Netzwerk und Bandbreite

Generelle Informationen

Entscheidend für die Qualität von Voice-over-IP-Telefonaten ist letztlich die Qualität der beteiligten Netzwerkkomponenten und Endgeräte. Denn diese haben massgeblich Einfluss auf Störfaktoren wie Latenz, Jitter oder Paket-Verlust. Privatanwender und Unternehmer sollten dies bei der Auswahl ihrer Netzwerkkomponenten berücksichtigen.

Mögliche Störungen die auftreten können:

Verbindungsabbruch «Gesprächsabriss»
Metallische Sprache «Roboter Stimme»
Echo «eigene Stimme hörbar»
Unterbrüche des Audios «Aussetzer, Stottern»
Kein Audio «Codec, Firewall, NAT-Traverse»
Keine Signalisierung «Transport Protokoll TCP/UDP»

Was kann ich dagegen unternehmen

Bandbreite für VoIP festlegen

Sicherstellen, dass im Netzwerk immer ausreichend Bandbreite für die Telefonie zur Verfügung steht. Hierbei helfen beispielsweise die Reservierung einer Mindestbandbreite für VoIP sowie Priorisierungsfunktionen in den Switches wie Class of Service «CoS», Port-Priorisierung, Dienste-Priorisierung und IEEE 802.1q/Q-Unterstützung. Entsprechend der Kennzeichnung der Sprachpakete greifen dann Quality-of-Service-Mechanismen «QoS» in den Switches, um im Zweifelsfall Sprachdaten Vorrang vor weniger zeitkritischen Daten wie zum Beispiel E-Mails zu geben.

VLAN für die Telefonie anlegen

Ein Virtual Local Area Network «VLAN» ist ein logisches Teilnetz innerhalb eines Switches bzw. eines gesamten physischen Netzwerks. Es kann sich über mehrere Switches hinweg ausdehnen. Ein VLAN trennt physische Netze in Teilnetze auf, indem es dafür sorgt, dass VLAN-fähige Switches Frames «Datenpakete» nicht in ein anderes VLAN weiterleiten «obwohl die Teilnetze an gemeinsamen Switches angeschlossen sein können».

Empfehlung: Es ist nicht zwingend notwendig die Telefonie über ein VLAN «physisch getrenntes Netzwerk» laufen zu lassen, kann aber durchaus für ein Troubleshooting sehr hilfreich sein.

Internet Speed der Leitung testen

Um generelle Informationen über die bestehende Internetleitung zu erhalten, empfehlen wir den Speed Test mit  https://www.geschwindigkeit.ch durchzuführen. Jeder andere geht natürlich auch, vielleicht vergleichen Sie unseren empfohlenen mit demjenigen Ihres Internetanbieters «sofern vorhanden». Wichtig dabei ist, dass es keine Paket-Verluste gibt, das würde schon generell auf eine eher schlechtere Leitung oder Probleme hindeuten.

Rückantwortzeiten (Latenzzeiten) testen

Mit einem Ping auf einen unserer Server, erhalten Sie eine Rückantwort von unserem Proxy-Server. Eine in etwa immer gleichbleibende Antwortzeit ist für die Kommunikation über Voice Over IP sehr gut. 

peoplefone Proxys

Je nachdem ob Sie ein Standardkonto oder ein peoplefone HOSTED Konto haben, müssen Sie dementsprechend den richtigen Proxy anpingen. Somit erhalten Sie eine Rückantwort unserer Infrastruktur zurück.

sips.peoplefone.ch «SIP Trunk / Standard Konto»
pbxs.peoplefone.ch «peoplefone HOSTED»

Windows

Drücken Sie auf Ihrer Tastatur die Windows- und die R-Taste
Geben Sie «CMD» ein und drücken Enter
Im Command-Fenster geben Sie «ping -t sips.peoplefone.ch» ohne Klammern ein.
Reply from 95.128.80.8: bytes=32 time=9ms TTL=54
Reply from 95.128.80.8: bytes=32 time=9ms TTL=54
Reply from 95.128.80.8: bytes=32 time=9ms TTL=54
Reply from 95.128.80.8: bytes=32 time=9ms TTL=54

Sollten sich die Zeiten voneinander deutlich unterscheiden, in der Regel ungefähr ab 23ms, dann deutet dies auf typische Unregelmässigkeiten im Netzwerk hin, resp. die Latenzzeiten sind sehr hoch und können in der Voice over IP Telefonie Probleme und Störungen verursachen. Je niedriger der Wert ist, desto schnellere Antwortzeiten bekommt man und hat somit eine bessere Performance.

Reply from 95.128.80.8: bytes=32 time=37ms TTL=54
Reply from 95.128.80.8: bytes=32 time=215ms TTL=54
Reply from 95.128.80.8: bytes=32 time=112ms TTL=54
Reply from 95.128.80.8: bytes=32 time=62ms TTL=54
Mit CTRL-C können Sie den Vorgang abbrechen oder schliessen Sie einfach das Command-Fenster.

Appel / MacOS

Wenn Sie einen MAC haben, dann können Sie unter «Applications» «Utilities» «Terminal» das Terminal starten.
Geben Sie dann «ping pbxs.peoplefone.ch» ohne Klammern ein.
Mit CTRL-C können Sie den Vorgang abbrechen oder schliessen Sie einfach das Command-Fenster.

Codec Reihenfolge prüfen

Überprüfen Sie bitte auf Ihrem Endgerät oder auf Ihrer Telefonanlage mit welchen Codecs das Audio übertragen wird, resp. welche dem System zur automatischen Aushandlung zur Verfügung stehen. Peoplefone unterstützt folgende Codecs in folgender Reihenfolge, «G711a/u, G722, G729».

Mögliche Gründe für ein ausgelastetes Netzwerk

Internet

Hier ein paar Beispiele, die bei der Voice Over IP-Telefonie durchaus zu Problemen führen könnten:

Keine gute Internetversorgung in der Region
Nicht die vom Internetprovider versprochene Performance «langsam und hohe Latenzzeiten»
Nicht die optimale Hardware
Zu kleines Internet Abonnement

Server und Dienste

Server oder Dienste, die gewisse Aufgaben im Netzwerk erfüllen, können dementsprechend auch Performance im jeweiligen Netzwerk rauben. Im Beispiel eines FTP Servers wo Files hin und her kopiert werden, wird für diese Zeit im Netzwerk Performance gebraucht. Genau das gleiche zum Beispiel bei einem WSUS «Windows Server Update Service» der nach dem Download die Updates für die Clients über die Mittagszeit ausliefert, dann könnte es unter Umständen zu Performance-Schwankungen im Netzwerk kommen. Aber auch Zugriffe auf NAS, Backup-System usw. können im Netzwerk ebenso Performance raubend sein. Da kann es auch bei einem «Glasanschluss», schon mal zu Engpässen kommen. Wenn der Schlauch zu klein wird, kommen keine Pakete mehr durch.

FTP
Webserver
WSUS
NAS
Backupsysteme
DNS
etc.

Hardware

Es muss nicht immer ein Server oder ein Dienst an einer schlechten Performance schuldig sein, auch die Clients / PCs, die ein Update downloaden, sind möglicherweise für eine verschlechterte Netzwerk-Performance schuldig. Es kann aber auch sein, dass eine Kaskadierung von Switchen, die Verkabelung oder sogar ein defekter Switch-Port die Probleme verursacht.

Kopfhörer und Mikrofon
Client Computers «Client Updates»
Kaskadierung «Switch1 → Switch2 → Switch3»
Richtstrahlantenne
Routers, Firewall, Switch
Verkabelungen Kabel «Kat5, Kat6»
etc.

Programme / Applikationen

Programme und Applikationen können ebenso im Netzwerk Performance benötigen, je länger je mehr werden die Daten, die sich im Netz bewegen, immer grösser. Hier nur einige mögliche Applikationen die Performance-Fresser sind:

Office365
Video / Audio-Streaming
Sicherheitsprüfungen von Virusprogrammen
Video und Bildbearbeitung
CAD
Schwere Dateien «grosse Dateien»
usw.

Fachbegriffe

Bandbreite

Für ein Gespräch in guter Qualität, benötigt es nicht viel Bandbreite, 150 Kilobyte permanent Up/Download genügen ausreichend. Diese muss aber für eine beinahe « Realtime Kommunikation» permanent zur Verfügung stehen. Die für die Übertragung der Sprachdaten benötigte Bandbreite ergibt sich unter anderem aus dem verwendeten Codec und dessen Bitraten, der Nutzlast pro Paket. ACHTUNG: Es ist letztlich, dass im Netzwerk immer ausreichend Bandbreite für die Telefonie zur Verfügung steht. 

Latenz

Die Verzögerung bei der Übermittlung von Datenpaketen, auch Network Packet Delay genannt, beschreibt die Zeit, die ein Datenpaket benötigt, um von seinem Startpunkt durch das Netzwerk zu seinem Ziel zu gelangen. Jede Station auf dem Weg, wie Switches, Router, Firewalls oder Jitter-Puffer sowie die Länge des Wegs selbst erhöht diesen Wert.

Sprachcodecs

Meistens werden beim Kodier Vorgang die analogen Signale nicht verlustfrei digitalisiert, sondern es wird eine Dynamikreduktion des analogen Signals sowie eine Datenkompression des digitalen Signals vorgenommen, die je nach Ausmaß und Verfahren zu Qualitätsverlusten bei der Rückwandlung des digitalen Datenstroms in die analogen Signale führt.  Nicht nur die Tonqualität kann betroffen sein, auch die Kontinuität der Wiedergabe. Damit wird eine Verringerung der für die Übertragung des digitalen Signals notwendigen Bandbreite erreicht. Bitte beachten Sie die unterstützten Codecs von peoplefone und auch in manchen Fällen die Reihenfolge, wir empfehlen immer mit dem kleinsten «Qualität» zu beginnen.

Jitter

In der Netzwerktechnik bezeichnet Jitter die Varianz der Laufzeit von Datenpaketen vom Sender zum Empfänger aus Sicht der Anwendung. Jitter von mehr als 20 Millisekunden kann bei einer angenommenen Paketnutzlast von 20 Millisekunden an Sprachdaten zu Qualitätsproblemen bei der Sprachübertragung führen.

Paketverlust

Paketverlust bedeutet, dass ein Sender Pakete auf ihren Weg schickt, die auf Grund von Netzwerkproblemen nicht beim Empfänger ankommen. In der Praxis ist es dabei schwierig, Paketverlust als Ursache eines Problems zu erkennen. Denn jeder Codec geht mit Paketverlusten anders um. Beispielsweise könnte bei identischer Verlustrate die wahrgenommene Sprachqualität eines Codecs mit Datenkompression besser sein als bei einem Codec, der die komplette Bandbreite belegt.

Paketreihenfolge

Eine falsche Reihenfolge eingehender Datenpakete wirkt sich bei Sprach- und Videoübertragungen ähnlich wie Paketverlust aus. Wenn ein Paket außerhalb der Reihe eintrifft, wird es vom Endgerät standardmäßig verworfen. Denn es ist natürlich nicht sinnvoll, Sprachdaten in falscher Reihenfolge wiederzugeben.

Transcodierung

Unter Transcodierung versteht man die Umwandlung von Sprachsignalen beim Übergang von einem TDM «Time-Division Multiplexing» - zu einem IP-Netz und umgekehrt. Müssen während eines Gesprächs die Sprachdaten mehrmals umgewandelt werden – beispielsweise da beide Teilnehmer intern über IP telefonieren, der Anruf aber über das Festnetz vermittelt wird – verringert sich bei jedem Übergang die Sprachqualität. Dies lässt sich letztlich nur durch ein möglichst intelligentes Routing von Gesprächen lösen.

Echo

Für das berüchtigte Echo gibt es bei VoIP-Gesprächen zwei Ursachen: Akustisches Echo entsteht, wenn bei einem Telefon eine Rückkopplung zwischen Lautsprecher/Hörermuschel und dem Mikrofon auftritt. Leitungsecho hingegen entsteht bei unterschiedlicher Impedanz beim Übergang zwischen einem zwei- und vier drahtigen Netz, bei der Signalkonvertierung zwischen einem TDM-Bus «Time-Division Multiplexing» und dem LAN oder bei ungleicher Impedanz zwischen einem Kopfhörer und dessen Adapter.

SIP Call Session

SIP stehr für den englischen Begriff Session Initiation Protocol und ist ein Netzprotokoll, welches häufig beim Aufbau von Telefongesprächen über VoIP (Voice over IP) zum Einsatz kommt. Es ist eines von vielen Signalisierungsprotokollen, welche den Verbindungsaufbau sowie den Abbruch eines Gesprächs (Session) zwischen zwei oder mehreren Teilnehmern ermöglichen, findet jedoch in der IP-Telefonie besonders häufigen Einsatz.

Funktionsweise

Die Aufgabe des Protokolls ist vergleichbar mit der eines Telefonisten an der Schalttafel in den frühen Tagen der Telefonie. Seine Aufgabe war es, die Verbindung eines Gespräches zweier Teilnehmer herzustellen oder zu beenden, ohne jedoch für anderen Aspekte des Gesprächs zuständig zu sein. Auch der Aufbau einer verschlüsselten Verbindung dank Session Initiation Protocol Secure, kurz SIPS genannt, ist möglich.

Die SIP-Signalisierung ist dabei nicht für die eigentliche Übertragung von Sprachdaten verantwortlich. Diese läuft vielmehr getrennt über eine Reihe anderer Protokolle wie RTP (Real-Time Transport Protocol), welches die welches die Übertragung von Audio- und Videodaten – auch verschlüsselt als SRTP – sowie SDP (Session Description Protocol), welches Informationen zu IP-Adressen und Ports enthält und die Verwendung von entsprechenden Codecs aushandelt.

Textbasiert und vergleichbar mit HTTP (Hypertext Transfer Protocol) oder SMTP ist SIP deutlich flexibler und einfacher einzusetzen wie zum Beispiel H.323. Ähnlich HTTP arbeitet auch das Session Initiation Protocol mit URIs (Universal Resource Identifiers), um User eindeutig identifizieren zu können. Diese Ähnlichkeit hilft auch bei der Integration mit anderen Internet- und lokalen Netzwerk-Anwendungen. Die meisten Endgeräte mit Internetanbindung – darunter IP-Telefone, Gateways und Smartphones – sind heute in der Lage, über SIP miteinander zu kommunizieren.

Das von der IETF (Internet Engineering Task Force) entwickelte Protokoll ist im RFC 3261 definiert. Dies ist für die VoIP-Telefonie sehr bedeutend, denn die Definition von Methoden und Funktionen dieses Standards sowie seine konsistente Weiterentwicklung erlaubt einen vielfältigen Einsatz – egal auf welchem Betriebssystem oder in welcher IT-Infrastruktur. Proprietäre Systeme dagegen weisen viel höhere Unsicherheit auf, bei der Frage ob sie stets gleich funktionieren. Insbesondere durch die Digitalisierung und Mobilisierung von Unternehmen eignet sich SIP als Standardprotokoll für die Kommunikation von unterschiedlichen Standorten über verschiedene Endgeräte und nutzt dabei erhebliche Skalen vorteile aus.

Anruf Aufbau

Das anrufende Telefon sendet einen  INVITE.
Das angerufene Telefon sendet eine Informationsantwort  100 – Trying – zurück
Wenn das angerufene Telefon klingelt, wird eine Antwort 180 – Ringing – zurück gesendet
Wenn der Anrufer das Telefon abnimmt, sendet das angerufene Telefon eine Antwort 200 – OK
Das anrufende Telefon antwortet mit ACK – Bestätigung ACK – Bestätigung
Jetzt wird das eigentliche Gespräch als Daten per RTP übertragen RTP
Wenn die anrufende Person auflegt, wird eine BYE– Anfrage an das anrufende Telefon gesendet
Das anrufende Telefon antwortet mit einem 200 – OK