Praktikum Grundlagen der IKT Technische Universität Ilmenau Institut für Informationstechnik Praktikum Grundlagen der Informations- und Kommunikationstechnik Versuchsanleitung: 8 ISDN und VoIP Fachgebiet Kommunikationsnetze Dr.-Ing. Maik Debes Raum: H 1529 Stand: 18.03.2014
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 1 1 Versuchsanleitung zum Praktikum 1.1 Ziel des Praktikums In diesem Praktikumsversuch soll grundlegendes Wissen zu ISDN [9] (Integrated Services Digital Network) und Voice-over-IP (VoIP) vermittelt und angewendet werden. Mit Hilfe des vorhandenen Kommunikationsnetzes aus ISDN und VoIP werden dabei Protokolle analysiert, Eigenschaften der Netze bewertet und der Leistungsumfang beider Technologien verglichen. Dabei soll auch der Übergang zwischen den beiden Netzen mittels Gateway betrachtet werden. 1.2 Grundlagen ISDN 1.2.1 ISDN-Anschlussarten ISDN wurde entwickelt, um den wachsenden Bedarf an Telekommunikation zu decken. Das analoge Telefonnetz wurde durch das digitale ISDN ersetzt, da sich durch digitale Vermittlungstechnik eine zur Verfügung stehende Bandbreite effizienter nutzen lässt. Eine weitere Motivation war die Integration unterschiedlicher Dienste in nur einem Netz. ISDN-Anschlüsse gibt es als Basisanschluss (BA) und als Primärmultiplexanschluss (PRI). Der Basisanschluss verfügt über zwei B-Kanäle (B wie Bearer Channel) und einen D-Kanal (D wie Data oder Delta Channel). Ein B-Kanal verfügt über eine Bitrate von 64 kbit/s, der D-Kanal über 16 kbit/s (vgl. Tabelle 1.1). Bei einem Primärmultiplexanschluss sind 30 B-Kanäle und ein D-Kanal enthalten (vgl. Tabelle 1.2).
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 2 B-Kanal (2mal) 128 kbit/s (2 64 kbit/s) D-Kanal 16 kbit/s Nettobitrate 144 kbit/s Synchronisation 48 kbit/s Bruttobitrate 192 kbit/s Tabelle 1.1: ISDN-Basisanschluss an der U-Schnittstelle [3] B-Kanal (30mal) 1920 kbit/s (30 64 kbit/s) D-Kanal 64 kbit/s Nettobitrate 1984 kbit/s Synchronisation 64 kbit/s Bruttobitrate 2048 kbit/s Tabelle 1.2: ISDN-Primärmultiplexanschluss an der U-Schnittstelle [3] Ein Basisanschluss kann als Mehrgeräte- oder Anlagenanschluss ausgeführt sein (vgl. Abbildung 1.1). Ein Primärmultiplexanschluss ist nur als Anlagenanschluss erhältlich. ISDN BA PRI Mehrgeräteanschluss BA Anlagenanschluss PRI Abbildung 1.1: ISDN-Anschlüsse und Varianten 1.2.2 Unterschied zwischen Mehrgeräte- und Anlagenanschluss Bei einem Mehrgeräteanschluss fallen die ISDN-Referenzpunkte T und S zusammen und werden zum Referenzpunkt S [12]. Da damit auch die Funktionseinheit NT2 (siehe Referenzkonfiguration [23]) nicht auf der Teilnehmerseite realisiert ist, kommuniziert die Vermittlungsstelle direkt mit den angeschlossenen Geräten. Man spricht daher auch von einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Konfiguration.
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 3 Im Gegensatz dazu wird bei einem Anlagenanschluss der NT2 durch die Telefonanlage realisiert. Die Vermittlungsstelle kommuniziert nur mit der Anlage, weshalb auch von einer Punkt-zu-Punkt-Konfiguration gesprochen wird. Beim Mehrgeräteanschluss werden die Telefone mittels MSN (Multiple Subscriber Number) adressiert [18]. Diese Rufnummern können vollkommen unterschiedlich sein (z.b. 998582 und 92151 ). Bei der Beauftragung eines Anlagenanschlusses wird dem Teilnehmer eine Rumpfnummer und ein Durchwahlblock zugewiesen [18]. So ist die Rumpfnummer der Universität beispielweise 69. Der Durchwahlblock ist an der Universität vierstellig, eine Nummer daraus ist beispielsweise 2674. Somit ergibt sich die Rufnummer 69-2674. Hierbei erfolgt die Auswertung der Durchwahl durch die Telefonanlage, wie in Abbildung 1.2 dargestellt. Rufnummer Vermittlungs Rufnummer TK- Rufnummer stelle 69-2674 69-2674 Anlage 2674 Teilnehmer A (Anrufer) wertet 69 aus wertet 2674 aus Teilnehmer B (Angerufener) Abbildung 1.2: Rufnummernauswertung eines Anlagenanschlussess 1.2.3 Referenzpunkt S am Basisanschluss Der Referenzpunkt S ist auch der Namensgeber des S 0 -Busses. An einem S 0 -Bus lassen sich bis zu zwölf ISDN-Dosen installieren, es dürfen aber maximal acht ISDN-Geräte gleichzeitig angeschlossen werden. Über den Bus selbst können dabei vier Geräte ihre Spannungsversorgung erhalten. Dies wird auch 12-8-4-Regel [21] genannt. Da jede Dose ein Trennen des Kabels bedeutet, kann es an diesen Stellen zu Reflexionen am Bus kommen, die durch den NT kompensiert werden müssen. Empfohlen ist daher die Anzahl von zwölf Dosen nicht zu überschreiten. Die maximale Anzahl von acht Endgeräten am Bus ist durch die Adressierung der Endgeräte bestimmt. Der NTBA stellt nur eine maximale Leistung von 4,5 Watt bereit. Die Anzahl der nicht selbst versorgenden Endgeräte ist damit auf vier beschränkt. Bei einem langen S 0 -Bus kann es auch vorkommen, dass weniger Geräte durch den NTBA gespeist werden können. Wichtig ist bei der Installation des S 0 -Busses, dass beide Enden des Busses mit Abschlusswiderständen (AW) terminiert werden (vgl. Abbildung 1.3), um Reflexionen an offenen Enden zu verhindern. In Telefonanlagen oder dem NTBA ist dafür bereits eine Steckverbindung vorgesehen, womit sich der AW aktivieren oder deaktivieren lässt.
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 4 U k0 S 0 X1 X2... X11 <X12 AW NTBA 1 2... 7 <8 AW U k0 AW S 0 X1 X2... NTBA... X11 <X12 AW AW AW 1 2...... 7 <8 X1 bis X12: ISDN-Dosen 1 bis 8: ISDN-Endgeräte AW: Abschlusswiderstand Abbildung 1.3: S 0 -Bus als kurzer passiver Bus mit NTBA am Ende und in der Mitte 1.2.4 D-Kanal Der D-Kanal dient als Signalisierungskanal für die B-Kanäle. Dabei kommt das standardisierte Protokoll E-DSS1 bzw. DSS1 zum Einsatz. Das E-DSS1 Protokoll basiert auf den ITU-Empfehlungen Q.920/Q.921 [13, 14] und Q.930/Q.931 [15, 16, 17]. Mittels dieses Protokolls werden Steuerinformationen zwischen Endgeräten und ISDN- Netzknoten wie der Telefonanlage oder der digitalen Ortsvermittlungsstelle (DIVO) ausgetauscht. Als Steuerinformationen werden unter anderem Informationen für den Rufauf- bzw. -abbau verstanden, aber auch für die Anforderung bestimmter Dienste und Zusatzdienste. Mittels D-Kanal (Schichten 1-3 des ISO-OSI-Referenzmodells) wird eine Teilnehmerzu-Teilnehmer-Verbindung eines oder mehrerer B-Kanäle hergestellt. Zwischen den Teilnehmern und den Vermittlungsstellen (VSt) wird das DSS1-Protokoll verwendet. Zwischen den Vermittlungsstellen kommt das SS7-Protokoll zum Einsatz (vgl. Abbildung 1.4).
Protokollarchitektur: ISDN im Referenzmodell 1 Versuchsanleitung zum Praktikum 5 Benutzereinrichtung Netz Benutzereinrichtung 7 6 5 Benutzerinformation 4 3 2 ISDN-VSt ISDN-VSt 1 I.430 oder I.431 I.430 oder I.431 B-Kanal B-Kanal B-Kanal 7 6 5 4 3 2 1 Zeichengabe 3 Q.930 und Q.931 2 Q.920 und Q.921 3 2 3 2 Q.930 und Q.931 Q.920 und Q.921 1 I.430 oder I.431 1 1 I.430 oder I.431 3 2 1 229 D-Kanal D-Kanal Abbildung 1.4: ISO-OSI-Referenzmodell B- und D-Kanal [23] 1.2.5 Dienste ISDN ist ein diensteintegrierendes digitales Netz. Es bietet gegenüber dem analogen Telefonnetz neue und verbesserte Dienste und höhere Übertragungsraten. Die Dienste lassen sich klassifizieren und wie in Tabelle 1.3 dargestellt einordnen. Bezeichnung ISO-OSI- Beispiele Schichten Übermittlungsdienst (Bearer Service) 1-3 Datenübertragung ITU-I.230 [10] paketvermittelt - X.25-Netz leitungsvermittelt - Telefonnetz Teledienst Basisdienst 1-7 Fernsprechen, Telex, Telefax,... (Teleservice) (Basic Service) ITU-I.240 Zusatzdienst 1-7 siehe Tabelle 1.4 [11] (Supplementary Service) Mehrwertdienst 1-7 Televoting, Telefonauskunft, (Value Added Service) Freecall,... Tabelle 1.3: Klassifikation von Diensten
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 6 Zusatzdienste oder Leistungsmerkmale (supplementary services) werden durch die Telefonanlage oder die DIVO bereitgestellt. Dienstmerkmal Int. Bez. Bedeutung Rufnummernübermittlung CLIP Calling Line Identification Presentation Rufnummernunterdrückung CLIR Calling Line Identification Restriction Rufnummernanzeige des CLOP Connected Line Identification Presentation Angerufenen Rufnummernunterdrückung CLOR Connected Line Identification Restriction des Angerufenen Rückruf bei Besetzt CCBS Completion of Calls to Busy Subscriber Rückruf bei Nichtmelden CCNR Completion of Calls on No Reply Anklopfen CW Call Waiting Halten, Rückfrage, Makeln HOLD Hold Dreierkonferenz 3PTY 3 Party Conference Umleitung (immer) CFU Call Forwarding Unconditional Umleitung bei Besetzt CFB Call Forwarding Busy Umleitung bei Nichtmelden CFNR Call Forwarding on No Reply Umlegen CT Call Transfer Identifizieren MCID Malicious Call Identification Fangschaltung Priorität Priority Priority z.b. Krankenhäuser und Katastrophenberechtigung Polizei vor privaten Anschlüssen Abweisen unbekannter ACR Anonymous Call Rejection Anrufer Tarifinformationen AOC-D Advice Of Charge During the call während der Verbindung Tarifinformationen AOC-E Advice Of Charge at the End of the call am Ende der Verbindung Tabelle 1.4: Zusatzdienste 1.2.6 CAPI - Common ISDN Application Programming Interface CAPI ist standardisiert und bietet eine Schnittstelle, die es ermöglicht, mit Programmen auf ISDN-Karten zuzugreifen. Dabei ist nur die Schnittstelle zwischen Anwendung und CAPI standardisiert, zwischen CAPI und Hardware ist der Datenaustausch je nach Hersteller und Karte unterschiedlich. CAPI übernimmt, wie in Abbildung 1.5 dargestellt, die Steuerung der Schichten 1-3 des ISO-OSI-Referenzmodells [24]. Der CAPI-Treiber ermöglicht es, mehrere ISDN-Karten eines Typs gleichzeitig anzusteuern. Audiodaten müssen bei der Kommunikation mit softwarebasierten Telefonen
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 7 Schicht 7 Anwendung 1 Anwendung 2 Anwendung n CAPI Schicht 3 Controller 1 Controller n Schicht 2 D-Kanal Schicht 1 B-Kanäle Abbildung 1.5: CAPI im ISO-OSI-Referenzmodell in Blöcken an die CAPI-Schnittstelle übergeben werden. Die Blockgröße bestimmt dabei die Menge bzw. Länge der Audiodaten. Je größer der Block ist, desto länger dauert das Füllen. Erst dann wird der Block über CAPI an die Hardware übergeben. Somit hat die Blockgröße einen entscheidenden Einfluss auf die Verzögerung, mit der die Audiodaten in das ISDN-Netz gelangen. Bei ISDN-Telefonen gibt es diese Middleware zwischen Anwendung und Hardware nicht. Somit werden auch keine Blöcke gebildet, woraus eine wesentlich kleinere Verzögerung resultiert. 1.2.7 Bildtelefonie Videokonferenz Bei Bildtelefonie über ISDN wird das H.320 Protokoll eingesetzt. H.320 ist die Norm für schmalbandige Bildtelefonie-Endgeräte und enthält weitere Rahmenspezifikationen. Zu diesen Spezifikationen gehören das Mulitplexen von Audio und Video, die Ende-zu-Ende-Signalisierung aber auch verschiedene Audio-Codecs und Standards zur Videokomprimierung. H.320 arbeitet verbindungsorientiert (vgl. Abbildung 1.6). Bei der Bildtelefonie über ISDN können Verbindungen mit einem oder zwei B-Kanälen aufgebaut werden. Dabei wird der Ruf immer mit einem B-Kanal aufgebaut und anschließend geprüft, ob ein zweiter B-Kanal verfügbar ist. Die Software Alice, die in diesem Praktikum zum Einsatz kommt, ist zusätzlich auch in der Lage Bildtelefonie über das Netzwerk abzuwickeln, dabei kommt der verbindungslose H.323 Standard
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 8 zum Einsatz. Webcam Mikrofon Lautsprecher Video- Schnittstelle ALICE Vollduplex-Soundkarte H.320 H.323 CAPI 2.0 TCP/IP ISDN-Karte Netzwerkkarte ISDN LAN Intranet Abbildung 1.6: Funktionsweise der Software Alice 1.2.8 Verzögerung im nationalen Festnetz Durch Verzögerung bei der Übertragung kann das vorhandene Echo hörbar werden. Das bedeutet, dass das Signal beim Empfänger reflektiert wird und wieder beim Sender ankommt. Bei einer kurzen Verzögerung nimmt der sprechende Teilnehmer das Echo nicht wahr. Das durch die Verzögerung hörbare Echo hat somit einen Einfluss auf die Sprachqualität. Deshalb wurde die maximale empfohlene Verzögerungszeit im nationalen Festnetz von einem zum anderen Teilnehmer (Ende-zu-Ende) auf den Wert von 25 ms festgesetzt. Die 25 ms setzen sich dabei aus 5 ms pro Endgerät und dem Rest von 15 ms für das Netz zusammen. Bis zu diesem Wert sind laut ITU-T-Empfehlung G.131 keine aktiven Echounterdrückungs- oder Echokompensationsverfahren notwendig. Bei internationalen Verbindungen dagegen ist der Wert von 25 ms nicht haltbar, deshalb werden in solchen Fällen von den Netzanbietern Echounterdrückungs- oder Echokompensationsverfahren eingesetzt.
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 9 1.3 Grundlagen Voice-over-IP 1.3.1 Protokolle SIP und H.323 Für die VoIP-Kommunikation gibt es zwei offene Standards: SIP und H.323 Die H.323 Protokollfamilie ist eine ältere Spezifikation der ITU. In dieser Rahmenspezifikation sind, wie auch bei H.320, einige andere Empfehlungen enthalten (vgl. Abbildung 1.7). Im Praktikumsversuch wird SIP (Session Initiation Protocol) zur Anwendung kommen. Das Session Initiation Protocol wurde im Auftrag der IETF (Internet Engineering Task Force) entwickelt und ist in Anlehnung an HTTP (Hypertext Transfer Protocol) entstanden. Ähnlich dem D-Kanal bei ISDN dient es dem Aufbau und Abbau von Kommunikationssitzungen. TCP/IP- Referenzmodell Anwendungsschicht Audio Video G.7xx H.26x RTP Control and Signaling (Management) H.225.0 RAS Channel H.225.0 H.245 Call Control Control Channel Channel Daten T.120 Transportschicht UDP TCP Internetschicht Host-zu-Netz- Schicht IP Ethernet, LAN Abbildung 1.7: H.323 im TCP/IP-Referenzmodell TCP/IP- Referenzmodell Anwendungsschicht Audio Video Session Control & Management G.7xx H.26x RTCP SIP SDP RTP Daten Transportschicht UDP TCP Internetschicht Host-zu-Netz- Schicht IP Ethernet, LAN Abbildung 1.8: SIP im TCP/IP-Referenzmodell Die VoIP-Kommunikation mit SIP [20] bedient sich verschiedener anderer Protokolle (vgl. Abbildung 1.8). Mit dem SDP (Session Description Protocol) [1] werden Co-
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 10 decs und Transportprotokolle zwischen den Teilnehmern ausgehandelt. Das SDP wird innerhalb des SIP übertragen und nutzt verschiedene Felder zum Austausch von Eigenschaften (vgl. Tabelle 1.5). Feld Inhalt deutsch englisch v= Protokollversion protocol version o= Ursprung owner s= Sitzungsname session name i= Sitzungsbeschreibung session information u= universelle Quellenbezeichnung universal resource identifier e= Email Adresse email address p= Telefonnummer phone number c= Verbindungsdaten (Netzwerktyp, connection information Adresstyp, Verbindungsadresse) b= Bitrate in kbit/s bandwidth information t= Zeit (Startzeit; Stopzeit) time k= Verschlüsselung encryption key m= Medientyp (Medium, IP-Port, media name Transportprotokoll, Codecs) a= Medienattribute media attribute Tabelle 1.5: SDP-Nachrichtenfelder Daneben findet das RTP (Realtime Transport Protocol) [22] zur kontinuierlichen Übertragung audiovisueller Daten Verwendung. Zusätzlich kann auch das RTCP (Realtime Control Protocol) von den Anwendungen auf beiden Seiten eingesetzt werden. Mit dem RTCP werden Informationen über die Qualität der übertragenen Daten übermittelt. Eine Auswertung dieser Daten und eine entsprechende Reaktion darauf bleibt den Anwendungen überlassen. In IP-basierten Netzen kommen hauptsächlich zwei Transportprotokolle zum Einsatz, das verbindungsorientierte TCP (Transmission Control Protocol) und das verbindungslose UDP (User Datagram Protocol). Bei TCP wird jeder Empfang eines Pakets bestätigt, fehlerhafte Pakete werden erneut versendet. Das erneute Versenden von Echtzeitdaten wie Audio oder Video hätte aber zur Folge, dass die Erfüllung der Echtzeitanforderung nicht mehr gegeben wäre. Somit ist TCP für die Übertragung von audiovisuellen Daten in Echtzeit nicht geeignet. Audio- und Videodaten werden bei Voice-over-IP mit dem verbindungslosen UDP übertragen. Bei UDP gibt es allerdings keine Garantie, dass ein Paket auch ankommt oder
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 11 dass Pakete in der richtigen Reihenfolge ankommen, da sie über das Internet unterschiedliche Wege nehmen können. Die Reihenfolge wird mittels der im RTP-Header enthaltenen Sequenznummer (Abbildung 1.9) wiederhergestellt. Um die unterschiedlichen Laufzeiten der Pakete auszugleichen und um sie in die richtige Reihenfolge zu bringen, wird auf der Empfängerseite ein De-Jitter Buffer verwendet (vgl. Abbildung 1.10). Dieser Puffer trägt somit auch zu einer verzögerten Wiedergabe der Audio- und Videodaten bei. V P X CSRC Count 4 bit M Payload Type 7 bit Sequence Number 16 bit Timestamp 16 bit Timestamp 16 bit Synchronization Source (SSRC) Identifier 16 bit Synchronization Source (SSRC) Identifier 16 bit Contributing Source (CSRC) Identifier 16 bit Contributing Source (CSRC) Identifier 16 bit V: Version 2 bit P: Padding 1 bit X: Extension 1 bit M: Marker 1bit Abbildung 1.9: RTP-Header nach RFC 3550 [22] Abbildung 1.10: Audioübertragung mit VoIP
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 12 1.3.2 Codecs Die Audio- und Videodaten werden vor der Übertragung meist verlustbehaftet kodiert und auf der Empfängerseite dekodiert. Dabei kommen verschiedene Codecs (vgl. Tabelle 1.6) mit unterschiedlichen Bitraten und Qualitäten zum Einsatz. Codec Bitrate (kbit/s) G.711 - A-Law 64 G.711 - µ-law 64 G.729 8 G.723.1 6,4 GSM 13,2 ilbc 13,3 G.723.1 5,3 G.726 32 G.726 24 G.728 16 Tabelle 1.6: Codecs und ihre Bitraten 1.3.3 Qualität der Kommunikation Die Qualität der Kommunikation lässt sich an Hand der Kriterien Paketverlust und Verzögerung bestimmen. Durch Kodieren, Übertragen per IP und Dekodieren ergibt sich bei der Voice-over-IP Kommunikation eine Verzögerung. Übertragungstyp MOS-Wert ISDN 4,2 Voice-over-IP (G.711) max. 4,0 analoge Telefonie 3,8 Mobilfunk mit GSM 3,0 Tabelle 1.7: Qualitätsbewertung von Kommunikationskanälen an Hand von MOS- Werten [4] In der Empfehlung G.114 [5, 6, 8, 7] der ITU-T wird ein Paketverlust bis 5% nicht als qualitätsmindernd eingestuft. Verzögerungen bis 200 ms werden als gute Sprachqualität und Verzögerungen bis 400 ms werden als akzeptable Sprachqualität definiert. Bei der Verzögerung handelt es sich um die Ende-zu-Ende-Verzögerung von Sender zu Empfänger. Die Sprachqualität wird schließlich mit der Einheit MOS (mean opinion score)
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 13 bewertet. Dabei handelt es sich um einen von der ITU (International Telecommunication Union) standardisierten Hörtest, bei welchem Testpersonen die Kommunikation von 1 (=bad) bis 5 (=excellent) bewerten (vgl. Tabelle 1.7). 1.3.4 Funktionsweise von Voice-over-IP mit SIP Die Adressierung bei SIP ähnelt der von Emails. Sie setzt sich aus Benutzernamen und Serveradresse/Servername zusammen. Allgemein: Beispiel: sip:benutzername@servername sip:majestix@obelix SIP-Geräte (Softphones und Hardphones) melden sich mit Benutzernamen und Kennwort an einem Server (auch Registrar wie in Abbildung 1.11) an. So ist im Beispiel der Benutzername Majestix und Obelix der Servername. Durch die Anmeldung sind die Geräte am Server mit ihrer IP-Adresse bekannt und somit auch erreichbar. Abbildung 1.11: SIP-Registrar [2] Im Praktikum ist der Voice-over-IP-Server ( Obelix ) ein Registrar und gleichzeitig auch ein SIP-Proxy wie in Abbildung 1.12. Ein Proxy ist dabei ein Vermittler zwischen zwei Geräten. Der Proxy kann aber auch so eingesetzt werden, dass die Medienströme über den Proxy laufen (vgl. Abbildung 1.13). Dabei kann nun der Proxy beispielsweise zwischen verschiedenen Codecs eine Transkodierung vornehmen. Das bedeutet, der Medienstrom zwischen Majestix und Proxy wird mittels Codec A übertragen und der Strom zwischen Proxy und Troubadix mittels Codec B. Dabei entsteht aber der Nachteil, dass
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 14 Abbildung 1.12: SIP-Proxy (1) durch das Annehmen und Weiterleiten, sowie das mögliche Transkodieren wiederum eine Verzögerung entsteht. Hinzu kommt, dass die Netzwerkauslastung des Proxy-Servers steigt, da die Kommunikation nun nicht mehr direkt zwischen den Teilnehmern stattfindet. Bei einem Netz mit vielen Teilnehmern ist von dieser Variante abzusehen, da der Proxy auf diese Weise zu einem Engpass für die Kommunikation wird. Abbildung 1.13: SIP-Proxy (2)
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 15 1.4 Versuchsaufbau Im Praktikum kommt ein Kommunikationsnetz aus ISDN und Voice-over-IP zum Einsatz. D I V O Endgeräte digital TK-Anlage Endgeräte analog VoIP Server/ Gateway Client PC1 Client PC2 SIP-Hardphone Router I n t e r n e t Abbildung 1.14: Kommunikationsnetz im Praktikum Der verwendete Voice-over-IP-Server besitzt dabei ein Gateway, das einen Übergang zwischen ISDN- und VoIP-Netz ermöglicht. 1.4.1 ISDN im Versuchsaufbau Im Praktikum kommt ein Basisanschluss in der Ausführung Anlagenanschluss zum Einsatz. Der Anschluss hat die Rumpfnummer 468038 und einen einstelligen Durchwahlblock. Auf der Teilnehmerseite wird der Anschluss mit der Telefonanlage AGFEO AS 35 1 terminiert. Die TK-Anlage verfügt dabei über drei interne S 0 -Busse sowie 10 integrierte TAs für den Anschluss analoger Endgeräte. Somit sind die Geräte von außerhalb durch die Rumpfnummer und die einstellige Durchwahl erreichbar. Innerhalb der TK-Anlage werden die Geräte mit ihrer Durchwahl adressiert (vgl. Abbildung 1.15). 1.4.2 Endgeräte am Telefonnetz In dem Versuch kommen neben dem analogen Telefon und dem analogen Faxgerät auch zwei ISDN-Telefone sowie drei Computer mit integrierten ISDN-Karten zum Einsatz. Bei dem Faxgerät handelt es sich um ein Gerät, das dem G3-Standard entspricht. Dieser Standard basiert auf dem T.30-Protokoll [19] und erlaubt Übertragungsraten bis 14,4 kbit/s. Für ISDN wurde der Standard G4 geschaffen, der Geschwindigkeiten bis 64 kbit/s erlaubt, hier aber nicht zum Einsatz kommt. 1 http://www.agfeo.de
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 16 NTBA 4 4 Messpunkt NT TK-Anlage AGFEO AS 35 TA interne S0 Busse S0-1 S0-2 S0-3 2 2 4 4 4 Telefon Analog1-20 - Faxgerät Analog2-21 - PC Majestix - 70 - PC Troubadix - 80 - Telefon ISDN-Tel30-30 - VoIP-Server Obelix - 60 - Telefon ISDN-Tel31-31 - - 99 - AW AW AW Abbildung 1.15: TK-Anlage mit Bussen und Anschlussdosen Es wird zwischen aktiven und passiven ISDN-Karten unterschieden. Aktive Karten verfügen über einen eigenen Prozessor, der für die Ausführung des ISDN-Protokolls zuständig ist. Bei passiven Karten muss dies durch Software über den Prozessor des PCs realisiert werden. Zur Analyse von ISDN wird der ISDN-Tester IBT-10 eingesetzt. Er verfügt über drei verschiedene Betriebsmodi: TE-Modus: Dabei simuliert der Tester ein ISDN-Endgerät und stellt folgende Funktionalitäten bereit Messung der Übertragungsqualität, Ermittlung der verfügbaren Dienste. Analyse-Modus: Dabei wird der Tester parallel an die zu analysierende Schnittstelle angeschlossen. Protokolliert wird die Zeichengabeinformation des D-Kanals Analyse am Referenzpunkt S, Analyse am Referenzpunkt T.
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 17 NT-Modus Dabei simuliert der Tester die Netzseite am Referenzpunkt T. Es können ISDN- Geräte angeschlossen werden. 1.4.3 Voice-over-IP im Versuchsaufbau Die am Voice-over-IP-Netz beteiligten Endgeräte und ihre internen Telefonnummern sind in Abbildung 1.16 dargestellt. ISDN VoIP-Server Obelix SIP-Telefon Grandstream - 61 - PC Majestix - 71 - PC Troubadix - 81 - PC Betreuer - 11 - IP: 192.168.1.78 IP: 192.168.1.79 IP: 192.168.1.31 IP: 192.168.1.32 Netzwerk Switch / Router Internet Abbildung 1.16: VoIP-Netz mit internen Rufnummern und IP-Adressen
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 18 1.4.4 Rufnummernplan Interne Rufnummer Gerät Nutzung des VoIP-ISDN Gateways 20 analoges Telefon Ja 30 ISDN-Telefon Ja 31 ISDN-Telefon Ja 61 SIP-Phone Nein 70 ISDN-PC Ja 71 VoIP-PC Nein 80 ISDN-PC Ja 81 VoIP-PC Nein Tabelle 1.8: VoIP-Rufnummern Bei einem Gesprächsaufbau von ISDN zu VoIP muss zuerst über die Durchwahl 60 der VoIP-Server kontaktiert werden. Dieser nimmt das Gespräch an und fordert per Ansage dazu auf die gewünschte VoIP-Nummer einzugeben. Interne Rufnummer Gerät Name des Geräts 20 analoges Telefon Analog1 21 analoges Faxgerät Analog2 30 ISDN-Telefon ISDNTel30 31 ISDN-Telefon ISDNTel31 60 VoIP-Server / Gateway Obelix 70 ISDN-PC Majestix 80 ISDN-PC Troubadix Tabelle 1.9: ISDN-Rufnummern Majestix und Troubadix haben für ISDN jeweils nur eine Durchwahl. Diese wird sowohl für Softphones als auch für die Fax-Software verwendet. Abbildung 1.10 zeigt die externen Rufnummern für die Endgeräte, bestehend aus der Vorwahl, der Rumpfnummer und der einstelligen Durchwahl.
1 Versuchsanleitung zum Praktikum 19 Externe Rufnummer Name des Geräts 03677/468038-1 Obelix 03677/468038-2 Majestix 03677/468038-3 Troubadix 03677/468038-4 ISDNTel30 03677/468038-5 ISDNTel31 03677/468038-6 Analog1 03677/468038-7 Analog2 03677/468038-8 ISDN-Tester Tabelle 1.10: Externe Rufnummern 1.5 Eingesetzte Software und ihre Funktionen Bei der Durchführung des Praktikums werden verschiedene Programme für die Analyse und die Visualisierung verwendet. In Tabelle 1.11 werden die Funktionen relevanter Programme sowie die wichtigsten Einstellungen aufgezeigt. Programm D-Tracer Wireshark TrafficShaper Funktion und Erläuterung Analyse der Schicht-2- und Schicht-3-Nachrichten des D-Kanal-Protokolls Paketanalyse Darstellung der Paketstruktur durch Baumansicht-Diagramm Paketfilter Filtert alle empfangenen Pakete nach Typ, zum Beispiel: SIP schränkt die Ausgabe auf SIP-Pakete ein SDP schränkt die Ausgabe auf SDP-Pakete ein Einschränkung der verfügbaren Bitrate der Netzwerkkarte Tabelle 1.11: Programme zur Analyse und Visualisierung
2 Vorbereitungsaufgaben 20 2 Vorbereitungsaufgaben 1. Skizzieren Sie die allgemeine ISDN-Referenzkonfiguration mit Referenzpunkten. 2. Skizzieren Sie die ISDN-Referenzkonfiguration für den Versuchsaufbau. 3. Auf welchen Wert ist die Verzögerung im nationalen Festnetz festgelegt? Wie setzt sich diese Zeit zusammen? Welche technischen Maßnahmen müssen bei größerer Verzögerung getroffen werden? 4. Erläutern und begründen Sie potenzielle Probleme bei der Kommunikation über Voice-over-IP. 5. Begründen Sie die Verwendung von UDP bei der Übertragung von Echtzeitdaten. 6. Welche Vor- und Nachteile von Voice-over-IP gibt es aus der Sicht von: Unternehmen, Anbietern (z.b. Telekom, Arcor), Nutzern.
3 Praktikumsaufgaben 21 3 Praktikumsaufgaben A ISDN Dienste, Zeichengabeprotokoll, Diensterkennungen, Gesprächsaufbauprotokoll, Bildtelefonie: 1. Diensttest mit dem Protokollanalysator IBT-10 Ermitteln und notieren Sie die verfügbaren Dienste am S 0 -Bus für die Durchwahl 99. Verwenden Sie dazu den Protokollanalysator (ISDN- Tester), dieser baut Testverbindungen mit verschiedenen Dienstekennungen zu sich selbst auf. Starten Sie den Protokolltester (lange On/Off Taste drücken) Wählen Sie das Menü Mode (mit der Eingabetaste bestätigen) TE auswählen und bestätigen Schließen Sie den Protokolltester an der entsprechenden ISDN-Dose an Nun im Menü Installation wählen Protok. auf DSS1 D. stellen Bei A/Nr. die Rufnummer 99 eintragen Für den Punkt Schn. S/T PMP auswählen Nun das Menü Installation verlassen (Taste: ) Nun das Menü Applikation und das Untermenü Telefon wählen Nun für B/Nr: 04680388 eintragen Service auf automat. stellen Slbstruf auf ein stellen Nun mit Call am Protokolltester den Selbstruf starten (Taste F4 )
3 Praktikumsaufgaben 22 2. Informationen im Zeichengabeprotokoll Analysieren Sie mit Hilfe der Software D-Tracer die Schicht-3-Nachrichten des D-Kanal-Protokolls. Das Programm hört den D-Kanal ab. Bauen Sie dazu eine interne Verbindung zwischen ISDNTel30 zu Fritz!fon auf Troubadix auf. Anschließend bauen Sie zwischen den beiden Geräten eine Verbindung über die Ortsvermittlung auf und untersuchen die Unterschiede zwischen den beiden Aufzeichnungen. D-Tracer zeigt auf der linken Seite die Nachrichten an. In der Spalte T/R kann man sehen, ob die Nachrichten empfangen (R - receive) oder gesendet (T - transmit) wurden. Durch Selektieren der Nachrichten ist es möglich, die Details der Nachrichten (rechte Seite) einzusehen. Starten Sie auf Troubadix erst Fritz!fon und dann D-Tracer Rufen Sie vom ISDNTel30 intern Troubadix an Nehmen Sie das Gespräch nicht an und beenden Sie es durch Auflegen am ISDNTel30 In D-Tracer sind nun die Nachrichten dargestellt, die der Rechner Troubadix empfangen und gesendet hat. 2.1 Notieren Sie aus der Nachricht setup die rufende und angerufene Nummer, sowie die Namen der Felder. Rufen Sie nun über die Vermittlungsstelle vom ISDNTel30 den Rechner Troubadix an. Dazu müssen Sie die Nummer 04680383 wählen. Nehmen Sie das Gespräch nicht an und beenden Sie es durch Auflegen am ISDNTel30 2.2 Notieren Sie nochmals die rufende und angerufene Nummer. Begründen Sie für den internen und den externen Ruf die übertragenen Nummern.
3 Praktikumsaufgaben 23 3. Diensterkennungen Ermitteln Sie mit der Software D-Tracer die Dienstekennungen (vgl. Aufgabe Diensttest ) von analogen Telefonen, ISDN-Endgeräten und Faxgeräten. Untersuchen Sie dazu in der Nachricht setup das Feld bearer capability. Nutzen Sie für die folgende Aufgabe eine der bereits aufgezeichneten Schicht- 3-Nachrichten. 3.1 Welche Dienstekennung haben ISDN-Telefone? Löschen Sie die aktuelle Protokollierung in D-Tracer Bauen Sie ein Gespräch vom analogen Telefon zu Troubadix auf Untersuchen Sie die Nachricht setup 3.2 Welche Dienstekennung haben analoge Endgeräte? Beenden Sie Fritz!fon Starten Sie auf beiden Rechnern Fritz!fax Auf Troubadix D-Tracer empfangsbereit schalten und die Protokollierung löschen Senden Sie vom Faxgerät Canon ein Fax an Troubadix Leiten Sie anschließend dieses Fax an Majestix weiter Wählen Sie dazu das empfangene Fax mit der rechten Maustaste an 3.3 Welche Elemente sind in der Setup-Nachricht beim Weiterleiten, aber nicht beim Empfang des Faxes enthalten? Was ist der Inhalt des Elements? 3.4 Was können Sie über die Übertragungsgeschwindigkeiten sagen? Wie groß ist die Übertragungsgeschwindigkeit in bit/s? Schließen Sie Fritz!fax
3 Praktikumsaufgaben 24 4. Protokollierung: Aufbau eines ISDN-Gesprächs Zeichnen Sie mit Hilfe des Programms D-Tracer den Auf- und Abbau eines Gesprächs zwischen den PCs auf. Skizzieren Sie anschließend den Auf- und Abbau mit Pfeilen und ausgetauschten Nachrichten. Starten Sie auf beiden Rechnern Fritz!fon Starten Sie auf beiden Rechnern D-Tracer Bauen Sie nun intern ein Gespräch zwischen den beiden Rechnern auf (Gespräch wird von Majestix aus geführt) Beenden Sie das Gespräch 4.1 Skizzieren Sie nun den Gesprächsauf- und abbau. Fritz!fon - Majestix Agfeo AS35 Fritz!fon - Troubadix 4.2 Von welchen Geräten werden die Nachrichten release und release complete ausgelöst?