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VoIP

Voice-over-IP: Telefonieren über das Internet

Der Begriff Voice-over-IP (kurz VoIP) bezeichnet eine Technologie, mit
der Telefongespräche über das Internet geführt werden können. Die einfachste Version einer VoIP-Verbindung besteht zwischen zwei VoIP-Teilnehmern, die beide ans Internet angeschlossen sind und über das Internet direkt miteinander kommunizieren. Die Abbildung zeigt auf der linken Seite einen PC mit VoIP-Software und direktem Internetanschluss. Der Teilnehmer auf der rechten Seiten verwendet ein VoIP-Telefon, das über einen Router mit dem Internet verbunden ist.

Abbildung 1: Einfache VoIP-Verbindung.


Die Idee, Telefonate über das Internet zu führen,existiert schon seit einigen Jahren. Für eine breite Nutzung von VoIP fehlte es jedoch bisher an günstigen und leistungsfähigen Internetverbindungen, komfortablen Endgeräten sowie an einheitlichen Kommunikationstandards.

Inzwischen sind Internet-Flatrates weit verbreitet. Flatrates ermöglichen beliebige Internetnutzung zu einem festen Preis. Einem Flatrate-Anwender entstehen keine zusätzlichen Kosten, unabhängig von der Verbindungsdauer und der übertragenen Datenmenge. Eine Flatrate ermöglicht also beliebig viele und beliebig lange VoIP-Telefonate, ohne dass zusätzliche Internetkosten entstehen. Ein Flatrate-Anwender ist außerdem jederzeit online. Er kann per VoIP also auch jederzeit angerufen werden. Eine gute Alternative zur Flatrate ist auch der Volumentarif. Ein zeitabhängiger Tarif ist hingegen sehr ungünstig, da ein VoIP-Benutzer eine ständige Verbindung zum Internet benötigt, um telefonisch jederzeit erreichbar zu sein.

Die wichtigste Eigenschaft des Internets: Es ist grenzenlos und weltweit verfügbar. Distanzen spielen für die Kosten keine Rolle: Eine Internetverbindung bis ans andere Ende der Welt kostet nicht mehr als eine Verbindung ins Nachbarhaus (mit Flatrate sind beide Verbindungen sogar kostenlos). Das enorme Sparpotenzial von VoIP wird deutlich, wenn man einen Blick auf die Kosten für herkömmliche Auslandstelefonate wirft.

Verbindung zum herkömmlichen Telefonnetz
Die Nutzung von VoIP nimmt rasant zu. Dennoch wird es auf absehbare Zeit noch sehr viele Menschen geben, die kein VoIP nutzen, sondern weiterhin nur einen herkömmlichen Telefonanschluss (analoge Telefonanschluss, ISDN, oder Mobilfunktelefon) besitzen. Für VoIP-Nutzer ist es daher besonders wichtig, dass sie nicht nur andere VoIP-Nutzer sondern auch herkömmliche Telefone erreichen können.

Für diese Verbindung zwischen VoIP und dem herkömmlichen Telefonnetz sorgen VoIP-Gateway-Dienste. Der VoIP-Benutzer meldet sich bei einem solchen Dienst an und erhält eine neue persönliche Telefonnummer, unter der er von allen Telefonen weltweit aus erreichbar ist. Eingehende Anrufe leitet der Gateway-Dienst automatisch und meist kostenlos auf das VoIP-Telefon des Benutzers weiter. übrigens ist der Benutzer unter seiner Nummer jederzeit und weltweit erreichbar, unabhängig davon, ob er sich zu Hause, im Büro oder auf Reise befindet. Einzige Voraussetzung: Er verfügt über eine Verbindung ins Internet.



Abbildung 2: VoIP-Verbindung ins herkömmliche Telefonnetz über einen Gateway-Service.


Umgekehrt kann ein VoIP-Benutzer über seinen Gateway-Dienst herkömmliche Telefonnummern anwählen. In diesem Fall baut der Benutzer zunächst eine VoIP-Verbindung über das Internet bis zum Gateway-Dienst auf. Der Gateway-Dienst führt diese VoIP-Verbindung über das Internet weiter bis möglichst nah an das Ziel heran. Am Endpunkt der VoIP-Verbindung baut ein spezieller Gateway-Rechner dann eine herkömmliche Telefonverbindung zur Zielnummer auf, über die er das VoIP-Gespräch weiterleitet.

VoIP-Anrufe ins herkömmliche Telefonnetz sind in aller Regel kostenpflichtig. Die Preise der Gateway-Dienste für solche Anrufe können aber günstig ausfallen, da die Gateway-Dienste für einen Teil der Distanz günstige Internetverbindungen nutzen. Gut ausgebaute Gateway-Dienste führen die Internetverbindung sogar so nah an das Ziel heran, dass der übergang ins Telefonnetz zum Orts- oder Nahtarif erfolgt.

Telefonanschluss reist mit
Eine besondere Eigenschaft eines VoIP-Telefonanschlusses ist, dass die zugeteilte Nummer immer automatisch dorthin umgelenkt wird, wo sich das VoIP-Telefon befindet: Wenn Sie beispielsweise das Telefon bei sich zu Hause ans Internet anschließen, so sind Sie dort über Ihre Nummer erreichbar. Tagsüber nehmen Sie das Telefon mit ins Büro und schließen es an das dortige lokale Netzwerk mit Internetverbindung an. Sie bleiben unter derselben Nummer erreichbar und können Anrufe tätigen. Auch wenn Sie im Ausland auf Geschäftsreise sind und z. B. am Flughafen einen freien Zugang zum Internet finden, bleiben Sie kostenlos unter Ihrer persönlichen Nummer erreichbar. Für ausgehende Telefonate gelten die gleichen günstigen Konditionen, als würden Sie von zu Hause aus anrufen (lediglich die Kosten für die Internetverbindung können dazukommen).


Abbildung 3: Mit Wireless-VoIP und Internetzugang sind Sie überall erreichbar.


Die wichtigsten Vorteile von VoIP im überblick
VoIP bietet gegenüber herkömmlichen Telefondiensten eine ganze Reihe wichtiger Vorteile:
• Kostenlose Telefonate innerhalb des Internets (bei Flatrate-Nutzung)
• Günstigere Gespräche ins Telefonnetz durch Nutzung des Internets für weite Strecken
• Weltweit kostenlos erreichbar (Internetverbindung vorausgesetzt)
• Mögliche Ersparnis der Grundgebühr für einen herkömmlichen Telefon- oder ISDN-Anschluss
• Nur noch ein gemeinsames Netzwerk für Daten und Telefon
• Die Anzahl gleichzeitiger Telefongespräche ist nur durch die Bandbreite der Internetverbindung begrenzt
• Einfache Integration des Telefons mit PC, LAN und Internet ermöglicht in Unternehmen neue Anwendungen

Anwendungsgebiete für VoIP
Die Vorteile von VoIP kommen heute überwiegend in den drei folgenden Gebieten zum Einsatz:
• Kostenlos im Internet telefonieren: Mit der eigenen VoIP-Installation nutzen Sie sofort das Internet für kostenlose Internetanrufe.
• Firmenstandorte über das Internet verbinden: Mit entsprechenden VoIP-Telefonanlagen können Sie entfernte Standorte zu einer virtuell einheitlichen Telefonanlage zusammenschalten. Alle Telefonate zwischen den Standorten werden automatisch über das Internet geschaltet. Die Kostenvorteile sind erheblich.

Unterwegs günstig erreichbar sein und telefonieren:
Mit einem mobilen VoIP-Telefon (Wireless-VoIP) sind Sie weltweit unter derselben Telefonnummer erreichbar. Ausgehende Telefonate sind genauso günstig, als würden Sie von zu Hause aus telefonieren.

Was benötigen Sie für die Nutzung von VoIP?
Grundsätzlich benötigen Sie für eine VoIP-Installation vier Bestandteile:
1. VoIP-fähiges Telefon
2. Router
3. Internetzugang (möglichst Breitband, z. B. DSL)
4. Account bei einem Gateway-Dienst

VoIP-Geräte
Auf Wunsch können Sie Ihren modernen PC zum VoIP-Telefon nachrüsten, indem Sie ihn mit Kopfhörer, Mikrofon und VoIP-Software ausstatten. Einfacher zu installieren ist ein spezielles VoIP-Gerät, z. B. ein VoIP-Telefon wie das ZyXEL Prestige 2000W. Für den Anschluss von herkömmlichen Telefonen bietet sich alternativ auch eine VoIP-Telefonanlage an.

Die einzelnen Gateway-Dienstanbietern setzen für die Kommunikation zwischen VoIP-Gerät und Gateway-Dienst teilweise unterschiedliche Protokolle ein. Achten Sie daher darauf, dass Ihre VoIP-Geräte mit Ihrem Gateway-Dienst funktionieren (näheres dazu im Abschnitt "Die Gateway-Dienste").

Die Zahl der VoIP-Geräte nimmt stetig zu. Es zeichnen sich vier Gerätegruppen ab, deren Einsatz ein breites Spektrum unterschiedlicher Ansprüche und Anwendungen abdeckt.

VoIP-Software-Lösungen für PC
Die meisten modernen PCs lassen sich mit VoIP-Software, Kopfhörer und Mikrofon (Headset) zu VoIP-Geräten aufrüsten. Diese Lösungen sind normalerweise kostengünstig. Im Vergleich zu echten VoIP-Telefonen sind Installation und Bedienung von Software-Lösungen aufwändiger, weniger komfortabel und anfälliger für Fehler. Für professionelle Telefonanwendungen (Call-Center etc.) existieren VoIP-Lösungen auf Software-Basis, die eine enge Verzahnung mit speziellen Anwendungen auf dem PC erlauben.

Solche professionellen VoIP-Lösungen ermöglichen ein hocheffizientes Arbeiten, sind aber auch entsprechend teuer.

Kabelgebundene VoIP-Telefone
Ein kabelgebundenes VoIP-Telefon unterscheidet sich auf den ersten Blick nicht von einem herkömmlichen Telefon. Auch die Bedienung gestaltet sich ähnlich. Herkömmliche (analoge) Telefone und Faxgeräte lassen sich mit VoIP-Adaptern umrüsten.

Wireless-VoIP-Telefone
Den Geräten für Wireless-VoIP kommt eine besondere Bedeutung zu. Sie sind leicht tragbar (vergleichbar einem schnurlosen Telefon). Außerdem benötigen Sie lediglich den Zugang zu einem Wireless-LAN, das seinerseits Zugang zum Internet hat. Ein Wireless-VoIP-Telefon eignet sich deshalb hervorragend für wechselnde Standorte. Sie können es bei der Arbeit im Büro ebenso einsetzen wie zu Hause im heimischen WLAN. Auch an öffentlichen Hotspots in Cafés, Hotels, Flughäfen, Bahnhöfen etc. kommt Ihr Wireless-VoIP-Telefon zum Einsatz (sofern der Hotspot-Zugang keinen Web-Browser erfordert). ZyXEL führt mit dem Prestige P2000W ein Wireless-VoIP-Telefon im Programm.

VoIP-Telefonanlage
VoIP-Telefonanlagen (auch VoIP-Gateways genannt) bieten Anschluss für mehrere herkömmliche Telefongeräte. Nach außen hin kommunizieren solche Telefonanlagen per VoIP.
Intern können Sie mehrere herkömmliche (meist analoge) Telefone oder Faxgeräte anschließen. Ein eingebauter Router sorgt üblicherweise für die Internetverbindung. Es existieren auch VoIP-Telefonanlagen, mit denen sich verschiedene Standorte kostengünstig über das Internet zu einem virtuellen Hausnetz verbinden lassen.

Router
Der Router sorgt für die Internetverbindung. Achten Sie bei der Auswahl des Routers darauf, dass er VoIP-fähig ist. VoIP-Telefonanlagen und Wireless-Basis-Stationen verfügen häufig schon über einen integrierten Router.

Internetzugang
Zu empfehlen ist ein Breitbandanschluss (z. B. über DSL oder Kabel-TV). Für eine optimale Tonqualität sollte eine Bandbreite von mindestens 80 kBit/s (jeweils in Sende- und Empfangsrichtung) für jedes gleichzeitige Gespräch zur Verfügung stehen. Wegen der ständigen Erreichbarkeit sollte die Internetverbindung ununterbrochen bestehen. Aus Kostengründen ist daher ein Flatrate- oder Volumentarif zu empfehlen.

Account bei einem Gateway-Dienst
Eröffnen Sie bei einem Gateway-Dienstanbieter einen Account. Sie erhalten dann eine neue persönliche Telefonnummer. Unter dieser Telefonnummer können Sie sowohl direkt aus dem Internet als auch aus dem herkömmlichen Telefonnetz angerufen werden.

Die Gateway-Dienste verwenden zum Teil unterschiedliche Zugangsprotokolle. Als wichtigster Standard für die Kommunikation zwischen VoIP-Benutzer und Gateway-Dienst hat sich inzwischen SIP (Session Initiation Protocol) durchgesetzt. VoIP-Produkte von ZyXEL unterstützen SIP. SIP-kompatible Gateway-Dienste werden häufig auch als SIP-Dienste bezeichnet.

Eine aktuelle Liste der SIP-Dienste in Deutschland finden Sie unter: <<<>>>. Klicken Sie auf die einzelnen Anbieter, um sich auf über deren Angebote und Preise zu informieren. Auf den jeweiligen Anbieter-Webseiten finden Sie auch nähere Informationen zur Eröffnung eines SIP-Accounts.


Wireless-VoIP im Vergleich mit DECT und GSM-Mobiltelefonen
Die Geräte für Wireless-VoIP basieren auf der bewährten Wireless-LAN-Technologie (WLAN, 802.11). Der WLAN-Standard wurde in erster Linie für die schnelle übertragung von Daten entwickelt. Die beiden Funkstandards DECT und GSM sind hingegen Spezialisten für Sprachübertragung. Durch die unterschiedlichen Entwicklungsziele ergeben sich erhebliche Unterschiede in den Einsatzgebieten.
>br>GSM verfügt über eine große Reichweite und funktioniert auch bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten. Dadurch ermöglicht GSM das größte Maß an Bewegungsfreiheit. Die Sprachqualität von Wireless-VoIP (bei guter Internetverbindung vergleichbar mit ISDN) ist besser als bei GSM. Gegenüber DECT bietet Wireless-VoIP den Vorteil, dass das Handgerät ein unabhängiges Mobiltelefon ist. Ein DECT-Telefon benötigt hingegen immer seine Basis-Station, die per Kabel mit dem Telefonnetz verbunden wird. Außerdem fehlt DECT eine Authentifizierungsmöglichkeit, die für die Nutzung kostenpflichtiger Telefondienste notwendig ist. DECT eignet sich daher nicht für den Betrieb unabhängiger Mobiltelefone.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass DECT günstige kabellose Telefone für den stationären Betrieb ermöglicht. GSM bietet sich aufgrund seiner großen Bewegungsfreiheit für den Einsatz im hochmobilen Bereich an.

Wireless-VoIP ist hingegen die kostengünstigste und flexibelste Lösung für den stationären Einsatz an verschiedenen Orten.




















































































  Wireless-VoIP

DECT

GSM 

Sprachqualität

sehr gut

sehr gut

gut

Datenübertragung

max. 54 MBit/s

max. 552 kBit/s

max. 53 kBit/s

max. Sendeleistung

100 mW

250 mW

2.000 mW

Reichweite Gebäude

80 m

50 m

1.000-5.000 m

Reichweite im Freien

300 m

200 m

1.000-5.000 m

Max. Bewegungsgeschwindigkeit

70 km/h

20 km/h

250 km/h

Stationsunabhängiger Betrieb

ja

nein

ja

Authentifizierung möglich

ja

nein

ja

Gerätekosten

mittel

niedrig

mittel

Verbindungskosten im Heimnetz

niedrig

niedrig

mittel

Verbindungskosten in fremdem Netz

niedrig

nicht möglich

hoch



Technische Details, Probleme und Lösungsansätze
VoIP ist eine relativ junge Technologie. Naturgemäß tauchen daher auch bei VoIP Probleme und Einschränkungen auf. Zum einen Teil treten die Probleme in Verbindung mit anderen Technologien auf (Router/Firewall, Hotspots), zum Teil fehlen bei VoIP noch nützliche Funktionen (universelle Benutzerdatenbank ENUM). Die folgenden Abschnitte geben einen überblick über die wichtigsten Probleme und Einschränkungen von VoIP.

SIP bei Einsatz eines NAT-Routers
Aktuelle Gateway-Dienste verwenden für die Anmeldung des Benutzers das Signalisierungsprotokoll SIP. Die Sprachdaten werden davon getrennt mit dem Real-time Transport Protocol (RTP) übertragen. Diese Trennung der beteiligten Protokolle sowie der interne Aufbau der Protokolle führen zu einigen Problemen beim Einsatz von Routern mit NAT (Network Address Translation) und Firewalls.

Ein Router mit NAT-Funktion ermöglicht den Rechnern des angeschlossenen lokalen Netzwerks, sich im Internet eine einzige öffentliche IP-Adresse zu teilen. Die lokalen Rechner verfügen jeweils nur über private IP-Adressen, die aus dem Internet nicht direkt erreichbar sind. Ein NAT-Router ersetzt bei ausgehenden Daten die Absenderadresse des lokalen Rechners im IP-Header durch seine eigene öffentliche IP-Adresse. Die Antwortdaten gelangen daher an ihn. Er leitet sie dann innerhalb des lokalen Netzwerks weiter an den eigentlichen Zielrechner.

Bei VoIP-Daten befinden sich die Ausgangs- und Zieladresse jedoch nicht nur im IP-Header, sondern zusätzlich auch in den Anwendungsdaten (im sogenannten Payload). Herkömmliche Router manipulieren jedoch nur die Adressen im IP-Header. Das führt dann dazu, dass die eingehenden Daten an eine falsche (private) Adresse geschickt werden und ihr Ziel nie erreichen. Falls mehrere VoIP-Geräte an einen Router angeschlossen sind, besteht bei einem eingehenden Anruf für den Router ferner das Problem, das richtige Zielgerät auszuwählen. Dazu muss der Router in der Lage sein, auch die Inhalte im Payload lesen zu können.

Es gibt eine Reihe von Lösungsansätzen für das NAT-Problem. Die drei wichtigsten:

• Router mit VoIP-Pass-Through: Diese Router sind in der Lage, auch die VoIP-Anwendungsdaten zu lesen und zu manipulieren.

• VoIP-Endgeräte, die STUN (Simple Traversal of UDP through NAT) unterstützen: Solche VoIP-Endgeräte können selbstständig herausfinden, wie die verwendete öffentliche IP-Adresse lautet und ob sie sich hinter einem NAT-Router oder einer Firewall befinden. Dazu senden Sie eine Anfrage an einen STUN-Server im Internet, der üblicherweise von Ihrem Gateway-Service betrieben wird. Mit seinem zusätzlichen Wissen über die Netzwerkumgebung passt ein STUN-Gerät seine Ausgangsdaten dann so an, dass die Antworten wieder korrekt zu ihm zurück gelangen.
• Spezielle technische Verfahren beim SIP-Service: Ein SIP-Service kann mit geeigneten Verfahren NAT-Geräte erkennen und die Kommunikation entsprechend anpassen.

SIP bei Einsatz einer Firewall
Ein weiteres Problem resultiert aus der Tatsache, dass die von RTP verwendeten Kommunikationsports dynamisch ausgehandelt werden, sich also von Gespräch zu Gespräch ändern können. Firewalls lassen eingehende Kommunikation aber nur dann passieren, wenn sie entweder aus vom lokalen Netzwerk aus angefragt wurde oder die Ports explizit freigeschaltet sind. Ein eingehender VoIP-Anruf wird von üblichen Firewalls hingegen abgeblockt.

Auch für das Firewall-Problem existieren mehrere Lösungsansätze:

• VoIP-fähige Firewall: Solche Firewalls (bzw. Router mit Firewall-Funktionalität) analysieren den Datenstrom und öffnen benötigte VoIP-Ports automatisch.
• Freischalten eines Portbereichs für VoIP: Wenn die Endgeräte in der Lage sind, einen festgelegten Portbereich zu verwenden, kann dieser Bereich in der Firewall freigeschaltet werden.

Wireless-VoIP und Hotspots
Bei Wireless-Hotspots handelt es sich um öffentlich zugängliche WLANs, wie sie in Cafés, Hotels, Flughäfen etc. angeboten werden. Diese Hotspots setzen für die Benutzeranmeldung häufig einen vollwertigen Web-Browser voraus. Ein vollwertiger Web-Browser ist in ein Wireless-VoIP-Telefon kaum zu integrieren. Der Zugang zu solchen Hotspots ist daher nicht möglich. Alternativ kann ein Hotspot die Authentifizierung auch über die MAC-Adress vornehmen.

Telefonate zwischen verschiedenen Gateway-Services
Die meisten Gateway-Services können bisher nur eigene Telefonnummern als VoIP-Nummern erkennen. Alle unbekannten Telefonnummern werden dem herkömmlichen Telefonnetz zugeordnet, auch wenn es sich um Nummern anderer VoIP-Dienste handelt.

Wenn Sie also eine VoIP-Telefonnummer eines fremden Gateway-Services anrufen, dann leitet Ihr Gateway-Service den Anruf zunächst ins herkömmliche Telefonnetzwerk weiter. Der Anruf kommt als gewöhnlicher Telefonanruf bei dem Gateway-Service des Zielbenutzers an, der ihn dann wieder zurück ins Internet und an das Zielgerät leitet. Ihnen entstehen für einen solchen Anruf dieselben Kosten wie bei einem Anruf ins Telefonnetz, obwohl das Gespräch komplett über das Internet hätte abgewickelt werden können.

Zur Lösung dieses Problems wird derzeit eine universelle Datenbank für VoIP-Nummern aufgebaut (ENUM). Parallel dazu schalten einige Gateway-Services schon ihre Netze zusammen.




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