Voice over IP - Die Technik

Anatol Badach

Voice over IP

Die Technik

2009

546 Seiten

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ISBN: 9783446422476

 

Inhalt

6

Vorwort

16

Der Autor

19

1 Vom einfachen Telefon bis zu Next Generation Networks

20

1.1 Vom Telefon bis zum intelligenten Netz

21

1.1.1 Erfindung des Telefons

21

1.1.2 Vom analogen Telefonnetz zum ISDN

23

1.1.3 Vom ISDN zum Intelligenten Netz

25

1.2 Ansätze für VoIP

27

1.2.1 Allgemeines über Internet-Telefonie

28

1.2.2 Erweiterung von ISDN mit einem IP-Netz

30

1.2.3 IP-Netz als Backbone für PSTN/ISDN

32

1.2.4 Kleines IP-Netzwerk als IP-TK-Anlage

34

1.3 Evolution der Mobilfunknetze

38

1.3.1 Aufbau der Mobilfunknetze nach GSM

39

1.3.2 Aufbau von GPRS

41

1.3.3 Konzept von UMTS

42

1.4 VoIP und Konvergenz der Netze

45

1.4.1 Von Singleservice-Netzen zum Multiservice-Netz

45

1.4.2 Integration von Internet mit Intelligent Network

48

1.4.3 Gateway-Plattformen und Migration zu NGNs

51

1.4.4 Konzept von Parlay/OSA

54

1.4.5 Konzept von JAIN

58

1.5 IMS als Kern von Next Generation Networks

60

1.5.1 Allgemeines Konzept von IMS

61

1.5.2 Mobilität von Benutzern in NGNs

62

1.5.3 Registrierung der Lokation eines Benutzers

64

1.5.4 VoIP-Session zwischen Benutzern

66

1.6 VoIP-Aktivitäten bei Standardisierungsgremien, Organisationen und Foren

67

1.6.1 IETF und Internet-Standards

67

1.6.2 ITU-T und Telekommunikationsstandards

70

1.6.3 ETSI und VoIP

72

1.6.4 Organisationen und Foren mit VoIP-Aktivitäten

73

1.7 Schlussbemerkungen

74

2 Signalisierung in Telefonnetzen und ISDN

76

2.1 Signalisierung in Telefonnetzen

77

2.2 ISDN-Konzept

79

2.2.1 ISDN-Schnittstellen

80

2.2.2 Protokollbereiche im ISDN

81

2.3 D-Kanal-Protokoll

82

2.3.1 Schicht 3 des D-Kanal-Protokolls

83

2.3.2 Auf- und Abbau einer ISDN-Verbindung

85

2.4 Signalisierungssystem Nr.7

87

2.4.1 Funktionsteile von SS7

89

2.4.2 Funktionelle Struktur von SS7

90

2.4.3 SS7-Verlauf beim Auf- und Abbau einer ISDN-Verbindung

92

2.5 Schlussbemerkungen

94

3 TCP/IP- und VoIP-Protokolle

96

3.1 Protokollfamilie TCP/IP

97

3.2 Prinzip der Kommunikation im Internet

99

3.2.1 Bildung von IP-Paketen

100

3.2.2 Prinzip der Kommunikation im Internet

101

3.2.3 Interpretation von IP-Adressen

102

3.2.4 Zweistufige Adressierung

103

3.3 Internet-Protokoll IP

104

3.4 Transportprotokolle in IP-Netzen

105

3.4.1 Verbindungsloses Transportprotokoll UDP

106

3.4.2 Verbindungsorientiertes Transportprotokoll TCP

109

3.5 Einsatz von DNS

114

3.5.1 Aufbau des DNS-Namensraums

115

3.5.2 Resource Records

116

3.5.3 Beispiel für eine Namensauflösung

117

3.5.4 Ermittlung des SIP-Proxy in einer anderen Domain

118

3.6 Protokolle für VoIP – eine Übersicht

121

3.7 Bedeutung des Protokolls SCTP

124

3.7.1 SCTP versus UDP und TCP

124

3.7.2 SCTP-Assoziationen

125

3.8 ENUM – Konzept und Einsatz

127

3.8.1 Bildung von ENUM-Domainnamen und NAPTR-RRs

129

3.8.2 Beispiele für den ENUM-Einsatz

131

3.9 Schlussbemerkungen

133

4 VoIP und QoS in IP-Netzen

134

4.1 QoS-Anforderungen bei VoIP

135

4.1.1 Einflussfaktoren auf die VoIP-Qualität

135

4.1.2 Ende-zu-Ende-Verzögerung

136

4.1.3 Übermittlungszeit über ein IP-Netz

140

4.1.4 Jitter-Ausgleichpuffer und Paketverluste

142

4.2 Verfahren zur Garantie von QoSAnforderungen

143

4.3 Priorisierung von MAC-Frames

144

4.4 Differentiated Services

145

4.4.1 Differenzierung der IP-Pakete

146

4.4.2 DiffServ-Domäne und -Region

147

4.5 Queue-Management

149

4.5.1 Priority Queueing

152

4.5.2 Custom Queueing

153

4.5.3 Fair Queueing

156

4.5.4 Weighted Fair Queueing

158

4.5.5 Class-based Weighted Fair Queueing

159

4.6 Einsatz von RSVP

161

4.7 Schlussbemerkungen

164

5 Sprachcodierung und Echtzeitkommunikation mit RTP/RTCP

166

5.1 Sprachcodierung bei VoIP

167

5.1.1 Abtastwert-orientierte Sprachcodierung

169

5.1.2 Prinzipien der Quantisierung

172

5.1.3 Nichtlineare Quantisierung bei PCM

173

5.1.4 Nachbildung der Spracherzeugung

176

5.1.5 Segment-orientierte Sprachcodierung

178

5.1.6 VoIP-relevante Sprachcodierungsverfahren

180

5.1.7 Sprachqualität nach MOS-Skala

182

5.2 Protokolle für Sprachübermittlung

183

5.2.1 Bedeutung einer Session

184

5.2.2 RTP/RTCP und Transportprotokolle der IP-Netze

187

5.3 Konzept und Funktionen von RTP

190

5.3.1 Aufbau von RTP-Paketen

191

5.3.2 Statische und dynamische Payload-Typen

193

5.3.3 Zeitstempel – Berechnung und Nutzung

195

5.4 Translator und Mixer

199

5.4.1 Translator-Einsatz

199

5.4.2 Mixer-Einsatz

200

5.5 Protokoll RTCP

201

5.5.1 Funktion von RTCP

202

5.5.2 Typen der RTCP-Pakete

203

5.5.3 Struktur der RTCP-Pakete

203

5.5.4 Sender-Report (SR)

204

5.5.5 Receiver Report (RR)

207

5.5.6 Einsatz von RTCP XR und VoIP-Metriken

208

5.6 Abschätzung von QoS-Parametern

210

5.6.1 Garantie der Isochronität

211

5.6.2 Abschätzung von Jitter

212

5.6.3 Abschätzung des Round-Trip Time

213

5.6.4 Aussage über die Häufung von Paketverlusten

215

5.6.5 E-Modell von der ITU-T

216

5.7 Secure Real-time Transport Protocol (SRTP)

217

5.7.1 Sicherheitsfunktionen von SRTP

218

5.7.2 Key-Management-Protokoll und SRTP

219

5.7.3 Gesicherte Kommunikation nach SRTP

221

5.7.4 Prinzip der Integritätsprüfung und Authentifizierung

223

5.7.5 SRTP- und SRTCP-Pakete

224

5.7.6 Session Keys bei SRTP

225

5.7.7 Vorbereitung eines RTP-Pakets zum Senden

227

5.7.8 Bearbeitung eines empfangenen RTP-Pakets

229

5.7.9 Schritte bei der Bearbeitung eines RTP-Pakets

230

5.8 Kompression des RTP/UDP/IP-Headers

231

5.8.1 Bedeutung von CRTP und ROHC

232

5.8.2 Konzept der Kompression des RTP/UDP/IP-Headers

233

5.8.3 Kompression und Dekompression nach CRTP

235

5.8.4 Besonderheiten von ROHC

239

5.9 Schlussbemerkungen

240

6 VoIP nach dem Standard H.323

242

6.1 Systemkomponenten nach H.323

243

6.1.1 H.323-Domains

244

6.1.2 Protokollfamilie TCP/IP und H.323

245

6.1.3 Sprach- und Videocodierung in H.323-Systemen

247

6.1.4 Arten von Kanälen bei der Multimedia-Kommunikation

248

6.2 Signalisierung nach H.323

249

6.2.1 Schritte vor der Audio/Video-Übermittlung

250

6.2.2 Schritte nach der Audio/Video-Übermittlung

251

6.2.3 Fast Connect Procedure

252

6.3 Realisierung von RAS-Funktionen

255

6.3.1 Gatekeeper-Entdeckung

256

6.3.2 Registrierung und Deregistrierung beim Gatekeeper

257

6.3.3 Zulassung von Verbindungen

258

6.3.4 Abfrage der IP-Adresse eines Endpunktes

260

6.4 Signalisierung der Anrufe nach H.225.0

261

6.4.1 Struktur von Anruf-SIG-Nachrichten beim H.225.0

262

6.4.2 Anrufsignalisierung ohne Gatekeeper

262

6.4.3 Direkte Anrufsignalisierung beim Gatekeeper-Einsatz

264

6.4.4 Über Gatekeeper geroutete Anrufsignalisierung

265

6.4.5 VoIP im Verbund mit ISDN

267

6.5 Einsatz des Protokolls H.245

268

6.5.1 Beschreibung von Terminal-Fähigkeiten

269

6.5.2 Austausch von Terminal-Fähigkeiten

271

6.5.3 Master/Slave-Festlegung

271

6.5.4 Aufbau logischer Kanäle

272

6.5.5 Abbau logischer Kanäle

273

6.5.6 Änderung von Eigenschaften einer Verbindung

274

6.5.7 Beispiel für einen Verlauf des Protokolls H.245

275

6.6 Supplementary Services nach H.450.x

276

6.6.1 H.450.1 als Basis für Supplementary Services

278

6.6.2 Beispiele für Supplementary Services

279

6.7 Roaming bei VoIP nach H.323

281

6.7.1 Arten von Roaming

281

6.7.2 Registrierung eines Gast-Teilnehmers

283

6.7.3 Ankommender Anruf zu einem Gast-Teilnehmer

286

6.7.4 Abgehender Anruf aus einer Fremd-Domain

288

6.7.5 Deregistrierung eines Gast-Teilnehmers

288

6.8 Schlussbemerkungen

289

7 VoIP mit SIP

292

7.1 Verschiedene Aspekte des SIP-Einsatzes

293

7.1.1 SIP und verschiedene Transportprotokolle

293

7.1.2 Wichtige SIP-Besonderheiten

295

7.1.3 Struktur von SIP-Adressen

297

7.1.4 Funktion eines SIP-Proxy

299

7.1.5 Trapezoid-Modell von SIP

301

7.1.6 SIP-Verlauf im Trapezoid-Modell

303

7.1.7 Unterstützung von Benutzermobilität

304

7.1.8 Erweiterter SIP-Proxy als B2BUA

306

7.1.9 Typischer SIP-Verlauf

307

7.2 Beispiele für den Einsatz von SIP

313

7.2.1 Typischer Einsatz von SIP-Proxy-Servern

314

7.2.2 Umleitung einer Session mit Redirect-Server

315

7.2.3 Weiterleitung einer Session mit Proxy-Servern

317

7.2.4 Anrufverzweigung mit SIP

318

7.2.5 Einsatz eines Voice-Mail-Servers

320

7.3 SIP-Nachrichten – ihre Bedeutung und Struktur

322

7.3.1 Request-Typen

322

7.3.2 Response-Klassen

325

7.3.3 Aufbau von SIP-Nachrichten

326

7.4 Beschreibung von Sessions mit SDP

332

7.4.1 Typischer Einsatz von SDP

333

7.4.2 Bestandteile der Beschreibung einer Session

335

7.4.3 Beschreibung auf dem Session-Level

339

7.4.4 Zeitspezifische Angaben

341

7.4.5 Beschreibung von Medien

342

7.5 Betriebsarten bei SIP

346

7.5.1 Proxy-Mode und Redirect-Mode

346

7.5.2 Einsatz von Proxy- und Redirect-Server

347

7.6 Registrierung der Lokation von Benutzern

349

7.7 Sessionbezogene Leistungsmerkmale mit SIP

351

7.7.1 Klassen der Leistungsmerkmale mit SIP

351

7.7.2 Call Hold/Retrieve – Anhalten/Wiederaufnahme

355

7.7.3 Consultation Hold – Anhalten mit Rückfrage

356

7.7.4 Call Park – Parken einer Session

357

7.7.5 Call Pickup – Übernahme einer Session

360

7.7.6 Call Forwarding – Weiterleitung einer Session

361

7.7.7 Unattended Call Transfer

362

7.7.8 Attended Call Transfer

363

7.7.9 SIP-Verlauf bei Rückruf

365

7.8 Response- und Request-Routing

367

7.9 Konvergenz der IP-Netze und ISDN

369

7.9.1 SIP und das D-Kanal-Protokoll

370

7.9.2 SIP und Signalisierungssystem Nr. 7

371

7.10 Koexistenz von SIP und H.323

372

7.11 Schlussbemerkungen

374

8 VoIP-Gateways: Konzepte undProtokolle

376

8.1 VoIP und klassische Systeme fürSprachkommunikation

377

8.2 Konzept von MGCP

379

8.2.1 Grundbegriffe bei MGCP

379

8.2.2 MGCP-Commands

381

8.2.3 MGCP-Responses

382

8.2.4 Auf- und Abbau einer VoIP-Session nach MGCP

383

8.3 Protokoll Megaco

387

8.3.1 Konzept von Megaco

388

8.3.2 Megaco-Commands

390

8.3.3 Auf- und Abbau einer VoIP-Session nach Megaco

391

8.3.4 Megaco und Integration von VoIP mit ISDN

393

8.4 Schlussbemerkungen

395

9 IP-Telefonie-Routing und VoIPPeering

396

9.1 Typische Probleme bei VoIP

397

9.1.1 Routing ankommender Anrufe aus dem ISDN/PSTN

398

9.1.2 Routing abgehender Anrufe

400

9.2 Konzept und Einsatz von TRIP

401

9.2.1 Bedeutung von TRIP

402

9.2.2 TRIP als Bruder von BGP

403

9.3 Vernetzung von VoIP-Zonen mit H.323

404

9.3.1 Routing abgehender Anrufe zwischen H.323-Zonen

404

9.3.2 Routing der Anrufe aus dem ISDN zu einer H.323-Zone

406

9.4 Vernetzung von VoIP-Zonen mit SIP

407

9.4.1 Routing der Anrufe zwischen VoIP-Zonen mit SIP

407

9.4.2 Routing der ISDN-Anrufe zu VoIP-Zonen mit SIP

408

9.5 Peering bei VoIP mit SIP

409

9.5.1 Ziele und Arten von Peering

409

9.5.2 Prinzip von Basic Peering

411

9.5.3 Integrated Peering versus Decomposed Peering

412

9.5.4 Federation-based Peering

413

9.6 Schlussbemerkungen

415

10 Migration zum VoIP-Einsatz

416

10.1 Verschiedene Aspekte der Migration zu VoIP

417

10.1.1 Sanfte Migration zu VoIP

417

10.1.2 Harte Migration zu VoIP

417

10.1.3 Typische Fälle bei der Migration zu VoIP

418

10.1.4 Architekturmodelle der VoIP-Systeme

419

10.2 Hybride VoIP-Systemarchitekturen

421

10.2.1 Hybride VoIP-Systemarchitektur am Einzelstandort

421

10.2.2 Arten der Vernetzung von TK-Anlagen

422

10.2.3 Standortübergreifende hybride VoIP-Systemarchitekturen

423

10.3 Reine VoIP-Systemarchitekturen

425

10.3.1 Reine VoIP-Systemarchitektur am Einzelstandort

427

10.3.2 Verkabelung für die Unterstützung von VoIP

429

10.3.3 Standortübergreifende reine VoIP-Systemarchitekturen

431

10.4 Auswahl einer VoIP-Systemlösung

435

10.5 Hauptschritte bei der Migration zu VoIP

436

10.5.1 Ist-Analyse bei der Migration zu VoIP

438

10.5.2 Anforderungen an VoIP-System

442

10.5.3 Komponenten des VoIP-Systemkonzeptes

444

10.6 VoIP mit SIP in Netzwerken mit NAT

445

10.6.1 Prinzipien von NAT

446

10.6.2 Probleme mit SIP beim NAT-Einsatz

448

10.6.3 Symmetric Response – Hilfe bei der Signalisierung

451

10.6.4 Symmetric RTP/RTCP – Hilfe beim Medientransport

452

10.6.5 Einsatz von STUN

453

10.6.6 Nutzung von TURN

456

10.6.7 ICE als Lösung des NAT-Problems

458

10.7 Schlussbemerkungen

462

11 VoIP-Sicherheit

464

11.1 Probleme der VoIP-Sicherheit

465

11.1.1 Primäre Ziele der VoIP-Sicherheit

465

11.1.2 Verschiedene Aspekte der VoIP-Sicherheit

467

11.1.3 Sicherheitsproblembereiche im Netzwerk

468

11.1.4 Phasen des VoIP-Sicherheitsprozesses

470

11.1.5 Vorgehensweise bei der Planung der VoIP-Sicherheit

471

11.2 Bedrohungstypen und Angriffsarten bei VoIP

473

11.2.1 Typische Angriffe in Netzwerken

473

11.2.2 Typische Angriffe bei VoIP

475

11.2.3 Lauschangriffe bei VoIP und Gegenmaßnahmen

481

11.2.4 Abfangen und Modifikation von VoIP-Anrufen

482

11.2.5 Beeinträchtigen des VoIP-Dienstes

485

11.2.6 Missbrauch des VoIP-Dienstes

485

11.3 Sicherheit bei VoIP mit SIP

487

11.3.1 Gefährdungen in VoIP-Systemen mit SIP

487

11.3.2 SIP Digest Authentication – Einsatz und Konzept

493

11.3.3 Einsatz von S/MIME bei SIP

497

11.4 Ermittlung des Schutzbedarfs bei VoIP

501

11.4.1 Beschreibung der Sicherheitsschwachstelle

502

11.4.2 Vorgehensweise bei der Analyse von Bedrohungen

503

11.4.3 Aussage über den Schutzbedarf

506

11.4.4 Risikoanalyse

506

11.4.5 Erfassung des Schutzbedarfs

508

11.5 Festlegung von Sicherheitsanforderungen

509

11.5.1 Darstellung der Sicherheitsschwachstelle

509

11.5.2 Katalog von Sicherheitsanforderungen

509

11.6 Maßnahmen zur Erhöhung der VoIP-Sicherheit

510

11.6.1 Spezifikation von Sicherheitsmaßnahmen

510

11.6.2 Typische Sicherheitsschwachstellen

512

11.7 Schlussbemerkungen

514

Literatur, Standards, Webquellen

516

Abkürzungsverzeichnis

524

Index

530

 

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