Hier legst du den Mailweg für hlg.example fest, liest einen SMTP- und einen SIP-Ablauf Paket für Paket und rechnest nach, was 40 Telefone im Hub an Bandbreite brauchen.

Sprint 3Brückenstufe 2

Eure Story: Als IT-Leitung HLG will ich wissen, welche Dienste wir selbst betreiben und welche wir einkaufen, damit Web, Mail und Telefonie in der Morgenspitze tragen.

Input · E-Mail und VoIP. Holt ihn euch, wenn eure Storycard danach fragt. Zahlt ein auf AB 3, 4, 6 und 7.

Du zeichnest den Mailweg, wertest zwei Mitschnitte aus, schreibst die Einträge gegen gefälschte Absender, rechnest die Sprachbandbreite und richtest Relay und Telefonie im Labor ein.

0 von 7 AB abgehakt AB-Liste öffnen

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Mail und Telefonie sind Dialoge mit festen Schritten. Wer jeden Schritt im Mitschnitt benennen kann, findet jeden Fehler, und wer die Köpfe mitrechnet, plant die Leitung richtig.

Am Ende hast du: einen dokumentierten Mailweg für hlg.example mit SPF-Eintrag, einen ausgewerteten SMTP- und SIP-Mitschnitt und die nachgerechnete Bandbreite der 40 Telefone im Hub.

Karte „Adressen und Routing kompakt“: Was du aus dem Netzaufbau brauchst, auf einer Seite: Adressen, Subnetze, Routing, die drei Standorte. Die Karte steht im Wissensspeicher.

SIP-Ablauf als Leiterdiagramm: INVITE, Trying, Ringing, OK, ACK, dann Sprache über RTP, am Ende BYETelefon 22110.10.30.21Telefonie-Grenze172.16.10.30Anbieter198.51.100.60INVITE (SDP: G.722, G.711)100 TryingINVITE180 Ringing180 Ringing200 OK (SDP: G.722)200 OKACKACKRTP über UDP 10000 bis 20000: Sprache, 50 Pakete je s und RichtungBYE
Ein Anruf aus der Halle als Leiterdiagramm: Signalisierung mit SIP, Sprache mit RTP. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Erst du, dann die anderen

Ein Kunde beschwert sich: „Meine Mail an chef@hlg.example kam zurück, und beim Anruf in der Halle war die Stimme abgehackt.“ Wie würdest du herausfinden, was los war?

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Die Protokolle der Server lesen. Relay und Telefonanlage schreiben jeden Vorgang mit. Das geht schnell und zeigt die Sicht des Servers. Was auf der Leitung wirklich passiert, etwa verlorene Pakete, steht dort nicht.
  • Einen Mitschnitt machen. Am Übergang in die DMZ oder im Telefonnetz zeichnest du jedes Paket auf. Das zeigt jeden Schritt und jede Lücke. Es braucht aber Zeit, die richtige Messstelle, und Verschlüsseltes bleibt unlesbar.
  • Den Fall nachstellen. Du schickst selbst eine Mail an dieselbe Adresse und rufst in der Halle an. Das klärt schnell, ob der Fehler noch besteht. Ob er damals dieselbe Ursache hatte, weißt du dann nicht.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. In den Aufgaben 6.2 und 6.4 arbeitest du mit Mitschnitten, in 6.6 mit den Protokollen der Server im Labor.

Gegebene Werte: Mail und Telefonie · aufklappen, wenn du sie brauchst

Gegebene Werte: Mail und Telefonie

Mail eingehend
MX hlg.example → mail.hlg.example → A 203.0.113.4, 1:1 auf das Relay 172.16.10.20, das nur an 10.10.40.25 auf TCP 25 liefert
Mail ausgehend
interner Mailserver 10.10.40.25 → Relay → Internet; das Relay sendet mit der Adresse 203.0.113.4 (1:1)
Einlieferung
Mitarbeitende auf Port 587 mit Anmeldung am internen Mailserver
Größenbegrenzung
26.214.400 Byte je Mail; Anhänge werden in Base64 übertragen, das vergrößert um den Faktor 4/3
Telefone
40 Telefone im Hub (10.10.30.0/24), in der Schichtübergabe können alle gleichzeitig sprechen (Unterrichtswert)
Codecs
G.711 64 kbit/s, G.722 64 kbit/s; Paketzeit 20 ms (Variante 10 ms)
Köpfe
RTP 12 Byte, UDP 8 Byte, IPv4 20 Byte, Ethernet 18 Byte (14 Kopf und 4 Prüfsumme), VLAN-Kennung zusätzlich 4 Byte
Telefonie-Grenze
172.16.10.30, außen 203.0.113.5:5061 (SIP über TLS) zum Anbieter 198.51.100.60, Sprache RTP über UDP 10000 bis 20000

Die Mitschnitte stammen aus dem Labor ohne Verschlüsselung, damit du jeden Schritt lesen kannst. Im Betrieb ist der SMTP-Dialog nach STARTTLS verschlüsselt und die Signalisierung zum Anbieter über TLS.

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Mail- und Telefoniebaustein mit ausgewerteten Abläufen

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • dem Mailweg eingehend und ausgehend als Skizze mit Adressen und Ports
  • den DNS-Einträgen MX, SPF, DKIM und DMARC für hlg.example
  • dem ausgewerteten SMTP-Mitschnitt: je Schritt, wer was sagt und was es bedeutet
  • dem ausgewerteten SIP-Mitschnitt mit Rufaufbau, Codec, Gesprächsdauer und Paketverlust
  • der Bandbreitenrechnung für 40 Telefone mit G.711 und G.722, 20 ms und 10 ms
  • den Konfigurationsauszügen und Testnachweisen aus dem Labor

Zur Dokumentation

Je Mitschnitt eine Tabelle mit den Spalten Nr., Wer, Was, Bedeutung; die Rechnung als Tabelle mit Rechenweg. Die Skizze des Mailwegs gehört in das Dienstekonzept.

Der Baustein geht in das Dienstekonzept und in Meilenstein M2 ein. Ob HLG Mail und Telefonie selbst betreibt, entscheidet ihr in Lernangebot 7; die Abläufe bleiben dieselben, nur der Betreiber wechselt.

Mitschnitt A: eine Mail an HLG

Gemessen in der DMZ vor dem Relay, also nach der Übersetzung an der Firewall. Der Absender ist der Mailserver eines Kunden.

Nr. Zeit in s Quelle (Adresse:Port) Ziel (Adresse:Port) Protokoll Info
1 0,000 192.0.2.25:40112 172.16.10.20:25 TCP [SYN]
2 0,012 172.16.10.20:25 192.0.2.25:40112 TCP [SYN, ACK]
3 0,024 192.0.2.25:40112 172.16.10.20:25 TCP [ACK]
4 0,031 172.16.10.20:25 192.0.2.25:40112 SMTP S: 220 mail.hlg.example ESMTP
5 0,044 192.0.2.25:40112 172.16.10.20:25 SMTP C: EHLO mx.kunde.example
6 0,046 172.16.10.20:25 192.0.2.25:40112 SMTP S: 250-mail.hlg.example · 250-SIZE 26214400 · 250-STARTTLS · 250 8BITMIME
7 0,058 192.0.2.25:40112 172.16.10.20:25 SMTP C: MAIL FROM:<dispo@kunde.example>
8 0,060 172.16.10.20:25 192.0.2.25:40112 SMTP S: 250 2.1.0 Ok
9 0,071 192.0.2.25:40112 172.16.10.20:25 SMTP C: RCPT TO:<track@hlg.example>
10 0,074 172.16.10.20:25 192.0.2.25:40112 SMTP S: 250 2.1.5 Ok
11 0,085 192.0.2.25:40112 172.16.10.20:25 SMTP C: RCPT TO:<chef@hlg.example>
12 0,088 172.16.10.20:25 192.0.2.25:40112 SMTP S: 550 5.1.1 <chef@hlg.example>: Recipient address rejected
13 0,099 192.0.2.25:40112 172.16.10.20:25 SMTP C: DATA
14 0,101 172.16.10.20:25 192.0.2.25:40112 SMTP S: 354 End data with <CR><LF>.<CR><LF>
15 0,140 192.0.2.25:40112 172.16.10.20:25 SMTP/IMF C: From, To, Subject „Sendung 4711“, Text, Zeile mit einem Punkt
16 0,162 172.16.10.20:25 192.0.2.25:40112 SMTP S: 250 2.0.0 Ok: queued as 4F2A1
17 0,170 192.0.2.25:40112 172.16.10.20:25 SMTP C: QUIT
18 0,171 172.16.10.20:25 192.0.2.25:40112 SMTP S: 221 2.0.0 Bye
19 0,180 172.16.10.20:39001 10.10.40.25:25 TCP [SYN]

Mitschnitt B: ein Anruf aus der Halle

Gemessen im Telefonienetz des Hub zwischen Telefon 221 und der Telefonie-Grenze. Die Grenze reicht den Ruf an den Anbieter weiter.

Nr. Zeit in s Quelle (Adresse:Port) Ziel (Adresse:Port) Protokoll Info
1 0,000 10.10.30.21:5060 172.16.10.30:5060 SIP/SDP INVITE sip:kunde-0815@anbieter.example · SDP: m=audio 16384 RTP/AVP 9 0 8
2 0,004 172.16.10.30:5060 10.10.30.21:5060 SIP 100 Trying
3 1,850 172.16.10.30:5060 10.10.30.21:5060 SIP 180 Ringing
4 6,420 172.16.10.30:5060 10.10.30.21:5060 SIP/SDP 200 OK · SDP: c=IN IP4 172.16.10.30 · m=audio 12000 RTP/AVP 9
5 6,425 10.10.30.21:5060 172.16.10.30:5060 SIP ACK
6 6,440 10.10.30.21:16384 172.16.10.30:12000 RTP PT=9 (G.722), Seq=1000, 214 Byte
7 6,441 172.16.10.30:12000 10.10.30.21:16384 RTP PT=9 (G.722), Seq=52000, 214 Byte
8 6,460 10.10.30.21:16384 172.16.10.30:12000 RTP PT=9 (G.722), Seq=1001, 214 Byte
9 … … … RTP in der Sekunde ab 36,44 s kommen am Telefon die Seq 53500 bis 53549 an, es fehlen 53517, 53518 und 53533
10 98,440 10.10.30.21:5060 172.16.10.30:5060 SIP BYE
11 98,452 172.16.10.30:5060 10.10.30.21:5060 SIP 200 OK

Deine Aufgaben

6.1Zeichne den Mailweg für hlg.example
Jetzt bist du dran · Allein · 4 Arbeitsschritte
zahlt ein auf AB 3
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Aufgabe 6.1

Zeichne den Mailweg für hlg.example:

  • Zeichne den Weg einer Mail von außen an track@hlg.example mit allen DNS-Abfragen.
  • Zeichne den Weg einer Mail von einem Büro-PC an einen Kunden.
  • Beschrifte jede Strecke mit Port und Protokoll.
  • Begründe, weshalb das Relay in der DMZ steht und der Mailserver im Servernetz.

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

6.2Werte Mitschnitt A aus
Jetzt seid ihr dran · Zu zweit · 5 Arbeitsschritte
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Aufgabe 6.2

Werte Mitschnitt A aus:

  • Ordne die Pakete 1 bis 3, 4 bis 6, 7 bis 16 und 17 bis 18 einer Phase zu.
  • Erkläre jede Antwort des Servers mit ihrem Code.
  • Bestimme, wie viele Empfänger die Mail bekommen und was mit dem zweiten passiert.
  • Berechne, wie groß ein Anhang höchstens sein darf.
  • Erkläre, was Paket 19 ist und weshalb es eine andere Quelle hat.

Zu zweit Diese Aufgabe bearbeitet ihr zu zweit.

6.3Schreibe die Einträge gegen gefälschte Absender
Jetzt seid ihr dran · Zu zweit · 4 Arbeitsschritte
zahlt ein auf AB 3 und 6
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Aufgabe 6.3

Schreibe die Einträge gegen gefälschte Absender:

  • Schreibe den SPF-Eintrag für hlg.example.
  • Prüfe, was passiert, wenn das Relay versehentlich über die PAT-Adresse 203.0.113.7 sendet.
  • Beschreibe, wo der DKIM-Schlüssel liegt und was er unterschreibt.
  • Schreibe einen DMARC-Eintrag, der zunächst nur Berichte anfordert, und begründe den Schritt.

Zu zweit Diese Aufgabe bearbeitet ihr zu zweit.

6.4Werte Mitschnitt B aus
Jetzt seid ihr dran · Zu zweit · 5 Arbeitsschritte
zahlt ein auf AB 4
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Aufgabe 6.4

Werte Mitschnitt B aus:

  • Ordne die Pakete Rufaufbau, Gespräch und Abbau zu.
  • Bestimme aus den SDP-Teilen, welche Codecs angeboten und welcher gewählt wurde.
  • Berechne Klingeldauer und Gesprächsdauer.
  • Berechne den Paketverlust in der Sekunde ab 36,44 s.
  • Erkläre, weshalb SIP und RTP verschiedene Ports nutzen und was das für die Firewall heißt.

Zu zweit Diese Aufgabe bearbeitet ihr zu zweit.

6.5Berechne die Bandbreite der Telefone im Hub
Jetzt bist du dran · Allein · 5 Arbeitsschritte
zahlt ein auf AB 4
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Aufgabe 6.5

Berechne die Bandbreite der Telefone im Hub:

  • Berechne Nutzdaten je Paket und Pakete je Sekunde für G.711 bei 20 ms.
  • Berechne die Bandbreite je Gespräch und Richtung auf IP-Ebene und im Ethernet.
  • Berechne dasselbe für G.722.
  • Berechne die Bandbreite für 40 gleichzeitige Gespräche und vergleiche mit dem Wert aus Teil 1.
  • Berechne den Einfluss einer Paketzeit von 10 ms und einer VLAN-Kennung.

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

6.6Richte Relay und Telefonie im Labor ein
Jetzt seid ihr dran · Im Team · 5 Arbeitsschritte
zahlt ein auf AB 3 und 4
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Aufgabe 6.6

Richte Relay und Telefonie im Labor ein:

  • Richte das Mail-Relay über eine Konfigurationsdatei ein (Vorlage unten).
  • Richte den internen Mailserver über eine Oberfläche ein, etwa auf dem NAS des Labors.
  • Weise mit einer Testmail und einem Mitschnitt den Weg über das Relay nach.
  • Richte zwei Telefone an der Telefonanlage ein und mach einen Mitschnitt eines Anrufs.
  • Vergleiche deine Mitschnitte mit A und B.

Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Team.

Laborvorschlag (zweimal 90 Minuten): Postfix, NAS, Asterisk

Postfix in einer Linux-VM oder einem Container als Relay 172.16.10.20, der interne Mailserver als Laboroption auf dem NAS des Labors (Mail-Paket über die Oberfläche des NAS) oder als zweiter Postfix-Container. Für die Telefonie Asterisk in einer VM mit zwei Softphones. Mitschnitt mit Wireshark; die Auswertung „VoIP-Anrufe“ zeigt das Leiterdiagramm.

Vorlage Postfix (nimmt nur Mail für hlg.example an und liefert sie nach innen):

# /etc/postfix/main.cf (Auszug), Mail-Relay 172.16.10.20
myhostname = mail.hlg.example
mynetworks = 127.0.0.0/8 10.10.40.25/32
relay_domains = hlg.example
relay_recipient_maps = hash:/etc/postfix/relay_recipients
transport_maps = hash:/etc/postfix/transport
smtpd_relay_restrictions = permit_mynetworks, reject_unauth_destination
message_size_limit = 26214400

# /etc/postfix/transport
hlg.example    smtp:[10.10.40.25]:25

Vorlage Asterisk (Telefon mit G.722 und G.711, RTP-Ports wie in der Anlage):

; /etc/asterisk/pjsip.conf (Auszug), Telefon 221 der Hallenschicht
[221]
type=endpoint
context=halle
disallow=all
allow=g722
allow=ulaw
auth=221
aors=221

; /etc/asterisk/rtp.conf
[general]
rtpstart=10000
rtpend=20000
6.7Beurteile die Sprachqualität und lege Maßnahmen fest
Jetzt seid ihr dran · Im Team · 3 Arbeitsschritte
zahlt ein auf AB 4 und 7
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Aufgabe 6.7

Beurteile die Sprachqualität und lege Maßnahmen fest:

  • Beurteile den Paketverlust aus 6.4 gegen die Faustregel, dass ab etwa 1 % Verlust Aussetzer hörbar werden.
  • Nenne zwei mögliche Ursachen im Netz des Hub.
  • Lege zwei Maßnahmen fest, die Sprache vor anderem Verkehr schützen.

Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Team.

Veränderter Fall

zahlt ein auf AB 7

HLG verbietet jede Verarbeitung von Kundendaten außerhalb der EU. Kunden schicken Sendungsdaten per Mail, und die Hallenschicht spricht am Telefon über Sendungen. Prüfe deinen Mail- und Telefoniebaustein: Wo werden Kundendaten verarbeitet, welche Stelle müsstest du bei einem eingekauften Dienst vertraglich festlegen, und was ändert sich, wenn HLG alles selbst betreibt?