestellt wird, welche des Weiteren für die Video-Telefonie eingesetzt werden kann. Zudem hat die Sprachqualität innerhalb des lokalen Netzwerkes und der Telefonie ins öffentliche Festnetz dieses Codecs überzeugt. Für die Anbindung der Internet-Telefonie-Clients ist dieser Codec jedoch in diesem Testfall nicht geeignet. Hierfür wird der Codec ITU-T G.726, welcher den subjektiv besten Eindruck der Internet-Telefonie hinterlassen hat, eingesetzt. Somit erfolgt die Konfiguration des VoIP-Systems entsprechend der eben beschrieben Einsatzvariante.

VoIP Sprachqualität

Ein wichtiger Punkt für eine Einführung der VoIP-Lösung stellt die Sprachqualität dar, welche die Qualität der Telefonie widerspiegelt. Die Bewertung dieser Sprachqualität ist durch Bewertungsmethoden der ITU mit dem Standard P.800 spezifiziert. So gibt es zum Einen die objektive Bewertung von Sprach-Codecs, welches mittels des Standards ITU-T P.861 ( PSQM ) realisiert wird. Hierbei können jedoch recht unterschiedliche Ergebnisse zu Tage treten, denn auf Grund der individuellen Eigenschaften des menschlichen Gehörs können Sprachqualitäten unterschiedlich empfunden werden. Zum Anderen steht für die Qualitätsmessung seit einigen Jahren eine technische Methode für die objektive und subjektive Qualitätsbeurteilung zur Verfügung, welches durch den Standard ITU-T P.862 ( PESQ )spezifiziert ist. Diese Beurteilungsmethode ist jedoch in unserer technischen Gesellschaft noch nicht weiter bekannt und wird aus diesem Grund kaum zum Einsatz gebracht.

Die Sprachqualität ist das Ergebnis einer Vielzahl von Faktoren, wobei hierfür verschiedene Qualitätsparameter von VoIP aufgezeigt werden:

· Delay
· Packet-Loss
· Echounterdrückung
· Kompressionsverfahren
· Sprachpausenerkennung

Jedoch lässt die Messung von Einzelfaktoren ( Parameter ) nicht in jedem Fall Rückschlüsse auf die Sprachqualität zu, denn vielmehr kann eine optimale Zusammenarbeit dieser einzelnen Faktoren eine hohe Sprachqualität gewährleisten. So ist eine Grundvoraussetzung für eine Anhebung der Sprachqualität der Einsatz von Quality of Service ( QoS ) im lokalen Netzwerk, wobei z.B. mittels des QoS-Paketplaners die richtige Reihenfolge der gesendeten Sprachpakete gewährleistet und die Verzögerungszeiten und Varianzen minimiert werden.

Messverfahren
– PSQM ( Perceptual Speech Quality Measurement )
o ITU-T P.861
– PESQ ( Perceptual Evaluation of Speech Quality )
o ITU-T P.862

Bedingungen beim Messen
Die Messungen müssen so durchgeführt werden, dass Betriebsbedingungen nachempfunden werden, d.h. das die Messungen der Sprachqualität bei einer Ende-zu-Ende Verbindung vorgenommen und das definierte Lastwerte an definierten Systemelemente erzeugt werden.

Messmöglichkeiten
Die Messungen können mittels Einspeisung ITU-genormter Sprachsequenzen, von Dauertönen ( mit oder ohne Bewertung ) und selbst erstellter Sprachmuster realisiert werden, wobei mehrere Messzyklen in einem Verbindungsaufbau programmierbar sind. Hierbei handelt es sich um einen vollkommen automatisierten Ablauf, wobei diese Messungen für Analog-, ISDN- bzw. IP-Apparate Anschlussmöglichkeiten bieten.

Lastgenerierung
In dem zu untersuchenden Netzwerken wird die Last für jeden Teilnehmer bzw. die Teilnehmer einer Gruppe definiert und erzeugt. Es wird hierbei Datenverkehr simuliert, welcher eine Belastung für ein IP-Telefongespräch darstellt, da diese Gesprächsdaten über das identische Netzwerk übertragen werden. Somit können Angaben über Auslastungen und eventuelle Störungen der Sprachqualität angegeben werden.

Gemessene Parameter
– MOS nach PESQ
– Delay ( one-way, Unlauf ) –> siehe Testauswertung Jitterbug
– Sprachpegel an Sende- und Empfangsseite
– Übertragungskurve

Optimierung
Bei der Optimierung wird sich auf den MOS bezogen, wobei es sich hierbei um keinen elektrisch gemessen Wert, sondern durch Probandenbefragung ermittelter subjektiver Eindrücke einer Telefonverbindung handelt.

Abschließend ist zum Punkt der Sprachqualität zu sagen, dass modern konzipierte und realisierte Breitband-Netze das Angebot für neue Dienste bieten. Mit diesen neuen Diensten, wobei es sich in diesem Fall um VoIP handelt, sind zunehmend die Qualitätsansprüche für die Netzwerke gestiegen. Die Messung dieser Qualität von VoIP-Übertragungen werden mittels spezieller Messsysteme und Bewertungen nach MOS realisiert, wobei mit Hilfe dieser Auswertungen eine Optimierung der Systemparametern angestrebt und somit die Qualität entscheidend verbessert werden kann. So ist bei Tests und Realisierungen von VoIP-Lösungen des Unternehmens ICF ( Ingenieurplanung und Consulting ) eine Sprachqualität der VoIP-Übertragung annähernd der Qualität des ISDN erreicht worden ( siehe Optimierung ).

Laufenden Betriebskosten / Wartungskosten

In diesem Punkt sollen die laufenden bzw. fixen Betriebs- und die Wartungskosten, welche an die Hicom 150 E Office TK-Anlage gebunden sind, aufgezeigt werden. Hierbei setzten sich diese fixen Kosten zum Einen aus der Miete des TK-Anlage-Gerätes an sich, welches zudem mit weiteren festen Zusatzkosten ( Musiphone – Musikeinstellung für Warteschleife) verbunden ist, und zum Anderen die Kosten der angemieteten Basis-Anschlüsse, welche von der Deutschen Telekom AG für die TK-Anlage angemietet und somit bereitgestellt werden, zusammen.

Die folgende Tabelle stellt für das vergangene Jahr 2003 ( 01.01.2003 – 31.12.2003 ) diese fixen Kosten detailliert der Hicom TK-Anlage dar.

Fixe Betriebskosten

Fixe Betriebskosten

Bei der in der Tabelle 5-1 aufgezeigten Kosten handelt es sich ausschließlich um Grundkosten, welche eine Telefonie überhaupt erst ermöglichen ( keine Telefonkosten darin enthalten ). Neben diesen fixen Kosten fallen weitere Kosten für die Wartung der TK-Anlage an, da die TK-Anlage ( wie schon erwähnt ) eine Mietanlage ist und somit die Wartung und Konfiguration ( Software, Hardware ) ausschließlich von Siemens-Technikern übernommen wird. Die Tabelle 5-2 illustriert die sich je nach Aufwendung anfallenden Wartungskosten ( variable Kosten ).

Wartungskosten

Wartungskosten

Zu dieser festen Kostenpauschale ( 132,02 € ) kommen weitere variable Kosten wie Arbeitsaufwand ( Arbeitzeit, Art der Arbeit usw. ) und Material ( z.B. neue Telefonkabel usw. ) hinzu. Im Jahr 2003 wurde der Techniker der Siemens AG zwei mal benötigt ( welches dem Durchschnittsbedarf der Jahre 2000, 2001, 2002 entspricht ) und es entstanden somit Gesamtkosten für die Wartung und die Konfiguration der Hicom 150 E Office TK-Anlage von insgesamt 488,44 € ( 340,95 € + 147,49 € ).

Somit entstanden im Zeitraum vom 01.01.2003 bis zum 31.12.2003 Gesamtkosten für die Hicom TK-Anlage von 11281,96 € ( 10793,52 € + 488,44 € ).

VoIP Anschaffungskosten

In diesem Punkt sollen die einzelnen Anschaffungskosten für ein komplettes software-basierendes VoIP System am Beispiel des Unternehmens Dr. Weiss & Partner GmbH aufgezeigt werden. Hierbei setzten sich die Kosten aus der Telefonie-Software und zusätzlichen Hardwarekomponenten zusammen. Wie schon erwähnt und dargestellt, wird die Realisierung der VoIP Technologie mittels der Software Hello World von Mioco durchgeführt, da das Unternehmen bereits im Besitz einer Server- und acht Client-Lizenzen ( Version 3.0 ) ist. Der Einsatz der Software ist mittels der aktuellen Version 4.0 bestimmt. Somit erfolgt ein Update dieser neun vorhanden und der Zukauf der weiteren benötigten Lizenzen. Hierfür wurde ein Angebot von der Mioco GmbH angefordert, welches in der Tabelle 5-3 dargestellt wird.

Telefonie Software

Telefonie Software

Wie in der Tabelle ersichtlich ist, sind für die Zentrale der Server und 35 Clients und für die Niederlassungen insgesamt 15 Clients vorgesehen. Somit würde die aktuelle Anzahl der sich im Unternehmen befindlichen Arbeitsstationen ( 47 – siehe 3.3.1. Netzwerkstatistik ) mittels dieses Angebotes ausgestattet werden können. Zudem sind drei zusätzliche Client-Lizenzen vorgesehen, denn es werden im Laufe dieses Jahres zwei weitere Mitarbeiter in das Unternehmen integriert und eine Lizenz wird als Reserve für eventuelle Arbeitsplatzerweiterungen in der Zentrale oder den Niederlassungen bereitgestellt.

Neben der Telefonie-Software werden auch Hardwarekomponenten für das Telefonie System benötigt, wie z.B. ein Telefonie-Server mit speziellem ISDN-Controller, Head-Sets und bei Desktop-Arbeitsplätzen für die IP-Telefonie geeignete Soundkarten. Für diese benötigten Hardware-Komponenten wird in der Tabelle 5-4 ein genauer Überblick über deren Anschaffungskosten dargestellt.

Hardware Komponenten

Hardware Komponenten

Somit beträgt der Gesamtbetrag des Anschaffungsvolumens, welches aus der Hello World Software und den einzelnen Hardware Komponenten besteht, 21208,35 € ( 17250,00 € + 3958, 35 € ), wobei sich dieser Betrag durch Einsparungen von festen Miet- und variablen Telefonkostenosten nach gewisser Zeit relativiert ( siehe 5.4 „Kosten / Nutzen – Analyse“ ).

Telefonkosten

Bei dieser Betrachtung liegt das Hauptaugenmerk auf der Kommunikation ( Telefonie ) der Zentrale mit deren Niederlassungen und der Niederlassungen untereinander. Der Betrachtungszeitraum für die Arbeit erstreckt sich vom 01.01.2003 bis zum 31.12.

Hierbei handelt es sich um variable Kosten ( jährlich verschieden ), die bei der Verwirklichung der IP-Telefonie im gesamten Unternehmensbereich von DWP eingespart werden könnten, da die Zentrale und die Niederlassungen untereinander mittels Internet-Telefonie kommunizieren.

Kosten / Nutzen – Analyse

Wenn man die eben angesprochenen Punkte der laufenden Betriebskosten und die Anschaffungskosten gegenüberstellt wird ersichtlich, dass diese Anschaffungskosten und die damit verbundene Umstellung der traditionellen Telefonie auf IP-Telefonie sich innerhalb von zwei Jahren relativiert haben ( siehe Tabelle 5-6 ).

Kostenvergleich

Kostenvergleich

Die Tabelle 5-6 illustriert die Gegenüberstellung der jährlichen Kostenaufwendungen ( Grundlage Jahr 2003 ), welche für den Betrieb der Telefonie erforderlich sind. Bei den Punkten der Techniker- und der unternehmensinternen Telefonkosten handelt es sich um variable Kosten, wobei der Vergleich dieser ergab, dass sich der Wert in den vorangegangenen Jahren ( 2000, 2001, 2002, 2003 ) jeweils nur geringfügig verändert hat. Somit werden die ermittelten Werte aus dem Jahr 2003 als Grundlage für weitere Berechnungen veranschlagt. Die folgende Tabelle ( 5-7 ) stellt die Kostenbetrachtung der beiden Varianten der Telefonie nach dem Anschaffungszeitpunkt dar.

Kostenzeitraum

Kostenzeitraum

Wie die Tabelle 5-7 veranschaulicht, relativieren sich die Kosten der Umstellung der traditionellen zu der aufgezeigten VoIP-Telefonie Lösung am Beispiel des Unternehmens Mustermann schon im ersten Monat des 2. Folgejahres nach deren Anschaffung.

Jedoch spricht nicht nur die schnelle Investitionskostenrelativierung für die Einführung einer software-basierenden IP-Telefonie Lösung, denn mit dieser können zudem effektivere Arbeitsweisen ermöglicht werden. So ist eine bessere und effizientere Kundenbetreuung möglich, da mittels dieser software-basierenden Lösung digitale Kundenakten erstellt werden können, welche bei deren Anrufen automatisch angezeigt werden und während des Kundengespräches erweitert werden können. Des Weiteren können einzelne Kunden mittels der Software direkt an bestimmte Mitarbeiter ( z.B. Mitarbeiter der letzten Betreuung oder bestimmter Abteilung ) geleitet werden, um so dem Kunden Weiterleitungen und Warteschlangen zu ersparen und eine schnelle Verarbeitung des Anrufes zu gewährleisten. Zudem ist innerhalb der Unternehmensstruktur mittels der Softwarelösung Videokonferenzen und Nachrichtenaustausch möglich.

Ein weiterer Einsatzgrund liegt darin, dass im Ernstfall eines Telefonieausfalls kein Techniker, welcher an Kosten und Anfahrtszeit gebunden ist, benötigt wird. Dieser Ausfall wird vom unternehmensinternen Administrator übernommen, welcher meistens in kürzester Zeit verfügbar ist.

Zukunftsaussichten der IP-Telefonie

Dieser Punkt soll die Zukunftsaussichten von VoIP-Lösungen aufzeigen, wobei der Durchbruch dieser Technologie laut der Fachwelt schon in den vorangegangen Jahren erfolgt hätte sollen. Der Boom, welcher von Analysten für die Jahre 2000 bis 2002 prognostiziert wurde, ist ausgeblieben. Die Zuwachsraten der VoIP-Technologie sind die letzten Jahre zwar stetig gestiegen, nur konnte sie nicht annähernd die angestrebten Werte erreichen. So sind Meldungen wie z.B., dass die ÖKK Kranken und Unfallkasse ( Österreich ) ihre komplette Kommunikation auf VoIP umstellen will, Balsam für die Seelen der gebeutelten Protagonisten der modernen Telefonie via Internet Protokoll ( VoIP ). Diese sehen in der VoIP-Technologie längst das Potential der konventionellen ( traditionellen ) Telefonie den Rang abzulaufen. Rolf Joehr ( DeltaNet AG ) erklärt dies durch Berührungsängste der Kunden mit der doch recht jungen Technologie. Viele der potentiellen Kunden tun sich schwer mit einem innovativen und zukunftsorientierten Schritt hin zur IP-Telefonie.

Das Verharren auf bekannten und etablierten, aber eben auch alten und vergleichsweise starren Technologien verleiht ein Gefühl der scheinbaren Sicherheit und räumt die Notwendigkeit aus dem Weg, sich mit neuen Technologien auseinander zu setzen.“ Dies ist einer der bedeutendsten Gründe für diese Zurückhaltung bei dem Einsatz der IP-Telefonie. Jedoch haben sich diese Vorzeichen im Laufe des letzten Jahres gewandelt, denn immer mehr Großunternehmen setzten aus wirtschaftlichen Gründen auf die VoIP-Technologie und der Einsatz von so genannten Call Centern nahm stetig zu. Dieser Trend ist zugleich bei den großen TK-Anlagen-Herstellern aufzufinden, denn diese haben ihre Orientierung Richtung VoIP-Technologie ausgelegt. Auch wenn viele Anbieter noch traditionelle Systeme im Angebot haben, so promoten diese jedoch ganz klar auf VoIP-Lösungen. Zudem sind die früheren Argumente der absolut mangelhaften Sicherheit in der Zwischenzeit ( im Laufe der letzten beiden Jahre ) weitgehend ausgeräumt. Moderne, auf Redundanz und Sicherheit bedachte Architekturen weisen gegenüber TK-Anlagen keine Nachteile mehr auf, im Gegenteil sie überzeugen durch zusätzliche Sicherheits-Features, etwa durch die Verschlüsselung der einzelnen Sprach- bzw. Datenpakete und sind folglich durch Angreifer nicht so einfach abhörbar wie es bei der traditionellen Telefonie der Fall sein kann.

Trotz der schlechten Marktlage im Bereich der Telekommunikation geht das Marktforschungsinstitut IDC ( www.idc.com ) in einer im Januar 2004 veröffentlichen Studie davon aus, dass die VoIP-Technologie und deren Markt in den kommenden Jahren ein ansehnliches Wachstum aufweisen wird. Die prognostizierte Wachstumsrate von durchschnittlich 45% pro Jahr soll im Jahr 2007 zu einem weltweiten Umsatzvolumen von über 15 Mrd. Dollar führen.

Somit werden VoIP-Lösungen mit deren Hauptkriterien ( hohe Verfügbarkeit, zentrales Management, dezentrale Verteilung und Skalierbarkeit ) einen weiteren und stetig steigenden Vormarsch in die Kommunikationswelt der Groß- und mittelständischen Unternehmen finden, wie ein weiteres Beispiel zeigt. So plant z.B. die Deutsche Telekom AG eine Umstellung ihrer Festnetzstruktur auf die Internet-Technologie, welches bis zum Jahr 2012 vollkommen realisiert werden soll, um somit eine IP-Fähigkeit des gesamten Netzes zu gewährleisten. Zudem wird durch immer weiter verbesserte Netz- und Dienstleistungsqualität ( Sprachqualität, Sicherheit… ) und komfortablerer Endgeräte ( IP-Telefon, Soft-Phone ) der Einsatz dieser Technik immer lukrativer.

Zudem wird die VoIP-Technologie für den Privatgebrauch ( Privathaushalt ) immer lohnender, denn die Voraussetzungen und die Bereitschaft für die Realisierung in den Privathaushalten hat stetig zugenommen. Für den Einsatz wird lediglich ein PC, Head-Set und ein Internetzugang benötigt, was in den meisten Haushalten der Fall ist. Bei den Privatkunden ist der Hauptgrund der Nutzung dieser Technologie die Kostenersparnis, da in diesem Fall die Telefonie an sich zwischen zwei Telefonie-Clients kostenlos ist ( nur Kosten für Internetgebühren ) und die Telefonie ins Festnetz weitaus kostengünstiger als über z-B. die Telekom AG ( z.B. Preise bei Freenet = 1,00 Cent/min à weitere Anbieter = SIP-Gate, QSC, MBCC ). Hierbei ist zunehmend ein Preiskampf mit den Telefonanbietern ausgebrochen.

Der Einsatz und die Verbreitung dieser Technologie werden zukunftsweisend stetig zunehmen. Durch diese Funktionalitäten und Vorteile hat VoIP eine große Chance der traditionellen Telefonie den Rang abzulaufen. Wann und in welchen Ausmaß die Einführung dieser Technologie angestrebt wird, liegt bei den jeweiligen Nutzern ( Privat, Unternehmen ) selbst.

Schlussfolgerung und Fazit

Der Einsatz von VoIP-Lösungen steckt immer noch in den Kinderschuhen und viele potentielle Kunden ( vor allem Unternehmen ) haben Berührungsängste mit dieser Technologie. Diese verharren lieber bei bekannten und etablierten Technologien ( traditionelle Telefonie ) und schützen sich mit der scheinbaren Sicherheit des Altbewehrten vor der Notwendigkeit der neuen Technologie. VoIP ist jedoch eine zukunftsweisende Technologie, welche durch die ständigen Verbesserungen und Neuentwicklungen einen sehr hohen Standard in den Punkten Sicherheit und Qualität erreicht hat. So ist auch der wirtschaftliche Aspekt, welcher bei Unternehmen einen sehr hohen Stellenwert besitz, zu beachten, da VoIP-Lösungen im Vergleich zu traditioneller Telefonie im laufenden Betrieb eine Kostenreduzierung herbeiführen können. Zudem werden fast alle Funktionalitäten einer TK-Anlage bereitgestellt und um neue arbeitserleichternde Funktionen erweitert. Durch diese Vorteile besitzt VoIP durchaus die Chance der traditionellen Telefonie den Rang abzulaufen. Ob es sich dabei wie prognostiziert ( siehe 6. „Zukunftsaussichten der IP-Telefonie“ ) um einen regelrechten Boom in den kommenden Jahren handelt kann nur die Zukunft zeigen.

Das Praxisbeispiel des Unternehmens Mustermann hat aufgezeigt, dass die Einführung der IP-Telefonie eine Vielzahl von Vorteilen mit sich bringt. So entsteht eine gemeinsame unternehmensinterne Telefonie-Struktur, welche zentral verwaltet und gesteuert werden kann. Mit der Einsparung der unternehmensinternen Telefonkosten ( durch Anbindung der Niederlassungen an Zentrale mittels Internet ) und der Mietkosten ( TK-Anlage Hicom 150 E Office ) werden die Anschaffungs-kosten innerhalb 2 Jahre relativiert. Neben dem wirtschaftlichen Aspekt sind die technischen Möglichkeiten ( Funktionen ) wie z.B. Video-Telefonie, Datenbank-anbindung ( Geschäftsdatenbanken ) ein Vorteil für eine effektiver und somit wiederum wirtschaftlichere Arbeitsweise. Somit ist eine Realisierung der VoIP-Lösung in dem Unternehmen Mustermann durchaus zu befürworten.


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