SIP und H.323: VoIP-Protokolle im Vergleich

SIP: Session Initiation Protocol

Das Session Initiation Protocol (SIP) ist ein Signalisierungsprotokoll der Anwendungsschicht zum Erstellen, Ändern und Beenden von Sitzungen mit einem oder mehreren Teilnehmern. Diese Sitzungen umfassen IP-Telefonie, Präsenz, Instant Messaging, virtuelle Realität, Event-Benachrichtigung und Multimedia-Konferenzen.

Architektur

SIP ist ein von der IETF entwickeltes Protokoll. Es arbeitet mit anderen IETF-Protokollen wie RTP und RTCP (für die Echtzeitübertragung von Medien), RTSP (zur Steuerung von Streaming-Media-Sitzungen) und SDP (zur Beschreibung von Multimedia-Sitzungen) zusammen.

SIP-Attribute

• Einfachheit
• Effizienz
• Skalierbarkeit
• Modularität
• Unterstützung für Mobilität
• Benutzerprogrammierbarkeit
• Erweiterbarkeit

Systemkomponenten

• User Agent (UA): Endpunktanwendungen, die SIP-Anfragen senden und empfangen.
• Proxy-Server: Anwendungen, die Anfragen von SIP-Clients empfangen und an die Ziel-User-Agents weiterleiten. Sie können aus Hunderten von Datensätzen die Adressen ermitteln, an denen sich die User-Agents befinden.

Struktur der SIP-Nachrichten

Die Struktur einer SIP-Nachricht besteht aus einer Startzeile, einem Header und einem Body. Beispiele für SIP-Nachrichten sind:

• INVITE: Startet einen VoIP-Anruf.
• ACK: Bestätigt eine SIP-Antwort.
• OPTIONS: Fragt einen Server nach seinen Fähigkeiten ab.
• BYE: Zeigt einem Client-UA an, dass er den Anruf beenden möchte.

H.323: Standard für Multimedia-Kommunikation

H.323 ist eine Empfehlung der ITU-T, die Standards für die Übertragung von Audio, Video und Daten über IP-basierte Netzwerke definiert. Sie umfasst eine Reihe von Protokollen und Anwendungen, die die Signal- und Anrufsteuerung, den Medientransport und die Mediensteuerung sowie die Bandbreitenkontrolle für Punkt-zu-Punkt- und Mehrpunktkonferenzen verwalten.

H.320- und H.324-Empfehlungen

Die H-Serie umfasst auch Empfehlungen für ISDN (H.320) und POTS (H.324).

Komponenten und Protokolle

• Signalisierung: H.225, H.245
• Mediensteuerung: H.245
• Audio-Codecs: G.711, G.722, G.723, G.728, G.729
• Video-Codecs: H.261, H.263
• Gemeinsame Datennutzung: T.120
• Medientransport: RTP/RTCP

H.323-Elemente

• Terminals: Endgeräte für die Kommunikation.
• Gateways: Schnittstellen zu anderen Netzwerken, z. B. ISDN oder PSTN.
• Gatekeeper: Bieten Zugangskontrolle und Adressübersetzungsdienste.
• MCU (Multipoint Control Unit): Ermöglicht Konferenzen mit zwei oder mehr Terminals und Gateways.

Hauptsteuerungsbereiche

• Signalisierung und Registrierung
• Zulassung und Status (RAS)
• Anrufsteuerungssignalisierung
• Medien- und Transportabwicklung

RAS-Kanal

Der RAS-Kanal (Registration, Admission and Status) ermöglicht die Steuerung vor dem Anruf in H.323-Netzwerken. Er wird zwischen Endpunkten und Gatekeepern eingerichtet, um eine Kommunikation über ein IP-Netzwerk zu ermöglichen.

H.245-Steuerungsverfahren

H.245-Nachrichten ermöglichen den Austausch von Fähigkeiten, die Einstellung des Master-Slave-Status, die Messung der Round-Trip-Verzögerung und die Steuerung logischer Kanäle.

Fast-Connect-Verfahren

Das Fast-Connect-Verfahren ermöglicht eine schnellere Verbindungsherstellung, indem die verfügbaren Medienkanäle zwischen den Endpunkten über H.245 und Fast Connect ausgetauscht werden.

H.245-Tunneling

H.245-Tunneling ist eine Methode, die die Verbindungszeit und die Ressourcenzuweisung verbessert und eine Synchronisation zwischen der Signalisierung und der Anrufsteuerung bietet.

Audio-Codecs in VoIP

Arten von Audio-Codecs

• Wellenform-Codecs: Versuchen, das Eingangssignal ohne Modellierung des Erzeugungsprozesses zu rekonstruieren.
• Quell-Codecs: Versuchen, den physischen Prozess der Klangerzeugung zu replizieren.
• Hybride Codecs: Verwenden eine Kombination aus Wellenform- und Quellcodierung, z. B. MPE, RPE, CELP.

Faktoren, die die Tonqualität beeinflussen

• Verlust von Frames oder Codec-Fehler
• Hintergrundgeräusche
• Gleichzeitige Sprecher
• Nicht-sprachliche Signale
• Mehrere Codec-Zyklen

Audio- und Signalisierungspfade

• Audiopfad: RTP, RTCP (12 Bit) > UDP (8 Bit) > IP (20 Bit) > Link > Physik
• Signalisierungspfad: H.323 > RAS (Registrierung, Zulassung, Status) > H.225 (Q.931-Setup) > H.245 (Kapazitätsaustausch, Öffnen logischer Kanäle, Öffnen von TCP-Kanälen, A/V-Kanal)

Gängige Audio-Codecs

• G.711/PCM/64 kbit/s
• G.726/ADPCM/32 kbit/s
• G.728/LD-CELP/16 kbit/s
• G.729/CS-ACELP/8 kbit/s
• G.729A/CS-ACELP/8 kbit/s
• G.723.1/MP-MLQ/6,3 kbit/s
• G.723.1/ACELP/5,3 kbit/s

Kriterien für die Auswahl von Codecs

• Bitrate
• Algorithmische Verzögerung
• Verarbeitungskomplexität
• MOS (Mean Opinion Score)
• Rückkehrsignale, die nicht zur Konversation gehören

Berechnung der Bandbreite

Sprachbytes pro Paket = (64000 x 0,020) / 8

IP-Pakete = 40 Bytes

Ethernet-Frame = 26 Bytes

LAN-Bandbreite = (Bytes pro Ethernet-Paket x 8) / 0,020

VAD (Voice Activity Detection) = LAN-Bandbreite