ITK-Steffens
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VoIP-Codecs und Bandbreite

Der verwendete Codec muss vom VoIP-Provider und vom Endgerät unterstützt werden. Die beanspruchte Bandbreite unterscheidet sich je nach verwendeten Codec. Über den Daumen gepeilt kann man sagen, dass eine Verbindung mit ISDN-Qualität bei einer Bandbreite von 90 kbps möglich ist. Bei ADSL-Anschlüssen muss man mit dem niedrigeren Upstream rechnen. Danach ergibt sich folgendes:
Upstream (in kbps) 1281922563845125761000
Gleichzeitige Verbindungen1 2 2 4 5 6 10

Aufbau eines VoIP-Frames

Beispiel einer ADSL-Verbindung bei ausreichender Bandbreite und Senderate von 20 ms
Name StandardInhalt
DIX-Ethernet RFC 894 22 Bytes
PPPoE RFC 2516 8 Bytes
IP   20 Bytes
UDP   8 Bytes
RTP RFC 3550 12 Bytes
PCMA (G.711A)RFC 3551160 Bytes
DIX-Ethernet RFC 894 4 Bytes
Gesamt: 234 Bytes

Bandbreitenberechnung

Der bei ISDN verwendete Codec G.711 A-Law benötigt bekannterweise 64 kbit Bandbreite, die von einer ISDN-Leitung zur Verfügung gestellt wird. Soll die Übertragung über ein Netzwerk oder gar ADSL stattfinden, reichen die 64 kbit/s nicht aus.

Typischerweise werden VoIP-Pakete alle 20 ms übertragen, also 50 Pakete pro Sekunde. Die 64000 Bits Nutzdaten, die pro Sekunde übertragen werden müssen, werden somit auf 50 Pakete aufgeteilt:

64000 Bits / 50 Pakete = 1280 Bits pro Paket = 160 Bytes pro Paket.
Um die Daten als VoIP-Daten zu kennzeichnen benötigt das Paket einen 12 Byte großen RTP-Header. Für den Transport über ein IP-basiertes Ethernet-Netzwerk kommen noch weitere Header hinzu. Ein UDP-Header (8 Bytes), ein IP-Header (20 Bytes) und ein Ethernet-Header (22 Bytes) mit CRC-Prüfsumme (4 Bytes).
160 Bytes + 12 Bytes + 8 Bytes + 20 Bytes + 22 Bytes + 4 Bytes = 226 Bytes
Ein VoIP-Paket ist also in einem Netzwerk 226 Bytes groß. Der Engpass befindet sich normalerweise nicht im Netzwerk, sondern im Internetzugang.
Werden die Daten über ADSL übertragen, werden die Ethernet-Frames in PPP gekapselt, was zu weiteren 8 Bytes mehr führt.
226 Bytes + 8 Bytes = 234 Bytes
Bei 50 Paketen pro Sekunde sind es also
234 Bytes pro Paket * 50 Pakete pro Sekunde * 8 Bits pro Byte = 93,6 kbit/s
Pro VoIP-Gespräch werden also 93,6 kbit in BEIDE Richtungen benötigt.

Um den Bandbreitenbedarf zu drücken kann ...

  • ... ein Codec verwendet werden, der Komprimierung unterstützt, mit Einbußen bei der Sprachqualität. Durch Komprimierung kann die benötigte Bandbreite z.B. bei Verwendung von G.723.1 bis auf 28 kbit/s gedrückt werden.
  • ... Sendeunterdrückung bei Stille aktiviert werden. Im Endeffekt erreicht man dadurch ca. das halbe Datenvolumen
  • ... die Sendehäufigkeit herabsetzen. Sendet man statt alle 20 ms nur alle 30 oder 40 ms treten Verzögerungen auf. Die verwendete Bandbreite reduziert sich beim Codec G.711 A-Law auf 83,5 bzw. 78,8 kbit/s.
Auszug aus RFC3551:
   name of                              sampling              default
   encoding  sample/frame  bits/sample      rate  ms/frame  ms/packet
   __________________________________________________________________
   DVI4      sample        4                var.                   20
   G722      sample        8              16,000                   20
   G723      frame         N/A             8,000        30         30
   G726-40   sample        5               8,000                   20
   G726-32   sample        4               8,000                   20
   G726-24   sample        3               8,000                   20
   G726-16   sample        2               8,000                   20
   G728      frame         N/A             8,000       2.5         20
   G729      frame         N/A             8,000        10         20
   G729D     frame         N/A             8,000        10         20
   G729E     frame         N/A             8,000        10         20
   GSM       frame         N/A             8,000        20         20
   GSM-EFR   frame         N/A             8,000        20         20
   L8        sample        8                var.                   20
   L16       sample        16               var.                   20
   LPC       frame         N/A             8,000        20         20
   MPA       frame         N/A              var.      var.
   PCMA      sample        8                var.                   20
   PCMU      sample        8                var.                   20
   QCELP     frame         N/A             8,000        20         20
   VDVI      sample        var.             var.                   20







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