Das Mysterium der VoIP Protokolle – so funktioniert die Übertragung in der Voice over IP Telefonie

Kurz erklärt: Wie funktionieren VoIP Telefonsysteme?

Die VoIP-Kommunikationstechnologie nutzt das Internet oder ein anderes Internet Protocol Netzwerk, um Sprache zu übertragen – im Gegensatz zur klassischen Telefonie, in der die Sprachdaten über das Telefon- oder Mobilnetz verschickt werden. Die Sprachdaten werden dazu in kleine digitale Pakete zerlegt, über das IP-Netzwerk übertragen und anschließend im Empfänger-Gerät wieder zusammengesetzt. Dies ermöglicht die Telefonie mit allen internetfähigen Endgeräten, wie PCs, Smartphones und Tablets, sofern ein entsprechender Client (Callcenter Softwares, MS Teams oder auch WhatsApp) installiert ist. Mehr zu diesem Thema findest Du in unserem Artikel zu Funktionen und Vorteilen von VoIP.

Welche Protokolle sind im Kontext der Internet-Telefonie wichtig?

Im Kontext der VoIP-Telefonie spielen verschiedene sogenannte “Protokolle” eine Rolle, um die Kommunikation und den Austausch von Sprachdaten zwischen den beteiligten Geräten und Netzwerkkomponenten zu ermöglichen. Das grundlegendste Protokoll ist das Netzwerkprotokoll, in diesem Fall das Internet Protocol. Dieses ist für die Adressierung und das Routing von Datenpaketen in einem Netzwerk wie dem Internet verantwortlich. Es ermöglicht ganz grundsätzlich die Übertragung von Daten zwischen verschiedenen Netzwerkgeräten.

Hinzu kommen weitere Protokolle, die eher eine Reihe von Regeln, Standards und Verfahren sind, die verwendet werden, um die Einrichtung, Steuerung, Übertragung und Beendigung von Sprachkommunikation über IP-Netzwerke zu ermöglichen. Diese Protokolle legen etwa fest, wie die Sprachdaten zwischen den beteiligten Geräten und Anwendungen ausgetauscht werden. Sie definieren dazu die Struktur der Kommunikationspakete, das Datenformat, die Verbindungsmechanismen, die Fehlerbehandlung und vieles mehr. Insgesamt stellen sie sicher, dass die Sprachdaten effizient, zuverlässig und in Echtzeit übertragen werden.

Wichtig in diesem Zusammenhang ist etwa das Session Initiation Protocol (SIP). Wie der Name verrät, ist dieses für die Signalisierung und den Verbindungsaufbau zuständig sowie für das Verschicken der Anrufer-Informationen. Auch das RTP (Real-Time Transport Protocol) und das RTCP (Real-Time Control Protocol) sind für die Übertragung und das Übertragungsfeedback während der Echtzeitkommunikation wichtig. Besonders zentral ist jedoch das IP Telefonie Protokoll UDP, das als Transportprotokoll eingesetzt wird.

Was ist das UDP Protokoll für den Datentransport?

VoIP Telefonie verwendet zum Transport der Sprachdatenpakete das sogenannte User Datagram Protocol (UDP). Es ist für die Übertragung von Datenpaketen zwischen Quelle und Ziel zuständig. Die Besonderheit am UDP Protokoll sind die Funktionsprinzipien “Fire and Forget” und “Best-Effort”. Das heißt, dass die Daten, nachdem sie über das Protokoll versendet wurden, nicht weiter verfolgt und auf Zustellung geprüft werden. Sollte also die Übertragung fehlerhaft sein, etwa weil die Bandbreite gering ist, dann sind die Sprachdaten-Pakete verloren und werden nicht nachgeliefert. 

Die wichtigsten Eigenschaften des VoIP UDP Protokolls sind demnach die “unzuverlässige” Zustellung (keine Zustellungsgarantie für die Datenpakete und keine Paketwiederholungen) sowie das Fehlen von Empfangsbestätigungen und Flow Control. Da es keine Bestätigungen und Fehlerkorrektur-Strategien gibt, ist UDP in dieser Hinsicht “unsicher”. Im technischen Sinne ist es damit für die Absender von Sprachdaten unbekannt, ob diese angekommen sind. Zudem arbeitet das Protokoll verbindungslos, was bedeutet, dass sich Sender und Empfänger beim Gesprächsaufbau nicht wechselseitig authentifizieren. 

Warum UDP und nicht TCP?

Vielleicht fragst Du dich an dieser Stelle, warum UDP als IP Telefonie Protokoll verwendet wird, wenn es die einwandfreie Übertragung der Sprachdaten nicht garantieren kann. Und schließlich gibt es auch andere im Internet verwendete Transportkontrolle wie das Transmission Control Protocol (TCP), das für eine hohe Übertragungssicherheit sorgt. Die Kurzantwort ist: Für eine Echtzeitkommunikation ist die Schnelligkeit von UDP entscheidend.

In der IP Telefonie bleibt schlichtweg keine Zeit für eine Überprüfung der Übertragung und ein Nachliefern verlorener Datenpakete. Dies würde zu hohen Einbußen in der Gesprächsqualität führen, vor allem bei geringer Bandbreite. Das TCP Protokoll, das stets nachprüft, ob der Empfänger die Daten fehlerfrei und in der richtigen Reihenfolge erhalten hat, eignet sich demnach nicht für VoIP. TCP wird für Websites verwendet, denn bei diesen ist es wichtig, dass sie auch bei niedriger Bandbreite stets vollständig laden.

UDP ist also die einzige Möglichkeit, eine Kommunikation in Echtzeit über das Internet zu übertragen. Und das heißt nicht, dass Du mit den Eigenarten des User Datagram Protocols leben musst – denn um die genannten Probleme zu minimieren, setzen VoIP-Anwendungen auf andere Mechanismen wie Codec-Optimierung, Paketpufferring und spezielle Fehlerkorrekturstrategien. Beispielsweise stellt das RTP-Protokoll, das auf UDP aufbaut und speziell für die Übertragung von Echtzeit-Audio- und Videodaten entwickelt wurde, eigene Mechanismen zur Fehlerbehandlung bereit. UDP dient nur als Trägerprotokoll für die Echtzeitübertragung von RTP-basierten Mediendaten. RTP ermöglicht eine zuverlässigere Übertragung und enthält Funktionen wie die Identifizierung der Medienquelle.

Vorteile der Telefonie über VoIP Protokolle

Du brauchst Dir also keine Gedanken zu machen, dass durch die Verwendung des UDP Protokolls die Gesprächsqualität bei Voice over IP leidet. Ganz im Gegenteil! Die “Fire-and-Forget”-Methode sorgt für eine maximale Ausnutzung der verfügbaren Bandbreite und die bestmögliche Gesprächsqualität. Wenn Du eine stabile Internetverbindung hast, genießt Du dank der Nutzung von Voice over IP Protokollen Anrufe mit optimaler Qualität.

Zusätzlich kommst Du in den Genuss der vielen speziellen Vorteile der IP-Telefonie. Darunter etwa die völlige Standortunabhängigkeit, die es Dir erlaubt, Dein Callcenter (oder private Gespräche) von überall auf der Welt aus zu führen. Oder das nahtlose Wechseln zwischen Endgeräten. Und die Ermöglichung von Videotelefonie. Auch die Verwendung von lokalen Telefonnummern ist bei Nutzung eines Callcenter-Dienstleisters wie telegra bei VoIP möglich. Zudem spart die Verwendung von Internettelefonie zumeist einiges an Kosten. Insgesamt bietet VoIP viele Vorteile gegenüber der klassischen Telefonie, sowohl im privaten als auch im professionellen Bereich.

Zusammenfassung

Die Übertragung von Kommunikationsdaten über das Internet ist ein komplexer technischer Prozess, bei dem viele verschiedene Arten von Protokollen eine Rolle spielen. Zentrales VoIP-Übertragungs-Protokoll ist das User Datagram Protocol, das dank seiner speziellen Funktionsweise eine Kommunikation in Echtzeit realisiert. Zusammen sorgen die VoIP Protokolle für die bestmögliche Gesprächsqualität und ermöglichen die einzigartigen Vorteile der Telefonie über das Internet.