IP电话管理知识原理

1、 主讲 马可 华为技 IP电话原理 路由器及A8010用服人员培训教材 IP电话原理 简介：本文从以下几个方面阐述了In ternet电话的研究发展状况: 1、In ternet电话带来的冲击 2、In ternet电话的原理 3、In ternet电话前景展望 一、In ternet电话带来的冲击： 1995 年，美国电信运营协会（ACTA，America s CarrieFelecommunication Association） 向美国联邦通信委员会 （FCC，Federal Communication Commission） 提交诉状，起诉几家在In ternet上提供服务的公司扰乱电

2、信秩序，进行不正当竞 争等。这几家公司包括 VocalTec（产品 In ternet Pho ne）Third Pla net Publish ing Inc. （产品 DigiPh one ）、Internet Teleph one （产品 WebPho n、Quarterdeck （产品 WebTalk）等。这一举动表示，In ternet上的话音传送已对电信业产生了重大的影 响。 目前，Intetnet接入的人数增长迅速，96年底估计用户为3700万，今年 上半年的估计用户已达7400万，在美国各ISP纷纷推出了 IP电话的业务。另外， 很多中小企业纷纷在他们的Internet/Int

3、ranet上加入IP电话网关用以节约昂 贵的长途电话费用。在芬兰，芬兰电信甚至开通了In ternet电话业务。最近， CISCO宣布将在其3600路由器上增加模拟话音接口，用以在数据网络上跑话音 业务，3COM也宣布了在他的局域网交换机和路由器上支持话音传送。Luce nt则 建立了一个试验网进行IP电话试验。 据美国Action In formation Services估计，从现在起的未来四年内，美国长 话市场将损失80亿美元，其中1998年将损失10亿美元，而2001年损失将达到 35亿美元。到2000年，6%10%的长话业务将通过In ternet传送，到2005年将 达到10%16

4、%,到2010年则达到28%。（最新的统计数字，IP电话$600亿） 驱使In ternet话音业务飞速发展的主要因素是价格。在美国，国内长话的平 均收费是22美分/分钟，通过In ternet的话音收费不到4美分/分钟，通过大西洋 的越洋电话正常时间收费是1美元/分钟，折价时间是0.5美元/分钟，转租业务 时收费是0.4美元/分钟，而通过In ternet的话音服务将来也可望达到 0.04美元/ 分钟，其价格差异如此的悬殊，In ternet电话的发展速度也就可以理解了。 驱使In ternet话音业务飞速发展的另一个因素是技术的发展。以往，In ternet 电话留给人的印象是话音质量低劣

5、、延迟长、经常断。但随着技术的发展，这些 现象将不复存在。一方面，随着ITU H.323 一系列协议的推出，使得In ternet电 话的规范逐步完善，各厂商的设备可以互通；另一方面，In ternet的大力兴建及 硬件设备性能的提高为In ternet电话的顺畅提供了保证； 二、In ternet电话的原理 1、In ternet电话的基本组成及标准： 在1996年之前，各厂商就纷纷推出了 In ternet电话软件，这些软件在话音 压缩、控制、目录服务、呼叫建立、管理等方面大相径庭，造成了各厂商的软件 不能互通。1996年11月，ITU-T提出了 H.323建议，随后，IETF成立了 MM

6、USIC （Multiparty Multimedia Session Control）工作组，IMTC 成立了 VoIP 论坛，在这 些组织推出的草案中，都将 H.323作为In ternet电话标准的执行规范。 H.323标准提供了基于IP网络（包括In ternet）的传送声音、视频和数据的 基本标准，它是一个框架协议，与之相关的传输、控制及声音、视频压缩等标准 见表2-1 （表中还包含了多媒体在其余网络中（如 ISDN、PSTN）的系列协议）。 H.323定义了网络传输系统中的四种基本的构成单元：终端（Terminal）、网 关（Gateway）、GateKeeper和多点控制单元（M

7、CU，Multipoint Control Unit ）， 它们之间及与别的网络的组网图原理一般如图2-1所示。 H.323 H.320 H.321 H.322 H.324 Approval Date 1996 1990 1995 1995 1996 Network Non-Guara ntee dban dwidth packet switched n etworks Narrowba nd Switched digital ISDN Broadba nd ISDN, ATM LAN Guara nteed ban dwidth packet switched n etworks PSTN

8、or POTS, the an alog phone system Video H.261, H.263 H.261, H.263 H.261, H.263 H. 261, I. H.263 H.261, H.263 Audio G.711,G.722, G.728,G.723, G.729 G.711, G.722, G.728 G.711, G.722, G.728 G711, G722, G728 G.723 Multiplexi ng H.225.0 H.221 H.221 H.221 H.223 Co ntrol H.245 H.230, H.242 H.242 H.242, H.2

9、30 H.245 Multipoi nt H.323 H.231, H.243 H.231, H.243 H.231, H.243 I. I. I. Data :T.120 T.120 T.120 T.120 T.120 Comm. In terface TCP/IP I.400 AAL, I.363, AJM I.361, PHY I.400 I.400 & TCP/IP V.34 Modem 表2-1 Multimedia在各种网络传输中的协议 图2-1H.323终端与其它网络互联图 终端：终端指IP网络上的客户终端，它提供了实时的双向传输用以传送声 音等。终端必须支持声音传送，可选择支持

10、视频和数据传送。同时，H.323定义 了能传送的声音标准（G711、G.723和G729等），它们的互操作也在终端实现。 所有的H.323终端都必须支持通信控制协议 H.245，同时支持呼叫控制协议 Q.931 ；另外，和 GateKeeper进行通信的 RAS （Registration/Admission/StatuS） 协议模块也包含在内；最后，终端支持RTP/RTCP用以进行声音和视频的打包传 送。图2-2列出一个终端设备的基本组成。 图2-2H.323终端设备 网关：网关主要提供了 H.323会议终端与其余的ITU-T系列终端（如ISDN H.320终端）间的互联接口。主要包括传输格

11、式的转换（如 H.225.0到H.221）, 通信控制过程的转换（如 H.245到H.242）。另外还完成音视频格式的转换和呼 叫建立。因此，如果要建立异种网络间的通话（如PSTN到In ternet）,网关是必 须的，否则网关可以省略。 GateKeeper: GateKeeper主要提供了如下一些功能： 1）地址翻译：将一个地址的别名翻译成传输地址。H.323终端可能有电话 号码（或其余名称）、别名、传输地址等多种名称，管理、更新和翻译地 址表是非常重要的。 2）访问控制：设定访问者的权限，提供允许或拒绝访问等管理。 3）带宽控制：根据网络带宽，GateKeeper控制访问的人数以确保通道

12、顺畅。 4）区域管理：GateKeeper提供区域内的终端、MCU和网关的注册、更新、 管理等功能。 多点控制单元（MCU）： H.323提供了多点会议的能力，MCU即提供了支持 三点或多点的功能。MCU包含一个多点控制器，有时也包含一个多点处理器。 如果一个网络不需要进行多点会议，那么可以不含 MCU。 2、一般的In ternet电话的组网图：（见图2-3） H.323 PC Termi nal H.323 PC Termi nal PPP Access Server J Router IP Network T1/T3 H.323 PC Termi nal (Co nn ected via

13、 PPP) H.323 PC Termi nal (Co nn ected via PPP) H.323 Gatekeeper Local Exchange Carrier Chann elized T1, Or ISDN PRI UTP-3 or UTP-5 cable Collapsed backb one hub H.323 PC Termi nal (Co nn ected via PPP) VoIP-H.323 Gateways En et RAS Directory Server DNS Server Analog line - Sta ndard teleph one log E

14、xecutive Phone Local Exchange Carrier Analog line Executive Pho ne 图2-3 In ternet电话组网图 般，普通的局域网用户可以通过 Hub相连，远程用户则可以通过拨号上网 特别地，普通电话用户则可以通过 PSTN经H.323网关与IP网络用户进行通话 由于PSTN规模庞大，所以H.323网关对PSTN与IP网络互联起着关键的作用。 上图GateKeeper与 RAS Directory Server可以在一个服务器上，有时甚至可以和 DNS Server 合并。而上图的 GateKeeper或 RAS Directory

15、Server 也可包含 MCU 的功能。 3、传输协议 在 IETF 的 MMUSIC 工作组的草案The In ternet Multimedia Co nference Architecture中定义的视讯会议的协议栈如下图2-4所示： | | | | | Conference | Conference | Audio/ | Shared | | Setup & Discovery | Course Control | Video | Applications | +-+ + | S D P | Distr. | RTP / | Reliable | | | SAP | SIP | HTT

16、P | SMTP | RSVP | Ctrl(1)| RTCP |Multicast(2)| | +-+ +-+ | UDP | T C P | |U D P| + |IP + IP Multicast| + |Integrated Services Forwarding| + 图 2-4 Internet Multimedia Conferencing protocol stacks 一般说来，呼叫建立和控制大多建立在 TCP （面向连接）基础上，而音频流 的传送则建立在UDP （面向无连接）基础上，为保证传送的实时性，IETF增加 了几个重要的协议： 1）RSVP： （Resource R

17、eservation Protocol 一般说来，在 IP 网络上保留足 够的带宽用于多媒体的传送是十分困难的，为此IETF定义了资源预留 协议（RSVP）。RSVP允许接收者申请特定数量的带宽用以进行数据传 输，有了 RSVP，传统的无QoS（ Quality of Service）保证的IP网络获 得了 QoS保证。虽然RSVP没有在H.323的协议中提到支持，但大部分 H.323设备支持RSVP，因为RSVP是IP网络上视讯会议成功所必不可少的。要能够使用 RSVP, H.323的终端网关、Gateway、MCU必须支 持，IP网络上的路由器等也必须支持， RSVP在RFC2205RFC

18、2209中 定义。 2) RTP/RTCP: (real-Time Procol/Real-Time Control Protocol) RTP 是 IETF 定义的用以传送音频、视频流的协议，RTP建立在UDP上，在RTP的 头部，定义了一个时间戳(Time Stamp)，使得音视频的实时传送及同 步得到保证。RTCP则是控制和监视RTP及其QoS的协议。H.323是建 立在RTP基础上的。RTP/RTCP和RSVP 一起共用保证了 In ternet上视 频会议的QoS。RTP/RTCP协议见RFC 一八89和RFC 一八90。 另外，为了保证TCP协议上的数据能实时传送，IETF正着手制

19、订一个RTSP (Real-Time Streami ng Protoco)协议，目前出了草案。 各种主要的语音压缩 4、话音压缩标准 G.711 64 kbit/s G.722 48 64 kbit/s GSM610 一三.3 kbit/s G.728 16 kbit/s G.723 5.3 kbit/s 或 6.3 kbit/s G.729 8 或一三 kbit/s bit流速率如下: H.323定义H.323终端必须支持 G711, IMTC的VoIP论坛建议将 G.723.1 定义为In ternet电话的一个基本的压缩方法。 在通话双方不说话时不传送话音数据能有效地节约带宽，但为防止

20、静音压缩 时通话听起来时断时续的感觉，建议在静音过程中加上背景噪声，IMTC的VoIP 论坛提出了可变参数的背景噪声传递方法。 5、DTMF码的传送 如果通话过程中用户按了键(DTMF码)，则声音的RTP流中就包含了 DTMF码的声音，但考虑到声音的压缩和传输，有可能在接收端解码时辨别不出 DTMF 码，因此建议 DTMF码和声音流分开传送。IEFT的AVT工作组提出了RTP Payload for DTMF Digits草案，IMTC的VoIP论坛也据此提出了解决办法。 6、控制 H.323的系统控制包括：H.245控制、Q.931呼叫信号控制和RAS控制。 H.245控制信道是一个可信通道

21、，用来承载控制信息用以对H.323实体的操 作，这些控制包括：性能交换、打开或关闭逻辑通道、优先级请求、流程控制信 息以及基本的命令和指示等。 呼叫信号通道利用Q.931在两个终端间建立连接。 RAS信号通道完成注册、访问权限、带宽改变及状态更新等。RAS信号通 道一般在终端和 Gatekeepe涧建立，如果Gatekeeper不存在，那么就没有 RAS 通道。 般地，两个通道终端间的 H.323信息流如下图2-5所示: H.323 Q.931 H.245 Media H.245 Messages Ope n丄ogicaLCha nn els RTCP address) (RTCP & RTP

22、 addresses) A RTP stream 丄 J RTP stream a RTCP stream (RTCP & RTP addresses) |(RTCP address 图 2-5 H.323 Message Flow 7、呼叫建立 在H.323中定义了各种情况下的呼叫建立过程。在IMTC的VoIP论坛中也 H.323 Terminal #1 H.323 Terminal #2 定义了呼叫建立过程。图2-6是两个H.323终端建立呼叫过程的示意图。 Ope n TCP Cha n H.225: Admissi on Request (ARQ) i H.225: Admissi o

23、n Co nfirm (ACF) nel For Q.931 Q.931 Setup H.225: Admiss ion Request (ARQ) * onnect H.225: Admiss ion Confirm (ACF) Q.931 C Ope n TCP Chan nel For H.245 1 H.2 45 Term Cap H.245 Te rm Cap H.2 K 45 Term Cap H.245 Te K rm Cap Excha nge Of Master Slav e Termin ati on Messages. 一H.245 ope n audio ogical

24、cha nnel w H.245 ope n audio log ical cha nnel Ack H.245 ope n audio k ogical cha nnel H.245 ope n audio log ical cha nnel Ack 一Full Duplex Audio Sent In Both Directio ns Vith Tran scodi ng In The Gateway H.323 Gatekeeper 图 2-6 H.323 Call Setup &目录服务 目录服务包含两个概念：一是能有效地建立一个集成的、 互操作性好的并能 适应现在和未来需要的In t

25、ernet目录服务；一是能对目录进行有效地访问控制、 方便快捷地搜索和索引。目录中应包括名称、别名、地址等一系列数据。目录服 务是In ternet管理的一个非常重要的方面。 目前，In ternet上流行许多种类的目录服务，(X.500, WHOIS+, LDAP NETFIND等等)。IETF成立了两个工作组来进行目录服务的研究。1) IDS(Integrated Directory Servece 2) ASID (Access, Searchig and Indexing of Directory) 0 IMTC的VoIP论坛建议将LDAP作为目录服务的协议，并还定义了 对动态IP地址

26、的管理等的一系列建议。 9、标准 现在，我们将In ternet电话的一些主要的标准列出： 1) ITU-T (International Telecommunication Union): ITU-T H.323: Visual Teleph one System and Equipme nt For Local Area Networks Which Provide A Non-Guara nteed Quality of Service. ITU-T H.245: Con trol of com muni cati ons betwee n Visual Teleph one Syste

27、ms and Terminal Equipment. ITU-T H.225.0: Media Stream Packetization and Synchronization for Visual Teleph one Systems on Non-Guara nteed Quality of Service LANs. ITU-T T.120: Tran smissi on protocols for multimedia data. ITU-T Q.931: Digital Subscriber Sig nali ng System No. 1 (DSS 1) - ISDN User-N

28、etwork In terface Layer 3 Specificati on for Basic Call Con trol. ITU-T G .723: Dual Rate Speech Coder for Multimedia Commu ni catio ns Tran smissio n At 5.3 And 6.3 kbit/s. ITU-T G.729: Coding of Speech At 8 kbit/s Using Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction(CS-ACELP). 2) IET

29、F (Internet Engin eeri ng Task Force) RFC 一八 89: RTP: A Tran sport Protocol for Real-Time Applicatio ns. Audio-Video Transport Working Group. RFC 一八 90: RTP Profile for Audio and Video Conferences with Minimal Control. RFC 2205: Resource ReSerVation Protocol(RSVP) -Version 1 Functional Specification

30、. RFC 2206: RSVP Ma nageme nt In formation Base using SMIv2. RFC 2207: RSVP Extensions for IPSEC Data Flows. RFC 2208: Resource ReSerVation Protocol(RSVP) - Version 1 Applicability Stateme nt Some Guideli nes on Deployme nt. RFC 2209: Resource ReSerVation Protocol(RSVP) - Version 1 Message Processin

31、g Rules. RFC 1777: LightWeight Directory Access Protocol. RFC 1959: An LDAP URL Format. RFC 一八 23: The LDAP Applicati on Program In terface. 10、总结 以上简单介绍了以H.323为基础的In ternet电话及音频、视频服务，与之相 关的协议和建议ITU-T和IETF等正陆续推出（如计费管理、安全及加密等）， 总的说来，H.323具有如下一些基本特点： 1）编码、解码标准。H.323提出了标准的编解码方案，从不同厂家购买的 符合H.323的设备都支持这些

32、方案。 2）互操作性。H.323提供了一个共同的协议标准使得不同厂商的客户终端 可以互通，H.323还建立了一个基本的呼叫建立和控制协议。 3）网络独立性。H.323描述了一个共同的网络结构，并提供了网络带宽管 理。 4）平台和应用独立性。H.323跟硬件和使用的操作系统无关，因此，H.323 使用于尺寸不同的各种终端上，如PC机、Unix、特定平台或电视机置 顶盒中。 5）多点支持。H.323支持三点或多点会议。 6）带宽管理。H.323提供了带宽管理，保证了音视频传送的质量。 7）多址支持。H.323既支持点对点通讯，也支持多址广播方式，这对多点 会议的支持很方便。 8）裁减方便（伸缩灵活

33、）。H.323提供了灵活的裁减方案，终端可以仅支持 声音传送，也可支持视频和数据传送。 9）支持网络内和网络间会议。H.323可以支持网络内及远程联网的会议， 同时还支持异种网间的网络会议 三、In ternet电话参考资料： 1、组织： ITU-T (In ternatio nal Telecom mun icati on Union) 网址： IETF (Internet Engineering Task Force) (xietfxri.reston.va.us) IETF成立了如下一些工作组用以研究 Voice Over Network(VON): IMTC (Inte

34、rnet Multimedia Telecofere nci ng Con sortium) (xcs n.n et/imtc) IMTC由几十家全球最主要的In ternet、网络、软件和硬件厂商组成，IMTC专门 成立了 VoIP论坛，用以进行VON的研究,VoIP推出IA(Service Interoprability Impleme ntation Agreeme nt建议，目前版本 1.0，IMTC 对 In ternet 电话标准的 建立起着重要的作用。IA建议的路标见图3.1.1。 其他一些组织及研究团体： ITCA: International TeleConferencing

35、 Association IMA:International Multimedia Association ETSI: European Telecommunications Standards Institute 2、软件： 这里列出了 1996 年最好的 10 种 In ternet Telepho ny.(xpulverx/reports 列出) 1. VocalTec Internet Phone xxvocaltecx 2. TeleVox xxvoxwarex 3. NetMeeting xxmicrosoftx/netmeeting 4. In tel Internet Vide

36、o Phone xxintelx 5. CU-SeeMe xxwpinex 6. CoolTalk xxnetscapex 7. WebPhone xxnetspeakx 8. FreeTel xxfreetelx 9. VDOPhone 10. Net2Phone xxnet2phonex 3、网关 1. VocalTec xxvocaltecx/telephon.htm 2. Micom V/IP xxmicomx/press/VIPi ntro.html 3. Webce ntric Communi cati ons xxwebce ntric .net 4. Netspeak xxn etspeakx 5. 6. Telet Communications xxdialwebx 7. CallWare xxcallwarex 8. Phonet Ltd. xxphonet.co.il AlphaNet Telecom (Uni post) xxAlphaNet. net 四、In ternet电话的展望： 在第一节已经提到，到2010年，In ternet电话将占到国际长话业务的28%, 有50%的美国家庭将接入In terneto In ternet电话随着In ternet的飞速发展而发展， 我们可以这