Die IP-Telefonie, (auch Internet-Telefonie, DSL-Telefonie oder Voice over IP, kurz VoIP), ist das Telefonieren über ein Computernetzwerk auf der Grundlage des Internetprotokolls, oft ugs. das Telefonieren über das Internet. Zur Verbindung zu herkömmlichen Telefonnetzen werden Vermittlungsrechner, sogenannte Gateways, benutzt. Zur Sprachübertragung wird die Infrastruktur eines bestehenden Netzwerks ökonomisch mit anderen Kommunikationsdiensten geteilt.

Funktionsprinzip

Das Telefonieren mit der IP-Telefonie kann sich für den Teilnehmer genauso darstellen wie in der klassischen Telefonie. Wie bei der herkömmlichen Telefonie teilt sich das Telefongespräch hierbei in zwei grundsätzliche Vorgänge auf. Diese Vorgänge sind der Verbindungsaufbau und die Gesprächsübertragung. Im Unterschied zur klassischen Telefonie werden bei VoIP aber keine "Leitungen" durchgeschaltet, sondern Sprache in kleinen Paketen, eventuell auch über verschiedene Wege, transportiert.

Verbindungsaufbau

Verbindungsaufbau durch Abfrage der Adresse beim ServerUm eine Verbindung untereinander herstellen zu können, muss den Gesprächsteilnehmern die Internet-Adresse (IP-Adresse und Port) des Partners bekannt sein.

Allerdings verwenden die meisten Benutzer heutzutage keine festen IP-Adressen, besonders Privatanwender nicht. Ihnen wird bei jedem Verbindungsaufbau mit dem Netzwerk eine neue IP-Adresse dynamisch zugewiesen. Außerdem verwenden viele Internet-Nutzer Router mit Network Address Translation (NAT), so dass mehrere Geräte sich eine IP-Adresse im Internet teilen können. Es ist also nicht ohne weiteres möglich zu wissen, unter welcher IP-Adresse und Portnummer der gewünschte Gesprächspartner zu erreichen ist.

Um dieses Problem zu lösen, wurde von der Internet Engineering Task Force (IETF) das Session Initiation Protocol (SIP) entwickelt. Es erlaubt Endgeräten (SIP-Endpunkten), wie zum Beispiel einem SIP-Telefon, sich an einem zentralen SIP-Server zeitlich befristet anzumelden, um dort die eigene momentane IP-Adresse zu hinterlassen. Diese kann von anderen SIP-Endpunkten dann erfragt werden. Die Form der Adressierung ist das Uniform Resource Identifier (URI)-Format. Die Schreibweise der Teilnehmeradressen lautet dann zum Beispiel: "sip:user@domain". Dies bietet auch die Möglichkeit, dass man in Zukunft über eine Adresse erreichbar sein wird, die dann sowohl für E-Mail als auch Telefonie verwendet werden kann. Des Weiteren ist über SIP mit dem SIMPLE-Standard auch Videotelefonie und Instant Messaging möglich.

Um eine eigene SIP-Adresse im URI-Format zu bekommen, kann man sich bei vielen freien und kostenpflichtigen Anbietern anmelden. Die meisten ermöglichen auch das Telefonieren mit Teilnehmern des herkömmlichen Telefonnetzes, da es sich hierbei um ihr Geschäftsmodell handelt. Allerdings vergeben nur einige wenige Anbieter klar ersichtliche SIP-Adressen, sondern hauptsächlich herkömmliche Rufnummern, da die wenigsten SIP-Telefone eine URI-Adresse wählen können.

Signalisierungsprotokolle

Der Auf- und Abbau von Rufen erfolgt über ein von der Sprachkommunikation getrenntes Protokoll. Auch die Aushandlung der Parameter für die Sprachübertragung erfolgt über diese Protokolle. Verbreitete Signalisierungsprotokolle sind:

• H.323 – Packet-based multimedia communications systems, ein ITU-T-Standard
• IAX – Inter-Asterisk eXchange protocol
• ISDN over IP – ISDN/CAPI basierendes Protokoll
• MGCP und MeGaCo – Media Gateway Control Protocol H.248
• MiNET – von Mitel
• SIP – Session Initiation Protocol, IETF RFC 3261
• Skinny Client Control Protocol – von Cisco (nicht zu verwechseln mit SCCP (Q.71x) der ITU-T)

Gesprächsübertragung

Prinzip eines Gespräches via IP-Telefonie bei der möglichen Nutzung eines IP-TelefonsWie bei herkömmlicher Telefonie wird die Sprache zunächst analog mit einem Mikrofon (z.B. über den Telefonhörer) erfasst. Die so aufgenommene analoge Sprache wird digital verarbeitet und anschließend codiert bzw. komprimiert um die zu übertragende Datenmenge zu reduzieren (ähnlich wie bei MP3). Der Transport der so umgewandelten Daten erfolgt dann über ein öffentliches oder privates Computernetzwerk. Bedingt durch das für die Transportsteuerung zuständige Internet Protocol (IP) werden die Daten dazu in viele kleine Pakete aufgeteilt, weshalb auch ein Gespräch nun nicht mehr eine ganze Leitung benötigt.

Digitale Verarbeitung der analogen Signale

Die analogen Signale werden durch einen Analog-digital-Umsetzer in ein digitales Format überführt und über Codecs in entsprechende Audio-Binärformate gewandelt. Je nach verwendetem Codec können die Daten dabei unterschiedlich stark komprimiert werden. Die meisten Codecs benutzen dabei ein Verfahren bei dem für das menschliche Gehör unwichtige Informationen weggelassen werden. Das verkleinert die Datenmenge und verringert so die zur Übertragung benötigte Bandbreite. Werden allerdings zu viele Informationen weggelassen, leidet auch die Sprachqualität. Die verschiedenen Codec-Verfahren beherrschen die Audiokompression unterschiedlich gut. Manche sind auch speziell dafür ausgelegt, eine niedrige Bandbreite um jeden Preis zu erreichen, andere dagegen verbessern die seit Jahrzehnten gewohnte Telefonqualität auf Radio- oder sogar CD-Niveau. Je nach Codec variiert also die erforderliche Bandbreite sowie die Sprachqualität. Damit die Daten nach dem Transport auch wieder korrekt in Sprache umgewandelt werden können, muss der Empfänger denselben Codec wie der Sender benutzen.

Dieses Verfahren der Audiokompression wird übrigens heute schon beim Mobilfunk erfolgreich eingesetzt.

Transport der Daten

Der eigentliche Transport der zuvor codierten analogen Signale erfolgt über das Real-Time Transport Protocol (RTP) gesteuert durch das Real-Time Transport Control Protocol (RTCP). RTP verwendet zur Übertragung in der Regel das User Datagram Protocol (UDP). UDP kommt zum Einsatz da es ein minimales, verbindungsloses Netzwerkprotokoll ist, das nicht auf Zuverlässigkeit ausgelegt wurde wie beispielsweise das Transmission Control Protocol (TCP). Dies bedeutet, dass nach dem Versenden keine Prüfung erfolgt ob die Daten das Ziel korrekt oder überhaupt erreicht haben. Der Vorteil von UDP ist aber seine höhere Geschwindigkeit gegenüber dem TCP. Ein gewisser Verlust an Daten auf dem Verbindungsweg wird deshalb akzeptiert, da die Geschwindigkeit ein entscheidender Funktionsfaktor bei der IP-Telefonie ist.

Endgeräte für VoIP

Es gibt drei grundsätzliche Arten von Endgeräten mit denen man die IP-Telefonie nutzen kann.

• Mit einer auf dem PC-Laufenden Software, ein sogenanntes Softphone (z.B. Skype, siehe auch).
• Mit einem direkt an das LAN anschließbarem IP-Telefon bzw. einem WLAN-Telefon für Funknetzwerke. Hier kann der PC ausgeschaltet sein und wird nur evtl. benötigt, um Konfigurationsarbeiten durchzuführen oder bestimmte Vorgänge zu erleichtern (Erfassen von Kurzwahlen, Eingabe von alphanumerischen Daten etc.).
• Mit einem herkömmlichen Telefon, das über ein Adaptergerät (sog. ATA) an das LAN angeschlossen wird. Auch in diesem Fall kann der Computer abgeschaltet sein.