Wie ein IP-Telefon mit einem einzigen Netzwerkkabel auskommt
Ein IP-Telefon, auch VoIP-Tischtelefon genannt, ist ein kleiner Computer für Anrufe, der seine Daten und seinen Strom über ein einziges Netzwerkkabel bekommt. Wenn Sie es einstecken, holt es sich eine Adresse, lädt seine Einstellungen und meldet sich an der Telefonanlage an. Wenn Sie sprechen, schickt es Ihre Stimme in kleinen Datenpaketen los, 50 pro Sekunde in jede Richtung.
Violett: Strom und Daten im KabelLegende
- Violett: Strom und Daten im Kabel
Angemeldet · bereit für einen Anruf
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Anatomie eines Tischtelefons: ein IP-Telefon auf einem Büroschreibtisch, das Kabel, das es versorgt, und der Netzwerkschrank an der Wand. Die Zeichnung ist nicht maßstabsgetreu.
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Schritt 1 von 6
Sie stecken ein einziges Kabel ein
Dieses Tischtelefon braucht keinen Netzstecker. Sie stecken ein Netzwerkkabel hinten ein, und das andere Ende läuft durch die Wand zum Switch im Netzwerkschrank des Büros. Der Switch schickt dem Telefon seine Daten und seinen Strom über dasselbe Kabel, und das Display geht an.
Wie kann ein Datenkabel Strom führen?
Ein Netzwerkkabel enthält vier Paare dünner Kupferdrähte. Power over Ethernet, ein Standard der IEEE, schickt zusätzlich zu den Daten einen schwachen Gleichstrom hindurch. Die Anforderungen legen die Spannung am Ausgang des Switches auf 44 bis 57 Volt fest.
Bevor er Strom schickt, prüft der Switch, was am anderen Ende hängt. Der Standard musste mit einem Gerät mit und einem ohne Stromversorgung funktionieren und durfte keines davon beschädigen. Ein Laptop an derselben Dose ist also sicher.
Quellen: IEEE 802.3af task force: requirements for DTE power via MDI (2000); IEEE 802.3af task force: objectives for DTE power via MDI (1999)
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Schritt 2 von 6
Es holt sich Adresse und Einstellungen
Ein Telefon, das gerade aufgewacht ist, weiß nichts über Ihr Büro. Es stellt dem ganzen Netz eine Frage, und ein Server antwortet mit einer Adresse für das Telefon. Die Antwort kann auch sagen, wo seine Einstellungen liegen. Das Telefon lädt sie herunter: Ihren Namen, Ihre Durchwahl und die Telefonanlage, an der es sich anmelden soll.
Tippt jemand die Einstellungen von Hand ein?
Meistens nicht. Ein Rahmenwerk der IETF von 2011 beschreibt, wie ein Telefon sie mit wenig oder gar keinem Eingriff von Nutzer oder Administrator bekommt. Das Telefon holt sich eine Adresse, fragt einen Server nach seinem Profil und lädt es über HTTP oder HTTPS herunter, dieselben Protokolle, die Ihr Browser nutzt.
Die Adresse ist geliehen, nicht geschenkt. DHCP, das Protokoll, das sie vergibt, teilt eine Adresse für eine begrenzte Zeit zu, und das Telefon bittet darum, sie zu behalten, bevor die Zeit abläuft.
Quellen: IETF RFC 6080: a framework for SIP user agent profile delivery (2011); IETF RFC 2131: Dynamic Host Configuration Protocol (1997)
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Schritt 3 von 6
Es meldet sich an der Telefonanlage an
Mit seinen Einstellungen schickt das Telefon eine kurze Nachricht über den Router und das Internet an die Telefonanlage: Diese Nebenstelle ist jetzt unter dieser Adresse zu erreichen. Die Nachricht heißt SIP-Registrierung. SIP, das Session Initiation Protocol, ist die Sprache, in der Telefone und Telefonanlagen Anrufe aufbauen. Von nun an weiß die Telefonanlage, wohin sie Ihre Anrufe schicken muss, und das Display zeigt Angemeldet.
Was passiert, wenn das Telefon an einen anderen Platz zieht?
Es meldet sich von seiner neuen Adresse aus wieder an. Eine Registrierung gilt nur eine Weile. Sie trägt eine Ablaufzeit in Sekunden, und das Telefon erneuert sie, bevor die Zeit um ist. Ihre Nummer folgt dem Telefon, nicht der Dose.
Das Telefon kann sich über eine verschlüsselte Verbindung anmelden. SIP hat dafür 2002 eine sichere Adresse festgelegt, die mit sips: beginnt und vor jedem, der die Leitung abhört, verbirgt, wer wen anruft.
Quellen: IETF RFC 3261: SIP, the Session Initiation Protocol (2002)
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Schritt 4 von 6
Ihr Computer hängt am Telefon
Viele Arbeitsplätze haben nur eine Netzwerkdose. Deshalb hat das Telefon hinten eine zweite Buchse für Ihren Computer und innen einen kleinen Switch, der die Daten des Laptops zur Wand weiterreicht. Ist das Kabel ausgelastet, lässt ein für Anrufe eingerichtetes Netz die Stimme vor, denn ein verspätetes Sprachpaket ist eine Lücke, die Sie hören, eine verspätete E-Mail nicht.
Woher weiß das Netz, welche Pakete Sprache sind?
Das Telefon markiert sie. Ein Leitfaden der IETF von 2006 legt Klassen von Datenverkehr fest, die ein Netz jeweils anders behandelt. Die Klasse Telephony ist für Internet-Anrufe gedacht: Ihre Pakete tragen den Code EF, kurz für Expedited Forwarding, und warten in einer eigenen Schlange, die zuerst drankommt.
Laptop und Telefon teilen sich also das Kabel, und ein großer Download auf dem Laptop muss Ihren Anruf nicht bremsen.
Quellen: IETF RFC 4594: configuration guidelines for DiffServ service classes (2006); IETF RFC 3246: an Expedited Forwarding per-hop behavior (2002)
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Schritt 5 von 6
Ihre Stimme geht in Paketen auf die Reise
Sie drücken die Lautsprechertaste und wählen. Der Audiochip verwandelt Ihre Stimme in Zahlen, und der Prozessor packt sie in kleine Pakete, meist eines alle 20 Millisekunden. Das sind 50 Pakete pro Sekunde, die hinausgehen, und 50, die mit der Stimme Ihres Gegenübers zurückkommen, alle über dasselbe Kabel. Werfen Sie unten einen Blick ins Telefon.
Ein Blick hinein Die Platine
- 1Netzwerkbuchse
- 2Stromversorgung
- 3Computerbuchse
- 4Switch-Chip
- 5Prozessor
- 6Audiochip
- 7Lautsprecher
50 Pakete pro Sekunde verlassen diese Platine, während Sie sprechen, jedes mit 20 Millisekunden Ihrer Stimme.
Wie viel Ihrer Stimme passt in ein Paket?
20 Millisekunden. Das Profil der IETF für Ton über das Internet sagt, dass ein Paket standardmäßig 20 ms enthalten soll. Mit dem Standard-Codec, der 64.000 Bit pro Sekunde braucht, sind das 160 Byte Ihrer Stimme in jedem Paket.
Längere Pakete würden weniger Platz für Adressen verbrauchen, aber dasselbe Profil warnt, dass sie die Verzögerung erhöhen und ein verlorenes Paket hörbarer machen.
Quellen: IETF RFC 3551: RTP profile for audio and video conferences (2003); IETF RFC 3550: RTP, a transport protocol for real-time applications (2003); ITU-T G.711: pulse code modulation of voice frequencies (1988)
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Schritt 6 von 6
Die Tasten zeigen, wer telefoniert
Neben dem Display sitzen die Leitungstasten, Tasten mit einem Lämpchen und einem Namen, eine für Sie und eine für jede Kollegin und jeden Kollegen, die Sie im Blick behalten. Ihr Telefon hat die Telefonanlage gebeten, Bescheid zu geben, sobald sich Finns Leitung ändert. Nimmt Finn einen Anruf an, kommt eine kurze Nachricht über das Kabel, und seine Taste leuchtet rot. Sie wissen also, dass Sie ihm gerade keinen Anruf weiterleiten sollten.
Woher weiß das Telefon, dass Finn telefoniert?
Es hat seine Leitung abonniert. SIP hat dafür zwei Nachrichten, SUBSCRIBE und NOTIFY, und ein Standard von 2005 meldet damit den Zustand der Anrufe einer Person: wenn sie klingeln, verbunden sind und enden.
Die Hersteller nennen die Tastenreihe Busy Lamp Field, kurz BLF, auf Deutsch auch Besetztlampenfeld.
Quellen: IETF RFC 4235: an INVITE-initiated dialog event package for SIP (2005)
Wie es dazu kam
- 1997
Telefone, die nach ihrer Adresse fragen
Die IETF veröffentlicht DHCP in seiner heutigen Form. Ein Gerät, das einem Netz beitritt, fragt einen Server nach einer Adresse und leiht sich eine für begrenzte Zeit. So beginnt ein Tischtelefon noch heute seinen Tag.
- 2000
Strom für IP-Telefone
Am 30. Januar genehmigt die IEEE ein Projekt, um Strom über das Netzwerkkabel zu schicken. Die Telecommunications Industry Association hatte darum gebeten, für die IP-Telefone, deren Standards sie schrieb.
IEEE 802.3af task force: project authorization request (2000)
- 2002
Die Sprache des Anrufs
SIP bekommt die Form, die es bis heute hat. Mit diesem Protokoll meldet sich ein Tischtelefon an der Telefonanlage an und baut jeden Anruf auf.
- 2003
Power over Ethernet
Im Juni genehmigt das Normungsgremium der IEEE den Standard 802.3af, den ersten für Strom über das Netzwerkkabel. Ein Tischtelefon braucht keinen Netzstecker mehr.
- 2004
Ein Schloss für die Stimme
Die IETF veröffentlicht SRTP, das die Pakete eines Anrufs verschlüsselt, damit unterwegs niemand mithören kann. SRTP schützt die Stimme. Die Anmeldung und die Nachrichten, die einen Anruf aufbauen, brauchen eine eigene Verschlüsselung, die sips:-Adresse von 2002.
IETF RFC 3711: the Secure Real-time Transport Protocol (2004)
- 2005
Ein Licht für die Leitung im Team
Ein neuer SIP-Standard lässt ein Telefon die Anrufe eines anderen verfolgen. Er bringt die Leitungstaste einer Kollegin oder eines Kollegen zum Leuchten.
IETF RFC 4235: an INVITE-initiated dialog event package for SIP (2005)
- 2011
Telefone, die sich selbst einrichten
Die IETF beschreibt, wie ein SIP-Telefon seine Einstellungen selbst holt. Ein neues Telefon kann aus dem Karton kommen, eingesteckt werden und sich anmelden.
IETF RFC 6080: a framework for SIP user agent profile delivery (2011)
Wo Voxbi ins Spiel kommt
Voxbi, eine in der Europäischen Union gehostete Cloud-Telefonanlage, arbeitet mit Standard-SIP-Tischtelefonen, auch mit denen, die schon auf Ihren Schreibtischen stehen.
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