IP-Telefonie (kurz für Internet-Protokoll-Telefonie sowie InternettelefonieVoice-over-IP. Duden online; 2016) oder (kurz ; aus , „Sprachübertragung über das Internetprotokoll“) genannt, ist das Telefonieren über Rechnernetze, welche nach Internetstandards aufgebaut sind. Dabei werden für Telefonie typische Informationen, mithin Sprache und Steuerinformationen, beispielsweise für den Aufbau einer Verbindung, über ein Datennetz übertragen. Bei den Gesprächsteilnehmern können Computer, auf IP-Telefonie spezialisierte Telefonendgeräte oder klassische Telefone, die über spezielle Adapter angeschlossen sind, die Verbindung herstellen.
IP-Telefonie ist eine Technik, welche es ermöglicht, den Telefondienst auf IP-Infrastruktur zu realisieren, so dass diese die herkömmliche Telefontechnik samt ISDN und allen Komponenten ersetzen kann.
Ziel des Einsatzes der IP-Telefonie bei Kommunikationsnetzbetreibern ist hierbei eine Kostenreduktion durch ein einheitlich aufgebautes und zu betreibendes Netz. Aufgrund der langen Einsatzdauer klassischer Telefoniesysteme und der notwendigen Neuinvestitionen für IP-Telefonie wird der Wechsel bei bestehenden Anbietern oft als lang andauernder, gleitender Übergang („sanfte Migration“) realisiert. Währenddessen existieren beide Techniken parallel. Daraus ergeben sich ein deutlicher Bedarf an Lösungen zur Verbindung beider Telefoniesysteme (etwa über VoIP-Gateways) und die Notwendigkeit zur gezielten Planung des Systemwechsels unter Berücksichtigung der jeweiligen Möglichkeiten für Kosten- und Leistungsoptimierung. Die Zahl von Anbietern ausschließlich mit neuer Technik (also IP-Telefonie statt herkömmlichem Telefon) nimmt zu. Ende 2016 nutzten in Deutschland rund 25,2 Millionen Menschen die Voice-over-IP-Technik.Bundesnetzagentur (PDF) S. 17; abgerufen am 23. Januar 2018.
Vermittlung von VoIP-Telefonaten – Vermittlungsdienst Die Vermittlung von Telefonaten ist in Computernetzen eine wesentliche Aufgabe. Da viele Nutzer dynamisch mit dem Internet verbunden sind, so dass sich die IP-Adresse häufig ändert, scheidet die IP-Adresse selbst als „Telefonnummer“ für die Kontaktaufnahme zu den VoIP-Telefonen aus. Ein Vermittlungsdienst in Form eines Servers übernimmt diese Aufgabe und ermöglicht die Telefonie bei sich ändernden IP-Adressen der IP-Telefone. VoIP-Telefone melden sich beim Server (zum Beispiel SIP-Server) an; daher kennt der Server die aktuelle IP-Adresse der Telefone. Mit Hilfe der IP-Adresse des Telefons, die dem Server bekannt gemacht wurde, kann er die Vermittlung übernehmen, und das angewählte IP-Telefon klingelt in Abhängigkeit von dieser IP-Adresse (also an einem beliebigen Ort in der Welt, wenn sich das IP-Telefon von dort aus beim Vermittlungsserver über das Internet registriert hat). Die Kommunikation zwischen den IP-Telefonen kann unabhängig vom Server erfolgen. Es gibt kommerzielle Dienste, die zugleich mit einem Benutzerkonto für den Vermittlungsserver ein lokales Telefon anbieten, welches zudem über das Festnetz erreichbar ist. Die IP-Telefonate sind in der Regel kostenlos. Wenn eine feste IP-Adresse besteht, ist es möglich, auf dem zugehörigen Rechner einen Vermittlungsserver zu betreiben (beispielsweise OpenSIPS), um vergleichbar mit der Verbindung von mehreren Ortsnetzen im Festnetz mehrere Vermittlungsserver miteinander zu verbinden. In kommerziellen Lösungen existieren häufig Partnernetze, die eine kostenfreie Verbindung zwischen VoIP-Partnernetzen herstellen. Die Netzauswahl ist oft eingeschränkt, da die Unternehmen mit den Verbindungen von VoIP-Telefonen in das reguläre Festnetz ihren Umsatz bestreiten müssen. Freie, selbst betriebene Open-Source-Telefonieserver können technisch gesehen unabhängig von diesen ökonomischen Grenzen im Internet ein Netz aus Vermittlungsstellen bilden. Auch wenn SIP-Telefonieserver technisch gut funktionieren, existiert eine institutionalisierte Vernetzung von solchen SIP-Vermittlungsservern zurzeit noch nicht.
Geschichte Neben den Telefonnetzen entstand auf den Leitungen der Telefonnetze allmählich eine weitere Kommunikations-Infrastruktur. Seit der Vernetzung von EDV-Systemen in den 1980er Jahren, auf die die Internetentwicklung der 1990er Jahre folgte, steigt die Übertragungsleistung kontinuierlich stark an: Wurden anfangs mit Akustikkopplern 300 Bit pro Sekunde erreicht, waren im Januar 2008 bis zu 100.000.000 Bit pro Sekunde für Endverbraucher mit DSL-Anbindung auf normalen Telefon-Hausanschlüssen oder im Kabelnetz realisierbar. Diese Infrastruktur bildet eine Grundlage für IP-basierte Datennetze, insbesondere für das Internet als öffentliches Netz.
Im Jahr 1973 wurden erste Übertragungen digitaler Sprache im Arpanet mittels Network Voice ProtocolDanny Cohen, Stephen Casner, James W. Forgie: A Network Voice Protocol NVP-II. (PDF) ISI / RR-81-90 zwischen PDP-11-Rechnern realisiert. Dem Sprachkanal wurde dazu eine Datenübertragungsrate von 3490 bit/s zur Verfügung gestellt. Nur vier Jahre später ging das beschriebene Network Voice Protocol in den Standard RFC 741 über, noch bevor 1981 das Internet Protocol (IP) in RFC 791 spezifiziert wurde. Ebenfalls 1980 wurden erste Empfehlungen der ITU-T (damals noch CCITT) für ISDN dokumentiert, welches ab 1989 kommerziell eingeführt wurde und Telefonieren mit höherer Sprachqualität ermöglicht und zusätzlich verschiedene Dienste wie zum Beispiel Rufnummernübermittlung in einem Netz integriert. Die Standarddatenübertragungsrate von ISDN wuchs von 3490 bit/s bei NVP-II auf 64 kbit/s. Im selben Jahr begann die Entwicklung des World Wide Webs, welches sich später als Grundlage für den breiten Erfolg des Internets erweisen sollte.
Mit dem GSM-Mobilfunk wurde ab 1992 in Deutschland (D-Netz) ein Dienst für die mobile Sprachübertragung mit einer Datenübertragungsrate von 13 kbit/s (260 bit Frames bei einer Framedauer von 20 ms) geschaffen. Diese 13 kbit/s beziehen sich jedoch nur auf die Übertragungsrate der Nutzdaten. Um die Übertragung der Nutzdaten gegen Übertragungsfehler, zum Beispiel durch atmosphärische Störungen, zu schützen, wird durch die Kanalkodierung dem Signal Redundanz hinzugefügt. Dies lässt den Datenframe von 260 bit auf 456 bit anwachsen, während die Framedauer jedoch wegen der Echtzeitanforderung bei Sprachverbindungen konstant bleiben muss. Somit beträgt die Bruttobitrate der Übertragung (Nutzdaten + Redundanz zur Fehlerkorrektur) 22,8 kbit/s.
Im Jahr 1994 entwickelte Michaela Merz mit der Free Software Association of Germany mtalk, eine freie Voice-Over-IP-Software für GNU/Linux sowie Unix. Die ersten Versionen von mtalk hatten nur rudimentäre Datenkompression. mtalk bildete die Basis für eine ganze Reihe von VoIP-Software, diverse Pakete werden aus geschichtlichen Gründen noch von verschiedenen Servern zum Abruf bereitgehalten.mtalk und andere frühe Linux-VOIP Pakete
Im Jahr 1995 ermöglichte ein Windowsprogramm des israelischen Unternehmens Vocaltec Communications Internettelefonie, jedoch nur im Halbduplexbetrieb, weshalb die Gesprächspartner nur abwechselnd mit schlechter Sprachqualität sprechen konnten. Verbindungen zu Computern, die nicht die gleiche Software verwendeten, waren nicht möglich. Bereits ein Jahr später ermöglichte QuickTime-Conferencing Ton- und Bildkommunikation im Vollduplexbetrieb über AppleTalk- und IP-Netze einerseits, andererseits wurde das Real-Time Transport Protocol in RFC 1889 beschrieben.
Drei Jahre später, 1998, wurde mit H.323 erstmals ein ITU-T-Rahmenstandard verabschiedet, sodass Lösungen verschiedener Hersteller miteinander kompatibel sein sollten. Das Session Initiation Protocol (SIP) in RFC 2543 wurde bereits im Folgejahr spezifiziert. Der darauf folgende Aufbau von VoIP-Lösungen brachte 2001 in Österreich den ersten Bescheid zum Betrieb eines Carrier-Sprachvermittlungsnetzes durch die Regulierungsbehörde an die IPAustria hervor. Im Sinne des heutigen VoIP folgte im Jahr 2002 zur Verbesserung von VoIP die SIP-Erweiterung in RFC 3261, sowie zur besseren Anbindung an andere Netze die Verabschiedung von ITU Q.1912.5 zur Interoperabilität zwischen SIP und ISDN User Part.
Der Standardisierung von VoIP zuwiderlaufend erschien 2003 die Software Skype, die ein eigenes, nicht offengelegtes Protokoll zur IP-Telefonie, basierend auf der Peer-to-Peer-Technik, verwendet.
Funktionsprinzip mini|hochkant=2|VoIP-Kapselung
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 dabei in drei grundsätzliche Vorgänge auf, den Verbindungsaufbau, die Gesprächsübertragung und den Verbindungsabbau. Im Unterschied zur klassischen Telefonie werden bei VoIP keine dedizierten „Leitungen“ durchgeschaltet, sondern die Sprache wird digitalisiert und in kleinen Daten-Paketen mittels des Internetprotokolls transportiert.
Signalisierungsprotokolle Der Auf- und Abbau von Verbindungen (Verbindungssteuerung, Signalisierung) erfolgt über ein Protokoll, das von der Sprachkommunikation getrennt ist. Das Aushandeln und der Austausch von Parametern für die Sprachübertragung geschehen über andere Protokolle als die der Verbindungssteuerung.
Damit in einem IP-basierten Netz eine Verbindung zu einem Gesprächspartner hergestellt werden kann, muss die aktuelle IP-Adresse des gerufenen Teilnehmers innerhalb des Netzes bekannt sein, jedoch nicht notwendigerweise auf der Seite des Anrufers. Geographisch feste Anschlüsse wie im Festnetz (PSTN) gibt es in rein IP-basierten Netzen nicht. Die Erreichbarkeit des Angerufenen wird, ähnlich wie in Mobilfunknetzen, durch eine vorangegangene Authentifizierung des Angerufenen und eine damit verbundene Bekanntmachung seiner momentanen IP-Adresse ermöglicht. Insbesondere kann dadurch ein Anschluss unabhängig vom Aufenthaltsort des Nutzers genutzt werden, was als nomadische Nutzung bezeichnet wird.
Aufgrund von Ortswechsel des Teilnehmers, Wechsel des Benutzers am selben PC oder der dynamischen Adressvergabe beim Aufbau einer Netzverbindung ist eine feste Zuordnung von Telefonnummern zu IP-Adressen nicht möglich. Die allgemein angewandte Lösung besteht darin, dass die Teilnehmer oder deren Endgeräte ihre aktuelle IP-Adresse bei einem Dienstrechner (Server) unter einem Benutzernamen hinterlegen. Der Rechner für die Verbindungssteuerung, oder manchmal das Endgerät des Anrufers selbst, kann bei diesem Server die aktuelle IP-Adresse des gewünschten Gesprächspartners über den angewählten Benutzernamen erfragen und damit die Verbindung aufbauen.
Verbreitete Signalisierungsprotokolle sind: SIP – Session Initiation Protocol, IETF RFC 3261, SIPS – Session Initiation Protocol over SSL, RFC 5630 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, gemeinsame Spezifikation von ITU-T und IETF MiNET – von Mitel Skinny Client Control Protocol – von Cisco Systems (nicht zu verwechseln mit SCCP (Q.71x) der ITU-T) Jingle – Erweiterung des XMPP-Protokolls, begründet durch Google Talk
Verbindungsaufbau mit SIP Das Session Initiation Protocol (SIP) wurde von der Internet Engineering Task Force (IETF) entwickelt. Wie H.323 ermöglicht die herstellerunabhängige Spezifikation von SIP den Einsatz von SIP-basierten Systemen in heterogenen Umfeldern, insbesondere die Kopplung von VoIP-Komponenten unterschiedlicher Hersteller. Wie bei anderen Standards ist die Interoperabilität von Komponenten durch die Einhaltung der Spezifikation (SIP-Kompatibilität) allein nicht gewährleistet, sondern im Einzelfall durch Interoperabilitätstests zu prüfen. Grundsätzlich eignet sich SIP für Einsatzszenarien über VoIP und Videotelefonie hinaus.