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) 128 192 256 384 512 576 1000

Gleichzeitige Verbindungen 1 2 2 4 5 6 10

Aufbau eines VoIP-Frames

Beispiel einer ADSL-Verbindung bei ausreichender Bandbreite und Senderate von 20 ms

Name Standard Inhalt

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 3551 160 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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