Kein Mensch Spricht digital, und wie funktioniert dann VoIP?

Wie Sipgate und andere Anbieter digitale Telefonie ermöglichen.

Im Voice over Internet Protocol (VoIP) wird die Sprache
durch Abtastung, Quantisierung und Kodierung digitalisiert. Beim Empfänger wird das digitale Signal wieder in Sprache gewandelt.  Wichtig dabei ist, das Sender und Empfänger den gleichen Codec nutzen.

Für VoIP stehen unterschiedliche Codecs zur Verfügung. Die Codecs unterscheiden sich hinsichtlich Sampling (Abtastung pro Sekunde),  Quantisierung und Kodierung woraus sich unterschiedliche Bitraten ergeben.

Die Abtastmechanismen arbeiten auf der Darstellungsschicht des OSI-7 Schichten Modells. Sie stellen das zu sendende Paket dar. Je nach Endgerät wird das entsprechende Codec ausgewählt und eingesetzt.

Ein Codec mit höheren Bitraten sorg für eine bessere Sprachqualität wobei aber auch gleichzeitig die erforderliche Bandbreite steigt.

Der Codec

Die Auswahl des richtigen Codecs ist eine Kompromiss aus
Sprachqualität, Rechenleistung und Übertragungsgeschwindigkeit. Wenn Sprache mit einer geringeren Bitrate codiert wird, muss allerdings eine höhere
Rechenleitung in Anspruch genommen werden, da mehr Informationen in weniger Bits übertragen werden, wobei die Bandbreite dabei wieder geringer wird.

Bei dem Einsatz von Telefonanlagen kann die Rechenleistung durch die Hardware begrenzt sein. Moderne Telefonanlagen haben die erforderlichen Codecs und weitere Standards implementiert. Eine Telefonanlage ist auf die Übertragung von Sprache spezialisiert. Die Hard und Software ist also abgestimmt auf die jeweilige Aufgabe.

Dennoch muss für einen Sprachkanal je nach gewähltem Codec und Qualität zwischen 34 und 90 kBit/s pro Kanal und Richtung vorgehalten werden.
Der Codec beeinflusst die erforderliche Bandbreite maßgeblich mit und die eingesetzten Router bei den Internetanbietern müssen grundsätzlich alle Daten verarbeiten können.

Moderne Router arbeiten Datenpakete in der Reihenfolge ab, wie sie eintreffen.
Dies kann zur Folge haben, das Echtzeitanwendungen wie VoIP sich in die Reihe von weniger wichtigen Datenpaketen einreihen müssen. Dagegen hilft der Einsatz von QoS – Quality of Service.

Quality of Service

Quality of Service priorisiert sensible Echtzeitdaten wie Sprache und gewährt eine Vorzugsbehandlung gegenüber anderen Datenpaketen. Dadurch wird eine gute Sprachübertragung gewährleistet.

Sie Sitzungsschicht oder Session Layer sorgt für den gesteuerten Auf- und Abbau der Verbindung. Im VoIP kommt sehr häufig das Session Initiation Protocol (SIP) zum Einsatz, aber auch andere Protokolle wie H.323 oder Media Gateway Control Protocol (MGCP) wie bei Cisco sind denkbar.

Das benötigte Konto für die Bereitstellung der Rufnummern muss bei einem Provider, z.B. Sipgate erworben werden. Je nach Eingesetzter Soft und Hardware werden die Anmeldeinformationen, die Rufnummern und sonstige Daten automatisch oder händisch eingetragen.

Das eingesetzte Protokoll, z.B. SIP, stellt eine Verbindung zu dem Registrar eines VoIP Providers, z.B. Sipgate her. Der Registrar des
Providers stellt die Rufnummer zur Verfügung, mir der das Telefon, bzw. die Telefonsoftware nun erreichbar ist. Erst nach erfolgter Anmeldung können die Gesprächsdaten übertragen werden.

Die Datenübertragung erfolgt durch das Real Time Protocol (RTP), welches speziell zur kontinuierlichen Datenübertragung entwickelt wurde. In Verbindung mit Real Time Control Protocol (RTCP) kann nun auch Quality of Service (QOS) ausgehandelt und eingehalten werden.

Das Sprachpaket wird mit RTP in kurze Zeitintervalle, 20-30 ms geteilt, mit einer Sequenznummer versehen und für den Versand über weitere IP-Protokolle vorbereitet. RTCP sorgt gleichzeitig für Sender und Empfängerinformationen, welche für ein erfolgreiches Versenden, Empfangen sowie Ver- und Entschlüsselung der Daten erforderlich ist.

Der Transport

Der Eigentliche Transport erfolgt dann mit dem User Datagram Protocol (UDP), einem Verbindungslosem Protokoll, welches auf der
Transportschicht arbeitet. UDP hat keine Sicherungsmechanismen und überprüft nicht ob ein Datenpaket am Ziel angekommen oder evtl. verloren gegangen ist.

Das Finden des richtigen Zieles erfolgt über Routing-Protokolle in der Vermittlungsschicht. Der IP Header enthält alle relevanten Daten zur Zielfindung, die Quell und Zieladresse, sowie die erforderliche Information bzgl. QoS welches im RTCP eingebettet ist.

Die Sicherungs- sowie die Bitübertragungsschicht dient in diesem Fall der eigentlichen Datenübertragung auf MAC-Adress-Ebene sowie der physikalischen Ebene.


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