LAN Lokales Netzwerk, Protokollanalyse, Voice over IP

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1 LAN Lokales Netzwerk, Protokollanalyse, Voice over IP Dieses Praktikum beinhaltet 3 Themen mit eigenen Arbeitsplätzen. Vierergruppen arbeiten am besten in zwei Zweiergruppen, die mit den Themen 1 und 2 gleichzeitig beginnen. Danach beginnt die Gruppe, die zuerst fertig ist, mit dem Thema 3, so dass ihr erstes Thema frei wird für die andere Gruppe. 1 Aufbau und Konfiguration eines lokalen Netzwerkes (LAN) Mit Standardkomponenten wird ein kleines lokales Netzwerk (LAN) Schritt für Schritt aufgebaut, konfiguriert, getestet und verstanden. 1.1 Ziele Ein kleines lokales Netzwerk (LAN) aufbauen und konfigurieren. Die klassischen LAN-Komponenten Switch und Router einsetzen und kennen lernen. Die LAN-spezifische Konfiguration eines PC unter Windows durchführen. IP-Adressen statisch und dynamisch konfigurieren. Verbreitete Befehle der Kommandozeile, wie ipconfig und ping, kennen lernen und einsetzen. Mit Subnetzen arbeiten. Die Wirkung einer Firewall in einem konkreten Fall erfahren. 1.2 Aufbau Für das Praktikum stehen Ihnen die folgenden Komponenten, sowie Netzwerkkabel zur Verfügung: Michel Tripet Seite 1

2 Router Switch Computer 1 Computer 2 Die Computer sind gewöhnliche Lenovo Notebooks mit Windows 7, und der Switch ist auch handelsüblich. Es kommt hier nicht darauf an, welche Ports des Switchs Sie verwenden. Etwas speziell ist der Router, wie weiter unten beschrieben. Für die Konfiguration wird mit der Standard Windows Software gearbeitet. Das kleine Netzwerk, das Sie aufbauen werden, läuft für sich alleine. Verbinden Sie bitte niemals dieses Netzwerk mit dem Schulnetz im Labor Router Anschlüsse Port IP-Adresse Subnetzmaske DHCP Server Aktiv Bereich LAN Ja LAN Nein WAN Nein Der Router ist ähnlich einem klassischen Router für den Heimbereich konfiguriert, was bedeutet, dass normalerweise am WAN Port die Verbindung nach aussen ist (zum Internet Service Provider) und an den LAN 1 und LAN 2 Ports die Verbindungen nach innen (Heimbereich). Speziell an diesem Router ist, dass er mehrere einzelne LAN-Anschlüsse hat, und die IP- Adresse am WAN Port statisch vergeben ist. Normalerweise wird diese IP-Adresse per DHCP oder vergleichbare Protokolle vom Internet Service Provider (ISP) geliefert. Firewall Der Router enthält ebenfalls eine Firewall, die folgendermassen konfiguriert ist: LAN1 LAN2 Accepted LAN2 LAN1 Accepted Michel Tripet Seite 2

3 LAN1 WAN LAN2 WAN WAN LAN1 WAN LAN2 Accepted Accepted Reject / Block Reject / Block Dies entspricht dem Normalfall: Verkehr zwischen den beiden Heimnetzen LAN 1 und LAN 2 ist möglich; Verkehr vom Heimbereich nach aussen (WAN) ist möglich, und Verkehr von aussen (WAN) nach innen (LAN 1 und LAN 2) wird blockiert. 1.3 Bedienung der Geräte Kommandozeile Die Kommandozeile erlaubt, direkt PC-spezifische Befehle einzugeben, ähnlich wie es in der DOS-Welt sehr verbreitet war. Sie kommen zu diesem speziellen Fenster, indem Sie auf das Windows Start-Icon klicken, im Eingabefenster cmd schreiben und die Enter-Taste drücken. In dieser Kommandozeile werden Sie die folgenden Befehle verwenden: ipconfig Der Befehl ipconfig stellt die IP-Konfiguration von Windows dar für alle LAN-Schnittstellen des Computers. Mit ipconfig ohne weitere Argumente werden die IP-Adressen, Subnetzmasken, Standardgateways und anderes ausgegeben. Wenn das Argument /all angefügt wird (also ipconfig /all), sieht man auch die MAC-Adressen, DHCP-Server etc. aufgelistet. ping Mit dem Befehl ping wird getestet, ob eine Verbindung zu einem bestimmten Computer möglich ist. Dabei wird ein IP-Paket zu diesem Computer gesendet, und dieser antwortet mit einem IP- Paket. Standardmässig wird dies nach einem Ping-Befehl viermal gemacht und jeweils angegeben, wie lang es bis zum Eintreffen der Antwort gegangen ist. Dem Ping-Befehl muss angefügt werden, welcher Computer angepingt werden soll. Dies kann man mit seiner IP-Adresse oder seiner Domain. Also z.b. ping arp Zeigt die Übersetzungstabellen für die zusammengehörenden IP-Adressen und MAC-Adressen, die von dem ARP (Address Resolution-Protocol) herausgefunden wurden Netzwerkkonfiguration Die Netzwerkkonfiguration des Computers kann über die Windows Systemsteuerung verändert werden. Unter Systemsteuerung Netzwerk und Internet Netzwerk- und Freigabecenter Adaptereinstellungen ändern finden Sie eine Auflistung aller Netzwerkgeräte. Wählen Sie hier die LAN- Verbindung aus. Danach erscheint folgendes Fenster: Michel Tripet Seite 3

4 Wenn Sie Details anklicken, bekommen Sie die Informationen über Ihre aktuelle IP- Konfiguration. Unter Eigenschaften können Sie die Konfiguration ändern. Wählen Sie dafür in den Eigenschaften den Punkt Internetprotokoll Version 4 (TCP/IPv4) aus und klicken Sie danach auf Eigenschaften. Es öffnet sich folgendes Fenster. Hier können Sie die IP-Adresse entweder automatisch beziehen lassen (Standard-Einstellung, dafür muss ein DHCP-Server im Netzwerk vorhanden sein), Michel Tripet Seite 4

5 oder fix einstellen. Wenn Sie die IP-Adresse fix einstellen, ist die Angabe von IP-Adresse und Subnetzmaske Pflicht, der Rest ist optional. Wenn Sie die IP-Adresse fix einstellen, wählen Sie am besten eine IP-Adresse im x.0 / 24 Subnetz aus (das x ist eine Zahl zwischen 1 und 254) (/24 ist gleichbedeutend mit Subnetzmaske ). Dies sind die Standard-Subnetze für private LAN. Die IP-Adresse lautet dann x.y (das y ist eine Zahl zwischen 2 und 254). Beispiel: Michel Tripet Seite 5

6 1.4 Aufgaben Aufgabe 1: IP-Konfiguration statisch Erstellen Sie ein kleines Netzwerk mit zwei Notebooks, die über einen Switch miteinander verbunden sind. Verbinden Sie beide Notebooks durch Netzwerkkabel mit dem Switch. Falls der Router auch schon am Switch angeschlossen ist, hängen Sie diesen ab. Das Netzwerk sollte wie folgt aussehen: Switch Computer 1 Computer 2 Nun benötigen die beiden Notebooks eine IP-Adresse. In diesem Fall sollen sie statisch sein, d.h. einmalig durch Sie vergeben und so bleiben. Dabei ist ebenfalls anzugeben, in welchem Subnetz die beiden Rechner sein sollen. Wählen Sie die IP-Adressen und und für Beide PC die gleiche Subnetzmaske Konfigurieren Sie beide Notebooks entsprechend über ihre Windows Systemsteuerung. Überprüfen Sie IP-Adresse und Subnetzmaske der Notebooks, indem Sie in der Kommandozeile den Befehl ipconfig eingeben. Die beiden Notebooks sollten nun bereits über das Netzwerk miteinander kommunizieren können. Überprüfen Sie dies, indem Sie zuerst testen, ob sich die beiden Computer sehen. Dazu führen Sie bei einem Notebook in der Kommandozeile den Ping Befehl aus, indem Sie Ping <IP-Adresse> eingeben. Dabei ist <IP-Adresse> die IP-Adresse des anderen Notebooks. Nun sollte Antwort von <IP-Adresse> angezeigt werden. Dies bedeutet, dass der gesuchte Computer den Ping-Befehl erhalten und darauf geantwortet hat. Weil auf den Notebooks bereits ein Ordner freigegeben wurde, können Sie über das Netzwerk auf diesen Ordner des anderen Notebooks zugreifen und ein Bildchen anschauen. Geben Sie dazu im Windows Explorer in der Adresszeile \\<IP-Adresse des anderen Notebooks>\ ein. Sie sollten dann im Ordner \Users\Public des anderen Notebooks das Bildchen öffnen können. Für die Verbindung muss das Notebook ja die MAC-Adresse des anderen Notebooks kennen. Sie haben im Windows Explorer aber nur die IP-Adresse angegeben. Danach hat der Computer automatisch mit ARP nach der MAC-Adresse desjenigen Computers mit der eingegebenen IP- Adresse gefragt. Den entsprechenden Eintrag im Notebook können Sie mit dem Befehl arp a in der Kommandozeile nachschauen. Überprüfen Sie die angegebene MAC-Adresse mit dem Michel Tripet Seite 6

7 Befehl ipconfig /all in der Kommandozeile des entsprechenden Notebooks. Die MAC-Adresse wird unter Physikalische Adresse angegeben Aufgabe 2: IP-Konfiguration dynamisch mit DHCP Die IP-Adresse wird den Computern sehr häufig dynamisch mit DHCP zugewiesen. Unser Router kann auch die Aufgaben des DHCP-Servers übernehmen, der den Rechnern in seinem Bereich dynamisch eine IP-Adresse und die Subnetzmaske zuteilt. Schliessen Sie dazu zusätzlich den Switch am LAN 1 Port des Routers an: Router Switch Computer 1 Computer 2 Die beiden Notebooks müssen nun so konfiguriert werden, dass sie Ihre IP-Adressen und Subnetzmasken vom DHCP-Server beziehen. Dies können Sie über die Windows Systemsteuerung durch auswählen von IP-Adressse automatisch beziehen. Finden Sie mit ipconfig die erhaltenen IP-Adressen und Subnetzmasken bei den beiden Notebooks heraus und notieren Sie sich diese. Überprüfen Sie, wie in der vorhergehenden Aufgabe, die Verbindung zwischen den beiden Notebooks mit dem Ping-Befehl und dem Öffnen des Bildchens Aufgabe 3: Subnetze Nun sollen die beiden Notebooks in zwei verschiedenen Subnetzen betrieben werden. Schliessen Sie den Switch zusätzlich an den Ports LAN 2 und WAN des Routers an: Michel Tripet Seite 7

8 Router Switch Computer 1 Computer 2 Konfigurieren Sie das Notebook 2 mit der statischen IP-Adresse /24 (/24 ist gleichbedeutend mit Subnetzmaske ). Geben Sie als Standardgateway die IP- Adresse (die des Routers) ein. (Der Computer wird den Verkehr für Rechner ausserhalb seines Subnetzes an dieses Standardgateway seines Subnetzes weiterleiten.) In welchem LAN ist nun das Notebook 2 aufgrund dieser Konfiguration? Verwenden Sie für Ihre Überlegungen die Angaben zum Router im Kapitel Aufbau. Das Notebook 1 ist immer noch durch DHCP mit seiner dynamischen IP-Adresse im LAN 1. Überprüfen Sie die Verbindung zwischen den beiden Notebooks in beide Richtungen mit einem Ping auf die IP-Adresse des anderen Notebooks. Haben sie in beide Richtungen eine Verbindung? Trennen Sie nun die Verbindung zwischen dem LAN 2 Port des Routers und dem Switch, und überprüfen Sie erneut mit dem Ping-Befehl die Verbindung zwischen den beiden Notebooks. Begründen Sie das Ergebnis. Weshalb haben die beiden Notebooks keine Verbindung, obwohl sie am selben Switch angeschlossen sind? Aufgabe 4: Firewall Konfigurieren Sie das Notebook 2 mit der statischen IP-Adresse /16 (/16 ist gleichbedeutend mit Subnetzmaske ), und für das Standardgateway wählen Sie die IP- Adresse (die des Routers). In welchem Subnetz befindet sich nun das Notebook 2 aufgrund dieser Einstellungen? Überprüfen Sie die Verbindung zwischen den beiden Notebooks in beide Richtungen mit einem Ping auf die IP-Adresse des anderen Notebooks. Haben sie in beide Richtungen eine Verbindung? Wenn nein, weshalb nicht? Berücksichtigen Sie bei Ihren Überlegungen, dass dieser Router ähnlich einem klassischen Router für den Heimbereich konfiguriert ist, was bedeutet, dass am WAN Port die Verbindung Michel Tripet Seite 8

9 nach aussen ist (zum Internet Service Provider) und an den LAN 1 und LAN 2 Ports die Verbindungen nach innen (Heimbereich). Weshalb hat das Notebook 2 (im LAN WAN) keine Verbindung zum Notebook 1 (im LAN 1), obwohl der Ping-Befehl von Notebook 1 eine Antwort von Notebook 2 erhält, also vom WAN zum LAN 1? Aufgabe 5: Ursprungszustand Setzen Sie die beiden Notebooks wieder in ihren Ursprungszustand für die nächsten Teilnehmer: Konfigurieren Sie die beiden Notebooks so wie diese normalerweise ausgeliefert werden, das heisst mit Bezug der IP-Adresse vom DHCP-Server. Dies können Sie ja wie in Aufgabe 2 über die Windows Systemsteuerung durch auswählen von IP-Adressse automatisch beziehen. Überprüfen Sie das Funktionieren mit dem Ping-Befehl in beide Richtungen. Kontrollieren Sie bei beiden Notebooks mit ipconfig, dass sie eine IP-Adresse zwischen zwischen und und die Subnetzmaske erhalten haben. Schliessen Sie alle Windows-Fenster und entfernen Sie alle Netzwerkkabel. 1.5 Ausrüstungen und Messgeräte Ausrüstung: 2 Notebooks Lenovo Seminar Telekomseminar Praktikum IP-Netze Notebook 1 und 2 Switch ZyXel ES-105AQ Router (auf ALIX.2D13 System Board aufgesetzt) 5 Netzwerkkabel Michel Tripet Seite 9

10 2 Protokollanalyse in lokalen Netzwerken (LAN) und im Internet Mit dem Protokollanalysator Wireshark wird die Wirkungsweise verbreiteter Protokolle anhand praktischer Situationen im LAN und Internet erlebt. 2.1 Ziele Die Wirkungsweise verbreiteter Protokolle wird in praktischen Situationen erkannt. Der sehr verbreitete Protokollanalysator Wireshark wird kennen gelernt und sein Einsatz praktisch geübt. Das Verständnis für wichtige Protokolle im LAN und Internet wird erweitert: IP, TCP, UDP, HTTP, DNS, ARP. Der Protokollverkehr für den klassischen Fall eines Webseitenaufrufs wird untersucht und verstanden. Die Suchmöglichkeit eines Protokollanalysators wird praktisch erlebt. 2.2 Aufbau BFH-Netzwerk Internet Computer (Wireshark) Für die Protokollanalyse wird Wireshark verwendet. Dieser Protokollanalysator ist sehr verbreitet. Er ist frei erhältlich und kann auf jedem PC installiert werden. Das verwendete Notebook ist wie jeder Labor-PC mit unserem Schulnetz (BFH-Netzwerk) und damit auch mit dem Internet verbunden, so dass Sie den alltäglichen Verkehr betrachten können. 2.3 Bedienung der Geräte Einführung in Wireshark Wireshark ist ein sehr mächtiges Analyse-Tool. An dieser Stelle sei nur die Bedienung beschrieben, welche für die Durchführung der Aufgaben benötigt wird. Nach dem Start von Wireshark öffnet sich folgendes Fenster. Michel Tripet Seite 10

11 Im linken Bereich finden Sie die Möglichkeit in der Spalte Capture eine neue Netzwerkanalyse zu starten, und im mittleren Bereich können Sie in der Spalte Files abgespeicherte Analysen öffnen Interface auswählen und starten einer Capture Zuerst muss definiert werden, an welchem Interface des PC der Datenverkehr betrachtet, gespeichert und analysiert werden soll. Klicken Sie dafür auf Interface List in der Kolonne Capture Im neu geöffneten Fenster wählen Sie das Realtek PCIe GBE Family Controller Interface aus, indem Sie links das Häkchen setzen. An diesem Interface ist das Notebook mit dem LAN verbunden. Klicken Sie nun auf Start. Damit ist das Interface ausgewählt und die Protokollanalyse läuft. Diese ist im neuen Fenster ersichtlich. Michel Tripet Seite 11

12 Dieses ist, wie bei Protokollanalysatoren üblich, horizontal in drei Bereiche aufgeteilt: Im oberen Teil sind die einzelnen Datagramme aufgelistet (eines pro Zeile), welche an der LAN- Schnittstelle des Notebooks ersichtlich waren. Im mittleren Teil ist das im oberen Teil ausgewählte Datagramm in seine OSI-Layer aufgeschlüsselt ersichtlich. Im untersten Teil ist das ausgewählte Datagramm Bit für Bit dargestellt, links hexadezimal (4 Bit als hexadezimale Ziffer angegeben) und rechts ASCII-decodiert. Soweit in der Aufgabenstellung nichts angegeben ist, genügen die Informationen im oberen Teil Capture neu starten Wenn Sie den aufgenommenen Verkehr löschen und eine neue Capture starten wollen, gehen Sie ins Menü Capture und dann auf den Punkt Restart. Die aktuelle Capture wird gelöscht; wenn Sie diese noch haben wollen, kann sie zuerst gespeichert werden. Mit dem entsprechenden Icon kann die Capture auch einfach gestoppt werden. Damit wird kein weiterer Verkehr gespeichert, und der bisherige Verkehr kann weiter untersucht werden Filter Um bei viel Datenverkehr die Übersicht zu behalten kann gefiltert werden, welche Datagramme angezeigt werden sollen. Es bleiben aber alle Datagramme gespeichert, also auch die im Moment nicht angezeigten. Dazu finden Sie in der Toolbar das Eingabefeld Filter. Filtern mit IP-Adresse Wenn Sie denn Verkehr von Datagrammen mit einer bestimmten IP-Adresse herausfiltern wollen, können Sie im Filtereingabefeld ip.addr==<ip Adresse> eingeben und die Entertaste drücken, wobei Sie <IP Adresse> durch die gewünschte IP Adresse ersetzen. Beispiel: ip.addr == wie im folgenden Beispiel aufgezeichnet: Michel Tripet Seite 12

13 Filtern eines Protokolls Sie können ein bestimmtes Protokoll herausfiltern, indem Sie den Protokollnamen eingeben. Wollen Sie zum Beispiel nach TCP-Datagrammen filtern, geben Sie im Filter-Eingabefeld tcp ein. Diese Art von Protokollfilterung funktioniert für viele Protokolle. Wenn ein gewünschtes Protokoll nicht möglich ist, kommt eine entsprechende Meldung. Logische Filter Verknüpfungen Haben Sie den Wunsch, mehrere Filter zusammen zu verknüpfen (z.b. IP-Adresse und Protokoll) können Sie dies folgendermassen eingeben: <Filter 1> and <Filter 2> <Filter 1> or <Filter 2> <Filter 1> xor <Filter 2> not <Filter> Dies ist eine UND-Verknüpfung, dies bedeutet, beide Filter müssen zutreffen, damit das Paket angezeigt wird. Dies ist eine ODER-Verknüpfung, dies bedeutet, eines der beiden Filter muss zutreffen (das andere kann, muss aber nicht zutreffen), damit das Paket angezeigt wird. Dies ist eine Exklusiv-ODER-Verknüpfung, dies bedeutet dass genau eines der beiden Filter zutreffen muss, damit das Paket angezeigt wird. Dies bedeutet NICHT. Das Paket wird nur angezeigt, falls das Filter nicht zutrifft. Beispiel: ip.addr == and tcp zeigt alle Datagramme an, welche im IP-Paket diese IP-Adresse haben und ein TCP-Segment transportieren. Michel Tripet Seite 13

14 2.3.4 Suchen Innerhalb einer Capture kann nach Datagrammen mit bestimmten Eigenschaften gesucht werden. Über die Menüpunkte Edit / Find Packet... öffnet sich folgendes Fenster: Mit den hier gewählten Einstellungen kann z.b. nach einem Textteil ( Es bleibt nur noch wenig Zeit ) einer heruntergeladenen Webseite gesucht werden Weiteres zu Wireshark Eine umfassende Bedienungsanleitung finden Sie unter: Das Kapitel 6.4 behandelt die Filtererstellung: Aufgaben Aufgabe 1: ARP-Verkehr im BFH-Netz (Schulnetz) Schauen Sie sich den ARP-Verkehr an. Starten Sie dazu eine neue Cupture und geben Sie im Filterfeld arp ein. Wozu ist der ARP-Verkehr da? Sehen Sie Rechner, die das Gewünschte bekommen? In welchem Bereich des LAN müssen die Rechner von diesem ARP-Verkehr angeschlossen sein? Aufgabe 2: RTP-Verkehr im BFH-Netz (Schulnetz) Betrachten Sie in der gleichen Capture den RTP-Verkehr, indem Sie im Protokollfenster rtp eingeben, anstatt arp. Was fällt auf? Weshalb (Was sollte über RTP übertragen werden?)? Aufgabe 3: Domain Name System Betrachten Sie den UDP-Verkehr des Notebooks, indem Sie im Filterfenster ip.addr==<ihre IP- Adresse> and udp eingeben. Die IP-Adresse Ihres Notebooks sehen Sie, indem Sie auf das Windows Start-Icon klicken und im Eingabefenster cmd schreiben. Im neuen schwarzen Fenster geben Sie ipconfig /all ein. (Falls Sie nur die IP-Adresse angezeigt haben wollen, können Sie ipconfig find IPv4 eingeben, anstatt ipconfig /all ( mit der Taste alt gr + 7 eingeben).) Starten Sie eine neue Capture und gehen Sie mit dem Browser Firefox auf die Seite (Diese Seite ist auch auf dem Browser als Le- Michel Tripet Seite 14

15 sezeichen gespeichert). Falls Firefox bereits geöffnet ist, schliessen Sie Ihn zuerst und starten ihn neu, um Zwischengespeichertes zu löschen. Stoppen Sie die Cupture. Was wurde über UDP übertragen? Wozu? Wie lautet die IP-Adresse des Rechners, auf dem die aufgerufene Seite gespeichert ist? Notieren Sie diese für später Aufgabe 4: TCP-Verkehr für das Aufrufen einer einfachen Seite Geben Sie nun als Filter ip.addr==<ihre IP-Adresse> and tcp ein. Kontrollieren Sie, dass nur der Verkehr mit dem Rechner der aufgerufenen Seite aufgelistet ist. Wie können Sie dies tun? Was hat TCP gemacht? Zeichnen Sie auf einem Blatt auf, was sich für ein Verkehr zwischen dem Notebook und dem Server der aufgerufenen Seite abgespielt hat, um diese einfache Seite zu übertragen Aufgabe 5: Seite mit Bild Klicken Sie im Browser in der aufgerufenen Seite auf den Link zum Bild und untersuchen Sie, ob der Text und das Bild (.png) dieser einfachen Seite im gleichen IP-Paket übertragen werden. Dazu ersetzen Sie am besten in Wireshark das TCP-Filter durch das HTTP-Filter und starten eine neue Capture, damit nur der Verkehr dieser Aktion angezeigt wird Aufgabe 6: Protokoll Stack Schauen Sie das erste HTTP-Datagramm an (Notebook fordert Homepage-Seite an). Im mittleren Fenster von Wireshark sind die Datagramme aus den verschiedenen OSI-Layern dargestellt, welche das HTTP-Datagramm im layer 7 übertragen. Wo finden Sie die MAC-Adresse des Notebooks? Überprüfen Sie diese mit ipconfig /all. Schauen Sie, auf welchen Wert das Time to Live Feld gesetzt ist. Wo finden Sie dieses? Welchen Wert muss das Destination Port haben? Schauen Sie ob er stimmt. Dem Server der angeforderten Webseite wird mitgeteilt, was für ein Browser diese Seite anfordert. Finden Sie diesen im Protokoll heraus. Wird der Richtige angegeben? Dem Browser wird vom Server mitgeteilt, mit welcher Software er arbeitet. Finden Sie diese Angabe in einem entsprechenden HTTP-Datagramm (Angabe unter Server) heraus Aufgabe 7: Suchfunktion Gehen Sie auf die Startseite von Bluewin ( Finden Sie heraus, wie gross das IP-Paket ist, das den Text dieser Seite übertragen hat, indem Sie nach einem Textausschnitt suchen. Michel Tripet Seite 15

16 2.5 Ausrüstungen und Messgeräte Ausrüstung: Notebook Lenovo Telekomseminar IP-Protokolle mit Patchkabel am Schulnetz angeschlossen Protokollanalysator Wireshark (auf Notebook installiert) Michel Tripet Seite 16

17 3 Voice over IP (VoIP) In diesem Praktikum werden die Grenzen der Sprach- und Videoübertragung in einem IP-Netz erlebt, indem alle wichtigen Parameter einer IP-Verbindung verändert werden. Die Aufgaben zur Sprachübertragung (Aufgaben 1-8) sollten Sie alle durchführen; die Aufgaben zur Videoübertragung (Aufgaben 9-14) sind freiwillig (falls Sie noch Zeit und Lust haben). 3.1 Ziele Die wichtigsten Einflüsse eines IP-Netzes auf Echtzeitübertragung werden für eine Telefon- und Videoverbindung durchgespielt. Praktische Werte der qualitätsbeeinflussenden Faktoren Bitrate, Laufzeit, Paketverluste und Paketreihenfolge werden bis zur Grenze des Zumutbaren ermittelt. Die Problematik bei Telefonaten mit zu grosser Laufzeit wird praktisch erlebt. Das unterschiedliche Verhalten einer Verbindung über UDP/RTP und über TCP wird ersichtlich. 3.2 Aufbau Das Kernstück von diesem Praktikum ist der Linktropy, mit dem alle wichtigen Einflüsse des Internets auf die Übertragung der Daten eingestellt und durchgespielt werden können. Dies können Sie für eine VoIP Telefonverbindung und eine Videoübertragung durchführen. Computer Notebook Cisco IP-Telefon MGMT MGMT Linktropy LAN B LAN A Linktropy LAN B Switch Switch TP Link Kamera Kamera Bauen Sie das Netzwerk wie abgebildet auf. Die Linien sind Netzwerkkabel. Beim Switch ist egal, welche Ports Sie wählen. Beim Linktropy können Sie entweder das Telefon oder die Kamera anschliessen. Mit dem Notebook besteht nun eine Verbindung über das vom Linktropy zwischen LAN A und LAN B emulierte Internet zu dem IP-Telefon oder zu der Kamera. Auf dem Notebook wird zum Telefonieren mit dem Software Telefon PhonerLite gearbeitet, und für die Videoanzeige der Firefox Browser eingesetzt. Michel Tripet Seite 17

18 3.3 Bedienung der Geräte Linktropy Das Linktropy (IP: ) können Sie mit dem Firefox konfigurieren. Öffnen Sie dafür den Firefox und klicken Sie auf das Lesezeichen Linktropy. Alle Parameter für die folgenden Versuche können im Register LAN Emulation eingestellt werden. Sie sind in beide Richtungen einstellbar (LAN A zu LAN B; LAN B zu LAN A). Damit die neu gewählten Parameter übernommen werden, muss unten auf Apply geklickt werden. Bedeutung der einstellbaren Parameter: Mit diesem Knopf wird der Einfluss des Linktropy auf die Datenübertragung ein- und ausgeschaltet. Wenn das Symbol gleich aussieht wie hier, werden die eingestellten Parameter angewandt; wenn das Symbol auf Rot ist, werden die Daten direkt ohne Beeinflussung übertragen. Bandwidth Mit diesem Wert wird die Bitrate begrenzt. Standardwert: 1000 kbit/s Delay Hier haben Sie die Möglichkeit die Verbindung zu verzögern. Sie können die IP-Pakete auf drei Arten verzögern: Constant: Die Pakete werden konstant verzögert. Uniform: Die Pakete werden stetig gleichverteilt zwischen minimalem und maximalem Wert verzögert. Normal: Die Pakete werden normalverteilt verzögert. Mindestens um den Wert min, durchschnittlich um den Wert mean, mit der Standardabweichung Michel Tripet Seite 18

19 standard deviation. Die Pakete werden nicht in der Reihenfolge vertauscht. Standardwert: Constant, 0 ms Loss Es können verlorene Pakete und die Bitfehlerrate eingestellt werden. Packet Loss lässt den Linktropy Pakete verlieren. Jedes Paket hat die Wahrscheinlichkeit Packet Loss, dass es verworfen wird. Mit BER (Bit Error Rate) kann die Bitfehlerrate eingestellt werden. Standardwerte: Packet Loss: 0 %; BER: 1 x Background Traffic Mit dieser Funktion können Sie zusätzlichen Verkehr zwischen den LAN generieren. Link Utilisation gibt an, wieviel Prozent der Schnittstellenkapazität mit zusätzlichem Verkehr belegt wird. Mit Burst Size wird die Grösse der generierten Datagramme eingestellt. Standardwert: 0 %, 1000 Bytes Reordering Dies ermöglicht Pakete zu vertauschen (kommen in der falschen Reihenfolge an). Der Wert Probability gibt an, wie viel Prozent der Pakete betroffen ist. Die Delay Werte geben an, wie lange die Pakete, welche verzögert werden, zurückgehalten werden. Standardwerte: 0 %, ms Duplication Wird hier nicht benötigt. Standardwert: 0 % Queue Depth Wird hier nicht benötigt. Standardwert: 250 ms Framing Overhead Wird hier nicht benötigt. Standardwert: 18 Ethernet HDR+FCS Damit gesehen werden kann, was das Linktropy gemacht hat, gibt es eine Statistik-Seite. Sie können diese erreichen unter oder über das Lesezeichen im Firefox Telefonieren Kleine Netze kommen ohne zentrales Element, wie einen SIP-Server aus, der den Zusammenhang zwischen den Telefonnummern und den IP-Adressen gespeichert hat, und weitere Teilnehmer abweisen kann, wenn der Verkehr zu gross wird. Somit muss die IP-Adresse der Teil- Michel Tripet Seite 19

20 nehmer in den Telefonen gespeichert sein. Dies ist in unserem Aufbau nur für das Softphone im Notebook möglich, weshalb hier nur vom Softphone zum IP-Telefon gerufen werden kann. Cisco IP-Telefon Das Telefon hat die IP-Adresse und der Standard User ist 101. Daraus ergibt sich die Rufnummer Für eine bessere Beurteilung der Verbindungsqualität können an Stelle des normalen Telefonhörers Headsets angeschlossen werden. Software Telefon Schliessen Sie zum Telefonieren das Headset mit den zwei 3.5 mm Klinkensteckern an den USB-Soundkarten-Adapter an. Starten Sie im Notebook mit dem Icon das Softphone PhonerLite. Im Telefonbuch finden Sie das Cisco Telefon als Eintrag. Ansonsten geben Sie unter Zielnummer die Rufnummer des Cisco Telefons ein. Mit einem Rechtsklick auf den Telefonbucheintrag können Sie mit dem Cisco Telefon verbinden. Danach sollte das Cisco Telefon klingeln und wenn Sie dieses abheben, haben Sie eine Telefonverbindung Multimedia Player Archos (Tonquelle) Als Tonquelle wird der Archos Player eingesetzt. Kurzbedienungsanleitung: Gerät ein-/ausschalten: Navigieren: Lang auf OK-Taste drücken 2 Pfeiltasten Michel Tripet Seite 20

21 In Menü hinein: Menü eine Stufe zurück: Lautstärke: Sprachquellen unter: OK-Taste Rückpfeiltaste +/- Tasten Video / Sprache für Seminar Telekommunikation Kamera Auf die Netzwerkkamera kann mit dem Firefox durch Klicken auf das Lesezeichen zugegriffen werden (IP-Adresse ). 3.4 Aufgaben Aufgabe 1: Telefonverbindung Kontrollieren Sie mit der Bedienung des Linktropy, dass alle beschriebenen Parameter ihren Standardwert haben; wo dies nicht der Fall ist, stellen Sie diesen ein. Schliessen Sie am LAN B Port des Linktropy das Cisco IP-Telefon an. Starten Sie auf dem Notebook das Software Telefon PhonerLite. Rufen Sie von diesem aus das Cisco IP-Telefon an, und versichern Sie sich, dass die Verbindung in beide Richtungen gut funktioniert. Falls Sie dieses Praktikum nicht mit einem weiteren Teilnehmer durchführen, können Sie an Stelle des Headsets am Notebook den Archos-Player verwenden. Dieser wird dann bei den folgenden Aufgaben ohnehin als Tonquelle eingesetzt. Legen Sie wieder auf. Für die folgenden Aufgaben können Sie wieder eine Verbindung herstellen und jeweils belassen. Als Tonquelle dient nun der Archos Player und für eine gute Beurteilung der Tonqualität schliessen Sie beim Cisco IP-Telefon ein oder zwei Headsets an Stelle des normalen Telefonhörers an. Da Sie das Signal vom Notebook zum Cisco IP-Telefon untersuchen, müssen beim Linktropy jeweils die Parameter von LAN A zu LAN B verstellt werden. Sobald Sie jeweils eine Aufgabe weiter gehen, geben Sie für den letzten verstellten Parameter wieder den Standardwert ein, damit nur die Auswirkungen des neuen Parameters gehört werden Aufgabe 2: Bandbreite Reduzieren Sie beim Linktropy unter Bandwidth die Bitrate bis Sie einen Qualitätsverlust feststellen. Bei welcher Bitrate beginnt dies, und bei welcher Bitrate ist die Verständigungsgrenze erreicht? Vergleichen Sie diese Bitrate mit derjenigen des klassischen Telefonnetzes Aufgabe 3: Laufzeit Stellen Sie beim Linktropy unter Delay eine grosse, konstante Laufzeit ein (z.b ms). Wie wirkt sich dies aus? Stellen Sie die Verzögerung Uniform z.b ms ein. Wie tönt es jetzt und was könnte der Grund sein? Michel Tripet Seite 21

22 Arbeiten Sie wieder mit der konstanten Verzögerung und erleben Sie die Probleme bei einem Telefonat mit langen Übertragungszeiten. Dazu verwenden Sie an Stelle des Archos Players wieder das Headset, und beim Cisco IP-Telefon an Stelle des Headsets den Telefonhörer mit der 10m Kabelverlängerung. Mit diesem können Sie nun ausserhalb des Labors telefonieren, so dass sich die beiden Personen nicht direkt hören können. Falls Sie das Praktikum alleine absolvieren, fragen Sie einen anderen Teilnehmer oder den Betreuer für dieses Telefonat. Stellen Sie jeweils die Verzögerungszeit für beide Richtungen ein (also auch von LAN B zu LAN A). Ab welchen Verzögerungszeiten treten welche Probleme auf? Aufgabe 4: Verlorene IP-Pakete Arbeiten Sie wieder mit dem Archos Player als Tonquelle. Stellen Sie beim Linktropy mit Packet Loss die Paketverluste ein. Ab welcher Prozentzahl machen sich die Paketverluste bemerkbar, und wo liegt die Verständigungsgrenze? Aufgabe 5: Bitfehler Stellen Sie beim Linktropy mit BER die Bitfehlerrate ein. Ab welchem Wert bemerkt man die Bitfehler, und wo liegt die Verständigungsgrenze? Aufgabe 6: Zusätzlicher Verkehr Stellen Sie beim Linktropy beim Background Traffic mit einer Link Utilisation von 100% eine volle Auslastung der Übertragung mit zusätzlichem Verkehr ein. Macht sich dies bei der Telefonübertragung bemerkbar? Weshalb? Wählen Sie zusätzlich mit Bandwidth eine Bitrate von 100kbit/s aus. Macht sich dies nun bemerkbar? Weshalb? Aufgabe 7: Falsche Paketreihenfolge IP-Pakete der selben VoIP-Verbindung können in einem IP-Netz auf unterschiedlichen Wegen übertragen werden und somit in unterschiedlicher Reihenfolge ankommen. Dies können Sie beim Linktropy unter Reordering einstellen. Verstellen Sie mit Probability wie viel Prozent der Pakete (mit ms) verzögert werden. Ab welchem Prozentsatz macht sich dies für das Telefonat bemerkbar, und wo liegt die Verständigungsgrenze? Vermindern Sie nun bei gleichbleibender Probability den max Delay bis die Verständigung wieder besser ist. Weshalb bringt die Verringerung etwas? Wie wirkt sich nun die Erhöhung der Probability auf die Verständigung aus, und weshalb? Aufgabe 8: Telefongespräch mit ausgewähltem Parameter Erleben Sie wie in Aufgabe 3 ein Telefonat mit zwei Personen, wobei nicht wie in Aufgabe 3 die Laufzeit, sondern Ihr Lieblingsparameter aus den Aufgaben 4-7 verstellt wird. Verstellen Sie diesen zuerst nur in eine Richtung (somit ist in die andere Richtung noch eine gute Gesprächsqualität vorhanden), und danach in beide Richtungen. Bei guter Qualität in die eine Richtung Michel Tripet Seite 22

23 kann z.b. eine Person etwas vorsagen und die andere spricht es nach. Für organisatorische Anweisungen kann im Linktropy die Emulation ausgeschaltet werden. Die restlichen Aufgaben sind freiwillig. Führen Sie diese durch, falls Sie noch Lust und genügend Zeit haben. So wie Sie in den bisherigen Aufgaben den Einfluss eines IP-Netzes auf Telefonverbindungen untersucht haben, geht es im Folgenden um den Einfluss auf Video-Verbindungen Aufgabe 9: Videoverbindung mit der Netzwerkkamera Stellen Sie beim Linktropy alle Parameter auf ihre Standardwerte ein. Nehmen Sie nun die Netzwerkkamera für eine Videoübertragung in Betrieb. Schliessen Sie dazu die Kamera an Stelle des Cisco IP-Telefons am LAN B Port des Linktropy an. Öffnen Sie im Notebook beim Firefox in einem neuen Tab mit dem Lesezeichen Camera die Verbindung zur Kamera. Prüfen Sie die (bescheidene) Qualität des Videobildes. Da das Kamerasignal vom LAN B zum LAN A geht, müssen bei den folgenden Aufgaben im Linktropy die Werte von LAN B zu LAN A verstellt werden. Berücksichtigen Sie bei Ihren Überlegungen, dass die Netzwerkkamera so konfiguriert ist, dass die Videoverbindung über TCP übertragen wird, und nicht wie bei der vorhergehenden Telefonverbindung über UDP/RTP Aufgabe 10: Bandbreite Reduzieren Sie beim Linktropy unter Bandwidth die Bitrate bis Sie einen Qualitätsverlust feststellen. Bei welcher Bitrate beginnt dies, und bei welcher Bitrate haben Sie nur noch selten ein neues Einzelbild? Aufgabe 11: Laufzeit Stellen Sie beim Linktropy unter Delay eine grosse, konstante Laufzeit ein (z.b ms). Wie wirkt sich dies aus? Die Verzögerungszeit des Videos können Sie gut sehen, indem Sie die Hand vor die Kamera halten und dann plötzlich wegnehmen. Stellen Sie im Linktropy die Verzögerung von Kamera zu Notebook wieder ab und dafür 1000 ms Verzögerung auf dem Rückweg (LAN A zu LAN B). Weshalb hat auch dies einen Einfluss, obwohl ja das Videosignal von LAN B zu LAN A geht? Aufgabe 12: Verlorene IP-Pakete Steigern Sie beim Linktropy mit Packet Loss die Paketverluste. Wie wirkt es sich aus und was ist anders als bei dem entsprechenden VoIP-Versuch? Aufgabe 13: Bitfehler Erhöhen Sie mit dem Linktropy die Bitfehlerrate BER. Ab welchem Wert macht es sich bemerkbar, und wann werden nur noch einzelne Bilder übertragen? Weshalb gibt es auch bei grosser Bitfehlerrate keine Pixel-Fehler in den Bildern? Was ist dafür der Nachteil? Michel Tripet Seite 23

24 Aufgabe 14: Falsche Paketreihenfolge Lassen Sie den Linktropy Pakete in falscher Reihenfolge eintreffen, indem Sie bei Reordering mit Probability eingeben, wie viel Prozent der Pakete (mit ms) verzögert werden. Ab welcher Prozentzahl macht sich dies für das Videosignal bemerkbar? Verträgt es mehr oder weniger als bei dem entsprechenden VoIP-Versuch? Weshalb? Welcher Parameter muss erhöht werden, damit es hier auch stört? 3.5 Ausrüstungen und Messgeräte Ausrüstung: Linktropy (zur Internet-Emulation) Notebook Lenovo Telekomseminar Praktikum VoIP VoIP-Telefon Cisco SPA301 Netzwerkkamera TP-Link TL-SC3430 Switch ZyXel GS-105B USB-Soundkarten-Adapter Sweex mit 3.5mm Klinkenstecker und Verzweiger 1 Headset mit 3.5 mm Klinkenstecker + 2 Headsets mit RJ Telefonhörerstecker Archos Player 5 Netzwerkkabel Michel Tripet Seite 24