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E-Book

Voice over IP

Die Technik

AutorAnatol Badach
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2009
Seitenanzahl546 Seiten
ISBN9783446422476
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis31,99 EUR

- Neu in der 4. Auflage: VoIP mit SIP - innovative Anwendungen, Sicherheit, Migrationsaspekte
- Lernen Sie die technischen Grundlagen von VoIP kennen und beherrschen
- Verschaffen Sie sich einen detaillierten Überblick über alle Standards und Protokolle
- Profitieren Sie von der umfassenden Praxis- und Lehrerfahrung des Autors

Voice over IP (VoIP) hat sich etabliert. Inzwischen kann man z.B. sogar mit dem iPhone VoIP nutzen. Nicht nur für Internet-Telefonie, sondern auch für Multimedia-Kommunikation gibt es inzwischen zahlreiche VoIP-Anwendungen, die sowohl Firmen als auch Privatanwender einsetzen können.

Lernen Sie mit diesem Buch die Grundlagen, Standards und Protokolle, für das Telefonieren und die Multimedia-Kommunikation über das Internet kennen. Hier finden Sie eine umfassende und mit über 350 Abbildungen illustrierte Darstellung von VoIP. Damit werden Sie die Sprachkommunikation über IP-Netze verstehen, diese zu nutzen wissen und selbst neue VoIP-Anwendungen konzipieren und entw

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Leseprobe

7 VoIP mit SIP (S. 273-274)

SIP (Session Initiation Protocol) wurde zuerst als Signalisierungsprotokoll für multimediale Kommunikation und somit auch für VoIP konzipiert, d.h. als Protokoll, nach dem Sessions – wie eine Art virtueller Verbindungen – für die Übermittlung verschiedener Echtzeitmedien (Audio/Voice, Video) aufgebaut werden können. Als SIP im März 1999 veröffentlicht wurde, hätten seine Entwickler sich nicht träumen lassen, dass es heute so einer breiten Palette verschiedener audiovisueller Anwendungen – wie z.B. Instant Messaging, Presence Services, Emergency Services – zugrunde liegen würde. Die Einsatzmöglichkeiten von SIP sind vielseitig.

Dies führt dazu, dass SIP ständig weiterentwickelt und um neue Funktionen erweitert wird. Um eine multimediale Session zwischen den kommunizierenden Rechnern vereinbaren zu können, ist ein Protokoll nötig, nach dem sich die beiden Rechner u.a. darauf verständigen, welche Medien zwischen ihnen übermittelt und wie die einzelnen Medien codiert werden sollen. Für diese Verständigung wird bei SIP zusätzlich SDP (Session Description Protocol) verwendet. Dieses Kapitel präsentiert das Konzept und den Einsatz von SIP. Nach der Darstellung von SIP-Besonderheiten in Abschnitt 7.1 zeigt Abschnitt 7.2 mehrere Beispiele für den Einsatz von SIP.

Die SIP-Nachrichten beschreibt Abschnitt 7.3. Der Spezifikation von Sessions mit SDP widmet sich Abschnitt 7.4. Auf die Betriebsarten bei SIP geht Abschnitt 7.5 ein. Die Registrierung der Lokation von Benutzern stellt Abschnitt 7.6 dar. Wichtige Leistungsmerkmale mit SIP präsentiert Abschnitt 7.7. Wie Request- und Response-Routing erfolgt, zeigt Abschnitt 7.8. Die Konvergenz der IP-Netze mit ISDN beschreibt Abschnitt 7.9 und der Koexistenz von SIP und H.323 widmet sich Abschnitt 7.10. Abschließende Bemerkungen in Abschnitt 7.11 runden dieses Kapitel ab.

Dieses Kapitel gibt Antworten u.a. auf folgende Fragen:
Welches Konzept liegt SIP zugrunde?
Wie werden VoIP-Benutzer bei SIP adressiert?
Wie setzt man SIP bei VoIP ein?
Welche Systemkomponenten sind nötig, um SIP bei VoIP vielseitig und flexibel einzusetzen?
Wie lassen sich multimediale Sessions nach SDP spezifizieren?
Wie realisiert man wichtige Leistungsmerkmale bei VoIP mit SIP?
Wie kann die Konvergenz der IP-Netze mit SIP und ISDN/PSTN erfolgen?

7.1 Verschiedene Aspekte des SIP-Einsatzes

Mit SIP ist es möglich, eine Session (Sitzung) für die Übermittlung von Echtzeitmedien – wie Audio, Video – zwischen kommunizierenden Rechnern über ein IP-Netz aufzubauen. Diese Session kann sogar mehrere logische Kanäle enthalten, über die mehrere Echtzeitmedien mit Hilfe von RTP (Real-time Transport Protocol) parallel transportiert werden (s. Abschnitt 5.2). SIP dient daher u.a. als Signalisierungsprotokoll in VoIP-Systemen. Der Funktion nach entspricht SIP weitgehend dem D-Kanal-Protokoll im ISDN. Als SIP im März 1999 in RFC 2543 veröffentlicht wurde, konnten seine Entwickler sich nicht vorstellen, dass es später einer so breiten Palette verschiedener audiovisueller Anwendungen zugrunde liegen würde. Schon Juni 2002 wurde eine erweiterte SIP-Kernspezifikation als RFC 3261 veröffentlicht und seitdem eine Unmenge von Internet-Standards, die SIP betreffen. SIP gehört heute zu den wichtigsten Internet-Protokollen.

7.1.1 SIP und verschiedene Transportprotokolle

Das SIP ist ein Anwendungsprotokoll im Schichtenmodell der IP-Netze, das der Schicht 5 zuzuordnen ist. Abbildung 7.1-1 illustriert dies und zeigt auch die Einsatzmöglichkeiten verschiedener Transportprotokolle – der Schicht-4-Protokolle also – für den Transport von SIP-Nachrichten.

Inhaltsverzeichnis
Inhalt6
Vorwort16
Der Autor19
1 Vom einfachen Telefon bis zu Next Generation Networks20
1.1 Vom Telefon bis zum intelligenten Netz21
1.1.1 Erfindung des Telefons21
1.1.2 Vom analogen Telefonnetz zum ISDN23
1.1.3 Vom ISDN zum Intelligenten Netz25
1.2 Ansätze für VoIP27
1.2.1 Allgemeines über Internet-Telefonie28
1.2.2 Erweiterung von ISDN mit einem IP-Netz30
1.2.3 IP-Netz als Backbone für PSTN/ISDN32
1.2.4 Kleines IP-Netzwerk als IP-TK-Anlage34
1.3 Evolution der Mobilfunknetze38
1.3.1 Aufbau der Mobilfunknetze nach GSM39
1.3.2 Aufbau von GPRS41
1.3.3 Konzept von UMTS42
1.4 VoIP und Konvergenz der Netze45
1.4.1 Von Singleservice-Netzen zum Multiservice-Netz45
1.4.2 Integration von Internet mit Intelligent Network48
1.4.3 Gateway-Plattformen und Migration zu NGNs51
1.4.4 Konzept von Parlay/OSA54
1.4.5 Konzept von JAIN58
1.5 IMS als Kern von Next Generation Networks60
1.5.1 Allgemeines Konzept von IMS61
1.5.2 Mobilität von Benutzern in NGNs62
1.5.3 Registrierung der Lokation eines Benutzers64
1.5.4 VoIP-Session zwischen Benutzern66
1.6 VoIP-Aktivitäten bei Standardisierungsgremien, Organisationen und Foren67
1.6.1 IETF und Internet-Standards67
1.6.2 ITU-T und Telekommunikationsstandards70
1.6.3 ETSI und VoIP72
1.6.4 Organisationen und Foren mit VoIP-Aktivitäten73
1.7 Schlussbemerkungen74
2 Signalisierung in Telefonnetzen und ISDN76
2.1 Signalisierung in Telefonnetzen77
2.2 ISDN-Konzept79
2.2.1 ISDN-Schnittstellen80
2.2.2 Protokollbereiche im ISDN81
2.3 D-Kanal-Protokoll82
2.3.1 Schicht 3 des D-Kanal-Protokolls83
2.3.2 Auf- und Abbau einer ISDN-Verbindung85
2.4 Signalisierungssystem Nr.787
2.4.1 Funktionsteile von SS789
2.4.2 Funktionelle Struktur von SS790
2.4.3 SS7-Verlauf beim Auf- und Abbau einer ISDN-Verbindung92
2.5 Schlussbemerkungen94
3 TCP/IP- und VoIP-Protokolle96
3.1 Protokollfamilie TCP/IP97
3.2 Prinzip der Kommunikation im Internet99
3.2.1 Bildung von IP-Paketen100
3.2.2 Prinzip der Kommunikation im Internet101
3.2.3 Interpretation von IP-Adressen102
3.2.4 Zweistufige Adressierung103
3.3 Internet-Protokoll IP104
3.4 Transportprotokolle in IP-Netzen105
3.4.1 Verbindungsloses Transportprotokoll UDP106
3.4.2 Verbindungsorientiertes Transportprotokoll TCP109
3.5 Einsatz von DNS114
3.5.1 Aufbau des DNS-Namensraums115
3.5.2 Resource Records116
3.5.3 Beispiel für eine Namensauflösung117
3.5.4 Ermittlung des SIP-Proxy in einer anderen Domain118
3.6 Protokolle für VoIP – eine Übersicht121
3.7 Bedeutung des Protokolls SCTP124
3.7.1 SCTP versus UDP und TCP124
3.7.2 SCTP-Assoziationen125
3.8 ENUM – Konzept und Einsatz127
3.8.1 Bildung von ENUM-Domainnamen und NAPTR-RRs129
3.8.2 Beispiele für den ENUM-Einsatz131
3.9 Schlussbemerkungen133
4 VoIP und QoS in IP-Netzen134
4.1 QoS-Anforderungen bei VoIP135
4.1.1 Einflussfaktoren auf die VoIP-Qualität135
4.1.2 Ende-zu-Ende-Verzögerung136
4.1.3 Übermittlungszeit über ein IP-Netz140
4.1.4 Jitter-Ausgleichpuffer und Paketverluste142
4.2 Verfahren zur Garantie von QoSAnforderungen143
4.3 Priorisierung von MAC-Frames144
4.4 Differentiated Services145
4.4.1 Differenzierung der IP-Pakete146
4.4.2 DiffServ-Domäne und -Region147
4.5 Queue-Management149
4.5.1 Priority Queueing152
4.5.2 Custom Queueing153
4.5.3 Fair Queueing156
4.5.4 Weighted Fair Queueing158
4.5.5 Class-based Weighted Fair Queueing159
4.6 Einsatz von RSVP161
4.7 Schlussbemerkungen164
5 Sprachcodierung und Echtzeitkommunikation mit RTP/RTCP166
5.1 Sprachcodierung bei VoIP167
5.1.1 Abtastwert-orientierte Sprachcodierung169
5.1.2 Prinzipien der Quantisierung172
5.1.3 Nichtlineare Quantisierung bei PCM173
5.1.4 Nachbildung der Spracherzeugung176
5.1.5 Segment-orientierte Sprachcodierung178
5.1.6 VoIP-relevante Sprachcodierungsverfahren180
5.1.7 Sprachqualität nach MOS-Skala182
5.2 Protokolle für Sprachübermittlung183
5.2.1 Bedeutung einer Session184
5.2.2 RTP/RTCP und Transportprotokolle der IP-Netze187
5.3 Konzept und Funktionen von RTP190
5.3.1 Aufbau von RTP-Paketen191
5.3.2 Statische und dynamische Payload-Typen193
5.3.3 Zeitstempel – Berechnung und Nutzung195
5.4 Translator und Mixer199
5.4.1 Translator-Einsatz199
5.4.2 Mixer-Einsatz200
5.5 Protokoll RTCP201
5.5.1 Funktion von RTCP202
5.5.2 Typen der RTCP-Pakete203
5.5.3 Struktur der RTCP-Pakete203
5.5.4 Sender-Report (SR)204
5.5.5 Receiver Report (RR)207
5.5.6 Einsatz von RTCP XR und VoIP-Metriken208
5.6 Abschätzung von QoS-Parametern210
5.6.1 Garantie der Isochronität211
5.6.2 Abschätzung von Jitter212
5.6.3 Abschätzung des Round-Trip Time213
5.6.4 Aussage über die Häufung von Paketverlusten215
5.6.5 E-Modell von der ITU-T216
5.7 Secure Real-time Transport Protocol (SRTP)217
5.7.1 Sicherheitsfunktionen von SRTP218
5.7.2 Key-Management-Protokoll und SRTP219
5.7.3 Gesicherte Kommunikation nach SRTP221
5.7.4 Prinzip der Integritätsprüfung und Authentifizierung223
5.7.5 SRTP- und SRTCP-Pakete224
5.7.6 Session Keys bei SRTP225
5.7.7 Vorbereitung eines RTP-Pakets zum Senden227
5.7.8 Bearbeitung eines empfangenen RTP-Pakets229
5.7.9 Schritte bei der Bearbeitung eines RTP-Pakets230
5.8 Kompression des RTP/UDP/IP-Headers231
5.8.1 Bedeutung von CRTP und ROHC232
5.8.2 Konzept der Kompression des RTP/UDP/IP-Headers233
5.8.3 Kompression und Dekompression nach CRTP235
5.8.4 Besonderheiten von ROHC239
5.9 Schlussbemerkungen240
6 VoIP nach dem Standard H.323242
6.1 Systemkomponenten nach H.323243
6.1.1 H.323-Domains244
6.1.2 Protokollfamilie TCP/IP und H.323245
6.1.3 Sprach- und Videocodierung in H.323-Systemen247
6.1.4 Arten von Kanälen bei der Multimedia-Kommunikation248
6.2 Signalisierung nach H.323249
6.2.1 Schritte vor der Audio/Video-Übermittlung250
6.2.2 Schritte nach der Audio/Video-Übermittlung251
6.2.3 Fast Connect Procedure252
6.3 Realisierung von RAS-Funktionen255
6.3.1 Gatekeeper-Entdeckung256
6.3.2 Registrierung und Deregistrierung beim Gatekeeper257
6.3.3 Zulassung von Verbindungen258
6.3.4 Abfrage der IP-Adresse eines Endpunktes260
6.4 Signalisierung der Anrufe nach H.225.0261
6.4.1 Struktur von Anruf-SIG-Nachrichten beim H.225.0262
6.4.2 Anrufsignalisierung ohne Gatekeeper262
6.4.3 Direkte Anrufsignalisierung beim Gatekeeper-Einsatz264
6.4.4 Über Gatekeeper geroutete Anrufsignalisierung265
6.4.5 VoIP im Verbund mit ISDN267
6.5 Einsatz des Protokolls H.245268
6.5.1 Beschreibung von Terminal-Fähigkeiten269
6.5.2 Austausch von Terminal-Fähigkeiten271
6.5.3 Master/Slave-Festlegung271
6.5.4 Aufbau logischer Kanäle272
6.5.5 Abbau logischer Kanäle273
6.5.6 Änderung von Eigenschaften einer Verbindung274
6.5.7 Beispiel für einen Verlauf des Protokolls H.245275
6.6 Supplementary Services nach H.450.x276
6.6.1 H.450.1 als Basis für Supplementary Services278
6.6.2 Beispiele für Supplementary Services279
6.7 Roaming bei VoIP nach H.323281
6.7.1 Arten von Roaming281
6.7.2 Registrierung eines Gast-Teilnehmers283
6.7.3 Ankommender Anruf zu einem Gast-Teilnehmer286
6.7.4 Abgehender Anruf aus einer Fremd-Domain288
6.7.5 Deregistrierung eines Gast-Teilnehmers288
6.8 Schlussbemerkungen289
7 VoIP mit SIP292
7.1 Verschiedene Aspekte des SIP-Einsatzes293
7.1.1 SIP und verschiedene Transportprotokolle293
7.1.2 Wichtige SIP-Besonderheiten295
7.1.3 Struktur von SIP-Adressen297
7.1.4 Funktion eines SIP-Proxy299
7.1.5 Trapezoid-Modell von SIP301
7.1.6 SIP-Verlauf im Trapezoid-Modell303
7.1.7 Unterstützung von Benutzermobilität304
7.1.8 Erweiterter SIP-Proxy als B2BUA306
7.1.9 Typischer SIP-Verlauf307
7.2 Beispiele für den Einsatz von SIP313
7.2.1 Typischer Einsatz von SIP-Proxy-Servern314
7.2.2 Umleitung einer Session mit Redirect-Server315
7.2.3 Weiterleitung einer Session mit Proxy-Servern317
7.2.4 Anrufverzweigung mit SIP318
7.2.5 Einsatz eines Voice-Mail-Servers320
7.3 SIP-Nachrichten – ihre Bedeutung und Struktur322
7.3.1 Request-Typen322
7.3.2 Response-Klassen325
7.3.3 Aufbau von SIP-Nachrichten326
7.4 Beschreibung von Sessions mit SDP332
7.4.1 Typischer Einsatz von SDP333
7.4.2 Bestandteile der Beschreibung einer Session335
7.4.3 Beschreibung auf dem Session-Level339
7.4.4 Zeitspezifische Angaben341
7.4.5 Beschreibung von Medien342
7.5 Betriebsarten bei SIP346
7.5.1 Proxy-Mode und Redirect-Mode346
7.5.2 Einsatz von Proxy- und Redirect-Server347
7.6 Registrierung der Lokation von Benutzern349
7.7 Sessionbezogene Leistungsmerkmale mit SIP351
7.7.1 Klassen der Leistungsmerkmale mit SIP351
7.7.2 Call Hold/Retrieve – Anhalten/Wiederaufnahme355
7.7.3 Consultation Hold – Anhalten mit Rückfrage356
7.7.4 Call Park – Parken einer Session357
7.7.5 Call Pickup – Übernahme einer Session360
7.7.6 Call Forwarding – Weiterleitung einer Session361
7.7.7 Unattended Call Transfer362
7.7.8 Attended Call Transfer363
7.7.9 SIP-Verlauf bei Rückruf365
7.8 Response- und Request-Routing367
7.9 Konvergenz der IP-Netze und ISDN369
7.9.1 SIP und das D-Kanal-Protokoll370
7.9.2 SIP und Signalisierungssystem Nr. 7371
7.10 Koexistenz von SIP und H.323372
7.11 Schlussbemerkungen374
8 VoIP-Gateways: Konzepte undProtokolle376
8.1 VoIP und klassische Systeme fürSprachkommunikation377
8.2 Konzept von MGCP379
8.2.1 Grundbegriffe bei MGCP379
8.2.2 MGCP-Commands381
8.2.3 MGCP-Responses382
8.2.4 Auf- und Abbau einer VoIP-Session nach MGCP383
8.3 Protokoll Megaco387
8.3.1 Konzept von Megaco388
8.3.2 Megaco-Commands390
8.3.3 Auf- und Abbau einer VoIP-Session nach Megaco391
8.3.4 Megaco und Integration von VoIP mit ISDN393
8.4 Schlussbemerkungen395
9 IP-Telefonie-Routing und VoIPPeering396
9.1 Typische Probleme bei VoIP397
9.1.1 Routing ankommender Anrufe aus dem ISDN/PSTN398
9.1.2 Routing abgehender Anrufe400
9.2 Konzept und Einsatz von TRIP401
9.2.1 Bedeutung von TRIP402
9.2.2 TRIP als Bruder von BGP403
9.3 Vernetzung von VoIP-Zonen mit H.323404
9.3.1 Routing abgehender Anrufe zwischen H.323-Zonen404
9.3.2 Routing der Anrufe aus dem ISDN zu einer H.323-Zone406
9.4 Vernetzung von VoIP-Zonen mit SIP407
9.4.1 Routing der Anrufe zwischen VoIP-Zonen mit SIP407
9.4.2 Routing der ISDN-Anrufe zu VoIP-Zonen mit SIP408
9.5 Peering bei VoIP mit SIP409
9.5.1 Ziele und Arten von Peering409
9.5.2 Prinzip von Basic Peering411
9.5.3 Integrated Peering versus Decomposed Peering412
9.5.4 Federation-based Peering413
9.6 Schlussbemerkungen415
10 Migration zum VoIP-Einsatz416
10.1 Verschiedene Aspekte der Migration zu VoIP417
10.1.1 Sanfte Migration zu VoIP417
10.1.2 Harte Migration zu VoIP417
10.1.3 Typische Fälle bei der Migration zu VoIP418
10.1.4 Architekturmodelle der VoIP-Systeme419
10.2 Hybride VoIP-Systemarchitekturen421
10.2.1 Hybride VoIP-Systemarchitektur am Einzelstandort421
10.2.2 Arten der Vernetzung von TK-Anlagen422
10.2.3 Standortübergreifende hybride VoIP-Systemarchitekturen423
10.3 Reine VoIP-Systemarchitekturen425
10.3.1 Reine VoIP-Systemarchitektur am Einzelstandort427
10.3.2 Verkabelung für die Unterstützung von VoIP429
10.3.3 Standortübergreifende reine VoIP-Systemarchitekturen431
10.4 Auswahl einer VoIP-Systemlösung435
10.5 Hauptschritte bei der Migration zu VoIP436
10.5.1 Ist-Analyse bei der Migration zu VoIP438
10.5.2 Anforderungen an VoIP-System442
10.5.3 Komponenten des VoIP-Systemkonzeptes444
10.6 VoIP mit SIP in Netzwerken mit NAT445
10.6.1 Prinzipien von NAT446
10.6.2 Probleme mit SIP beim NAT-Einsatz448
10.6.3 Symmetric Response – Hilfe bei der Signalisierung451
10.6.4 Symmetric RTP/RTCP – Hilfe beim Medientransport452
10.6.5 Einsatz von STUN453
10.6.6 Nutzung von TURN456
10.6.7 ICE als Lösung des NAT-Problems458
10.7 Schlussbemerkungen462
11 VoIP-Sicherheit464
11.1 Probleme der VoIP-Sicherheit465
11.1.1 Primäre Ziele der VoIP-Sicherheit465
11.1.2 Verschiedene Aspekte der VoIP-Sicherheit467
11.1.3 Sicherheitsproblembereiche im Netzwerk468
11.1.4 Phasen des VoIP-Sicherheitsprozesses470
11.1.5 Vorgehensweise bei der Planung der VoIP-Sicherheit471
11.2 Bedrohungstypen und Angriffsarten bei VoIP473
11.2.1 Typische Angriffe in Netzwerken473
11.2.2 Typische Angriffe bei VoIP475
11.2.3 Lauschangriffe bei VoIP und Gegenmaßnahmen481
11.2.4 Abfangen und Modifikation von VoIP-Anrufen482
11.2.5 Beeinträchtigen des VoIP-Dienstes485
11.2.6 Missbrauch des VoIP-Dienstes485
11.3 Sicherheit bei VoIP mit SIP487
11.3.1 Gefährdungen in VoIP-Systemen mit SIP487
11.3.2 SIP Digest Authentication – Einsatz und Konzept493
11.3.3 Einsatz von S/MIME bei SIP497
11.4 Ermittlung des Schutzbedarfs bei VoIP501
11.4.1 Beschreibung der Sicherheitsschwachstelle502
11.4.2 Vorgehensweise bei der Analyse von Bedrohungen503
11.4.3 Aussage über den Schutzbedarf506
11.4.4 Risikoanalyse506
11.4.5 Erfassung des Schutzbedarfs508
11.5 Festlegung von Sicherheitsanforderungen509
11.5.1 Darstellung der Sicherheitsschwachstelle509
11.5.2 Katalog von Sicherheitsanforderungen509
11.6 Maßnahmen zur Erhöhung der VoIP-Sicherheit510
11.6.1 Spezifikation von Sicherheitsmaßnahmen510
11.6.2 Typische Sicherheitsschwachstellen512
11.7 Schlussbemerkungen514
Literatur, Standards, Webquellen516
Abkürzungsverzeichnis524
Index530

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