QoS - Quality of Service (Voice over IP)

Im Kampf um die Bandbreite stören sich die Anwendungen in den Datennetzen gegenseitig. Betrachtet man den Datenverkehr, dann stellt man fest, dass ein Großteil der Übertragungskapazität durch nicht-kritische Anwendungen belegt wird. Doch gerade Anwendungen die auf Verzögerungen in verstopften Datennetzen empfindlich reagieren, wie Voice over IP oder Terminaldienste, leiden darunter. Echtzeit-Datenverkehr benötigt geringe Verzögerungen, Jitter und Paketverluste.

Für ein Telefongespräch mit Voice over IP in guter Qualität muss eine bestimmte Bandbreite für die Dauer des Gesprächs gewährleistet sein. Man spricht vom sogenannten Fernsprechkanal. In diesem Fernsprechkanal wird die Sprache isochron (gleich lang andauernd) übertragen. Die engen Grenzen bei der Verzögerung und den Laufzeitschwankungen lassen sich mit dem Internet-Protokoll (IP) nicht realisieren.
Da Sprachübertragung von der Übertragungstechnik, in diesem Fall von den paketorientierten Protokollen, besondere Eigenschaften fordern, lassen sich Übertragungsfehler, Verzögerungen und Laufzeitunterschiede nur durch eine ausreichend große Bandbreite oder Protokollzusätze vermeiden. Man fasst diese Maßnahmen unter Quality-of-Service (QoS) zusammen.

Anforderungen von VoIP

Bei VoIP muss die Sprachqualität sichergestellt werden. Dabei ergeben sich verschiedene Bedingungen und Anforderungen.

• Für die Beurteilung der Sprachqualität ist das Transit Delay (Übertragungsverzögerung) und das Packet Loss (Paketverlust) von entscheidender Bedeutung.
• Unterbrechungen unterhalb von 50 Millisekunden sind für das menschliche Gehör kaum wahrnehmbar.
• Eine große Verzögerungen bei der Übertragung von Audio- und Videodaten kann die synchrone Wiedergabe stören.
• Das Digitalisieren und Kodieren der Sprache verbraucht Rechenzeit und trägt zur Gesamtverzögerung bei.
• Die Anzahl der Stationen und die Art des Übertragungswegs zwischen den Gesprächsteilnehmern beeinflusst die Verzögerung.

Um die Qualität der Sprachübertragung zu erfüllen und die Übertragungssysteme dahingehend zu verbessern, gibt es Maßnahmen, Funktionen und Protokolle, die unter den Begriffen "Quality of Service (QoS)" und auch "Class of Services (CoS)" zusammengefasst werden.

Quality of Service umfasst geringe Laufzeitschwankungen, geringe Paketverlustraten, Synchronität zwischen Sender und Empfänger und das über die gesamte Strecke zwischen den Teilnehmern.

• Sprachdaten müssen gegenüber den anderen Datenpaketen bevorzugt werden.
• Alle Sprachdaten müssen den selben Übertragungsweg benutzen.

Eine übliche Vorgehensweise ist, die kodierten Sprachinformationen mit RTP zu übertragen. Schon mit einfachen QoS-Maßnahmen kann man RTP-Pakete bevorrechtigt übertragen. Das bedeutet dann aber auch, dass andere Datenpakete verzögert übertragen werden.

Allgemeine Maßnahmen und Protokolle für Quality of Service

• MPLS - Multi-Protocol Label Switching
• RSVP - Resource Reservation Protocol
• IEEE 802.1q / VLAN - Virtual Local Area Network
• Priorisierung und Queuing

Funktionen zur Verbesserung der Sprach- und Übertragungsqualität

• VAD - Voice Activity Detection
• CNG - Comfort Noise Generation
• AEC - Acoustic Echo Cancellation
• DTX - Discontinuous Transmission

Fazit

Solange sich die Kommunikationspartner im gleichen Netz befinden, können über entsprechende Vereinbarungen Leitungsqualität und -verfügbarkeit zugesichert werden. Wie der Provider das dann in seinem Netz in die Praxis umsetzt, kann dem Kunden egal sein. Doch sobald die Pakete über fremde Netze laufen, wird es schwer die Vereinbarung einzuhalten, weil es keine einheitlichen Standards und Abkommen für zugesicherte Leitungsqualitäten gibt.
Und trotzdem funktioniert VoIP auch ohne MPLS, RSVP oder DiffServ recht gut. Das liegt daran, dass Datenverkehr und Bandbreite sehr billig sind. Bei den meisten Netzbetreibern und in kleinen bis mittleren lokalen Netzwerken wird QoS ganz einfach durch eine überdimensionierte Bandbreite umgesetzt.