Das Telefonieren über das Internet, das sogenannte »Voice over IP« oder kurz »VoIP«, kann alle Bestandteile des herkömmlichen Telefonierens über Festnetz oder ISDN ersetzen. Alle typischen Daten, die beim Telefonieren anfallen, also beispielsweise die Sprachinformationen und die Steuersignale für den Verbindungsauf- und -abbau werden bei VoIP über ein Datenfernübertragungsnetz statt über das herkömmliche Telefonnetz übertragen.

Für den Verbindungsteilnehmer gliedert sich ein VoIP-Gespräch wie beim klassischen Telefonieren in die drei Vorgänge Verbindungsaufbau, Gesprächsübertragung und Verbindungsabbau. Die Rufsteuerung erfolgt bei VoIP grundsätzlich über andere Protokolle als die eigentliche Sprachübertragung.

Anschlüsse sind beim Telefonieren mittels VoIP nicht mehr geografisch fixiert. Statt dessen muss zur Verbindungsherstellung nur die gegenwärtige IP-Adresse des Anzurufenden innerhalb des VoIP-Netzes bekannt sein. Dies wird erreicht, indem sich die Teilnehmergeräte vorher bei einem Dienstrechner im Netz anmelden und dort einen Benutzernamen und ihre derzeitige IP-Adresse hinterlegen. Bei einem eingehenden Anruf steht diesem Server dann die IP-Adresse des gewünschten Teilnehmers zur Verfügung, um eine VoIP-Verbindung aufzubauen. Dieses System ermöglicht eine nomadische Nutzung der VoIP-Anschlüsse, d. h. jeder Teilnehmer kann seinen Anschluss unabhängig von seinem derzeitigen Aufenthaltsort und auch dem verwendeten VoIP-Endgerät nutzen.

Für die Gesprächsübertragung nimmt das VoIP-Telefon zunächst wie ein herkömmliches Telefon die akustischen Sprachsignale über ein Mikrofon auf und wandelt sie in analoge elektrische Signale um. Diese Spannungsänderungen werden dann mit einem Analog-Digital-Wandler digitalisiert und in eine Vielzahl kleiner Audiodatenpakete umgerechnet. Je nach verwendetem Protokoll werden diese Daten zusätzlich komprimiert, um die zur VoIP-Übertragung notwendige Bandbreite zu reduzieren. Die eigentliche Übertragung der Gesprächsdaten erfolgt dann über ein öffentliches oder privates Netzwerk. Die Endgeräte schicken sich beim Telefonieren über VoIP die kodierten Sprachdaten gegenseitig direkt an ihre IP-Adressen, also nicht über den Server, der die Verbindungsherstellung übernimmt.

Um VoIP-Verbindungen zwischen einem IP-Telefon und dem herkömmlichen Festnetz herzustellen, werden Gateways eingesetzt. Diese sowohl mit dem Telefonnetz als auch mit dem Kommunikationsnetzwerk des VoIP-Nutzers verbundenen Vermittlungsrechner übernehmen die Aufgabe, bei Anfragen eines VoIP-Telefons die entsprechende Festnetznummer anzurufen und umgekehrt bei einem Anruf aus dem Telefonnetz die Anfrage an das gewünschte IP-Telefon im VoIP-Netz weiterzuleiten.

Für die Übertragungsqualität der VoIP-Telefonie sind hauptsächlich die zur Verfügung stehende Übertragungskapazität und die verwendeten Kodierverfahren verantwortlich. Die meisten dieser Verfahren verkleinern hierbei die zu übertragende Datenmenge, indem sie für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbare Informationen weglassen. In Abhängigkeit von der verwendeten Kodierung und dem Kompressionsverfahren benötigt ein reines VoIP-Telefonat maximal 100 kbit/s in beide Richtungen. Wird dieser Wert unterschritten, erhöhen sich die Signallaufzeiten oder die Paketverlustraten so weit, dass das Gespräch störend verzögert wird oder nur noch in Bruchstücken übertragen werden kann.

Prinzipiell kann man VoIP mit drei Arten von Endgeräten betreiben. So existieren beispielsweise direkt an das lokale Netzwerk oder Drahtlosnetzwerk anschließbare VoIP- bzw. WLAN-Telefone. Außer für eventuell anfallende Einrichtungs- oder Konfigurationsarbeiten benötigt man in diesem Fall keinen PC zur Nutzung der VoIP-Telefonie. Aber auch herkömmliche Festnetztelefone können mit einem entsprechenden VoIP-Adapter an das LAN angeschlossen werden; manche DSL-Router bieten heute bereits eine integrierte Anschlussmöglichkeit für Telefone. Die dritte Möglichkeit ist ein sogenanntes Softphone, eine auf einem PC installierte Software, die die VoIP-Telefonverbindung über das lokale Netzwerk herstellt und das VoIP-Telefonieren über eingebaute Mikrofone und Lautsprecher des PCs oder ein Headset ermöglicht.

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