IP电话协议及其比较

1、IP电话协议及其比较一、IP电话业务发展现状所谓IP电话,是指主要以Internet作为传输媒介的一种新型电话系统。实际上是一种数字电话。从l995年提出到现在,时间虽然不长,但它的发展却非常迅速,原因就是它的物美价廉。从1999年4月开通 IP电话试验网到l999年的9个月中,IP电话话务量总计达到 10387万分钟。 2000年4月中国IP电话开始正式运营,截止到2000年底,IP电话业务量增长到307492万分钟。2O00年IP电话占国内长途比例达到4.3%、港澳台电话比例达到5.4%。 IP电话国际长途通话时长已经占到话务量的20%,已经大量分流了中国国际话务量。二、IP电话的组成IP

2、电话系统一般由以下几部分组成:终端、IP电话网关、关守、网管与监控系统、计费系统和数据库等。IP电话的终端可以有多种类型,其中包括传统的语音电话、ISDN终端、 PC,也可以是集语音、数据和图象于一体的多媒体业务终端。由于不同种类终端产生的数据在结构上是不同的,要想在同一个网络上传输,就要通过网关或适配器进行数据转换,形成统一的IP数据包。IP电话网关负责提供IP网络和传统PSTN的接口。网关可以支持各种电话线路,包括模拟电话线、数字电话线和数字中继线,并提供语音编码压缩、呼叫控制、信令转换、动态路由计算等功能。目标搜索、连接管理、IP分组的封装与传输、支持高级信令、认证授权、接入、计费也是其

3、功能。关守是整个系统的服务平台,负责系统的管理配置和维护,充当整个IP电话网的“控制板”。关守的主要功能包括IP电话网关的地址变换、用户认证、带宽控制和区域管理。此外,关守还提供呼叫管理、记帐、类似目录服务等功能,这些服务对那些在IP网络上安装多个电话网关的系统来说十分关键。关守在所管辖的区域范围内,管理所有的IP电话网关,并对IP电话网关发来的查询,以适当的 IP电话网关的IP地址回答。网管与监控系统是为网络管理人员提供的管理工具,用于实现对IP电话网络体系中各种组件的管理和监控工作。它提供良好的用户界面,使网关人员可以方便地控制所有的系统组件,包括网关、关守等。该系统的功能包括:设备的控制

4、及配置、数据配给、拨号方案管理及负载均衡、远程监控等。计费系统实现对呼叫计费、漫游计费、数据计费等,对从不同入口(公话网、数据网、不同类型用户(拨号用户、专线用户等实现集中式计费,并提供相应的单据和统计报表。IP电话主要建立在目前公共电话网和 IP网络互联的基础亡。因而解决好不同标准的网络系统的连接,就变得非常重要。经过 IP传送的话音,可能需要经过公共电话网、因特网等不同的网络系统。对此,不同网络系统的运营商可以有不同的解决方案。三、IP电话的标准要使IP电话普及发展,必须建立一个统一的国际标准,使不同厂家的产品实现互通。目前参与IP电话技术标准开发和推广的组织超过20家,其中最具有影响力的

5、国际标准化组织主要有四家:国际电信联盟电信标准部(ITU-T、欧洲电信标准协会(ETSI、Internet工程任务组(IETF和多媒体远程会议集团(IMTC-International Multimedia Teleconferencing Consortium。其中ITU-T 从电信标准的角度,以 H.323系列标准构成了一套基于分组网络的多媒体方案; IMTC侧重互操作性,对IP网上的通信设备提出开放式的标准指南,以保证产品的横向兼容和互操作性;IETF是Internet的组织,更多的是从 IP发展的角度来论述与IP电话相关的协议和标准;ETSI则从工程建设的角度,将Internet直接推

6、向商业运营,提出各种建设方案。由于IP电话技术标准的开发涉及多个领域,这几家开发组织相互之间建立了比较良好的协作关系,而其它机构主要是发展、充实、实现相推广这些标准。目前涉及 IP电话的协议共分四层,网络媒质访问层(PPP、AAL3/4/5、网络层(IPv4、 IPv6、传输层(TCP、UDP、应用层。每一层又由许多子协议构成。有关电话制定的标准主要体现在应用层。而应用层又分为信令控制协议、网关控制协议、媒体编码和传输协议。1 媒体编码和传输协议传输协议包括实时传输协议、实时传输控制协议、实时流协议和资源预留协议。实时传输协议(RTP传输具有实时特性的数据。它提供端到端的实时音频和视频传输,但

7、RTP本身不提供任何机制保障媒体数据的及时传递和和丢包的恢复,也不承诺某些特殊应用的带宽要求。RTP和TCP除了有一点不同外,其余的十分相似,即当差错造成分组丢失时,RTP不要求进行重传,它依赖底层协议来提供这些服务。因为H.323系统基于在 IP网络上传输数据,因此RTP通常在UDP 上传输数据包。RTP和UDP一起提供传输协议的功能。在 H.323系统中,RTP提供净荷类型、序号和时间戮等指示、进行发送控制、负载标识,可控制不同媒体流的同步,还允许建立点对点的多点语音连接,具有较强的时间性。实时传输控制协议(RTCP-real-Time Control Protocol检测QoS和传送会议

8、参与者的信息。它是RTP协议的一部分,用于RTP的控制。RTCP负责跟踪监视网络的服务质量、通信带宽和网上传送的信息,并定期将包含服务质量信息的反馈信息分发给所有瑞点。例如,一旦所传输的多媒体信息的带宽发生变化,接收端就通知发送端,发送端根据此信息进行调整,然后继续通信。RTCP还负责把传输等级的指示传送给RTP源点,以便于接收端同步音频和视频流。实时流协议(RTSP-Real-Time Stream Protocol用于控制具有实时特性的数据传送。该协议用于控制多类型数据传送的会话,提供一种选择传送信道的方法。资源预留协议(RSVP在实时音频和视频信号的传榆过程中提供资源保障信息。2 信令控

9、制协议信令控制协议主要包括H.323系列协议和31P系列协议。国际电联的H.323基本上是一种兼顾传统呼叫流程和IP网特点发展而来的成熟的开放标准体制,代表了VoIP的大潮流。它的特别之处是吸取了许多电信网的组网、互联和运营经验,能够与PSTN网,以及其他数据业务和应用网互联互通。采用H.323技术体制,VoIP运营商可以基本上继承传统运营商的管理不口运维模式。SIP协议借助于互联网技术并且在发展初期的实现条件比较简单。SIP技术基本上是基于动态Internet模式来建网的。它的网络不是一个多层次的网络,而是一个扁平的单层次网络,呼叫流程与PSTN网有所不同。但在SIP网上则靠动态数据库的方式

10、来寻址,甚至可以没有长途和短途之分。SIP模式的优点是与Internet紧密结合,适于开发新的、与互联网结合的语音应用;其缺点是在组网、管理、运营、计费方面的考虑还有待成熟,在与传统 PSTN网的互联互通方面对一些非正常情况的处理还有待完善,在组建VoIP大网的实践方面,还有待积累经验。H.323建议是一个较为完备的建议书,它提供了一种集中处理和管理的工作模式,这种工作模式与电信网的管理方式是适配的、这就是为什么电信网中使用的 IP电话几乎无例外地都采用了基于H.323的IP电话工作模式。它定义了在无服务质量保证的Internet或其它分组网络上多媒体通信的协议及其规程。Internet标准为

11、局域网、广域网、Intranet和Internet上的多媒体提供技术基础保障,同时又发展成为满足Internet电话技术复杂要求的协议系列。 H.323提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性,它不依赖于网络结构,独立于操作系统和硬件平台,支持多点功能、多播和带宽管理。H.323具备相当的灵活性,支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的会议。H.323系统结构包括五个基本组件:终端(Terminal、网关(Gateway、关守(Gatekeeper、多点控制单元(MCU和边界单元(Border Elements。其中终端、网关和多点控制单元又统称为H.323端点。由于H.323

12、是单域结构,并且其地址解析命令 LRQ用广播方式,又进一步限制了它的工作范围。因此有人认为H.323模式只适用于小网,不适宜大网。实际上在H.323的基础上,采用多缎多域 IP电话体系结构和多层非广播方式地址解析机理,列以克服这个问题。目前的理论和实践都表明H.323有能力做成任意规模的IP电话系统。还有人认为H.323建议过于复杂,从而造成基于H.323建议的 TP电话系统也过于复杂。对于任何个通信系统来说,在它的需求明确后、从系统角度来看,它的系统复杂度已经确定,剩下的只是功能分配问题,是功能集中在中央还是功能分配到边缘,这是要根据具体环境和管理体系而定的,不可概而论。对于从电话到电话的I

13、P电话来说,功能不可能分配到边缘,只能用集中管理相处理方式,因而H.323模式实际上是一种很好的工作模式。由于ITU发展的H.323协议更多地考虑满足传统通信的要求,对以Web为基础的新应用考虑不足。为满足上述发展的需要,IETF近年来发展的SIP系列协议提出了另一套IP电话的体系结构,是一个与 H.323并列的协议。它是一个应用层控制协议,用来创建、修改以及终结一个或多个参与者参加的会话进程。这些会话包括 Internet多媒体会议、Internet电话、远程教育以及远程医疗等。SIP(Session Initiation Protocol协议是Internet多媒体通信和控制协议体系的一部

14、分,该协议族包括会话描述协议(SDP、会话发布协议(SAP和会话启动协议。会话描述协议用于描述会话发布、会话邀请以及其他形式的多媒体会话。会话发布协议就是用于处理多播和单播会话,描述分组的协议,它定义了会话目录传送所使用的封装分组的格式。会话启动协议用于建立启动、维持和终止有一个或多个参与者的多媒体会话或呼叫。其他协议包括用于预留网络带宽资源的RSVP、用于多媒体数据传输并提供QoS反馈的 RTP/RTCP、用于多媒体流数据分发控制的RTSP。而且将来随着该体系结构的不断发展和完善,还会有其他新的协议产生,加入该协议体系。但SIP协议所规范的操作以及相应的功能独立于其他协议。这种会话可以是话音

15、、视频、文字聊天、交互游戏,甚至虚拟现实等。SIP是一个基于文本的协议,类似于HTTP和SMTP。SIP协议借鉴Web业务成功的经验,以现有的Internet为基础来构架IP电话业务网。SIP有着与 H.323完全不同的设计思想,它要求网络的核心设备只有很少的智能或没有智能,网络的智能推向边缘。SIP系统中核心网络服务器不保留状态,因为核心网络服务器需要处理大量的呼叫,不保留每一呼叫的状态,将大大提高系统的处理能力。边缘网络设备有状态,业务网的管理功能也由边缘网络设备来完成。这种stateless和stateful结合的模式既可以充分发挥SIP 的特点(如用户定位和查找,又保留了Interne

16、t无连接数据报传送的设计思路。与H.323协议为基础的 IP电话相比,SIP协议需要相对智能的终端。终端需要包含用户代理客户机和用户代理服务器两部分,由这两部分实现呼叫请求、呼叫应答和一些用户的特定需要,正是因为SIP系统有了相对智能的终端系统,所以它才有可能实现用户个性化的需要。对于用户终端是非智能终端的场合,也可以使用 SIP协议作为呼叫信令,但这将大大削弱 SIP协议特有的优势,如支持用户的移动性、用户对来话的选择性以及与Web相结合的一些应用。普通电话终端的使用SIP协议的 IP电话网络由普通电话、PSTN网、网关、IP网络组成。其中网关设备应兼有UAC和UAS 功能,这时相当于将智能

17、用户终端向网络中间推移,由网关实现智能终端的功能。但在这种情况下,SIP协议所支持的用户个性化特点将大大地被削弱,因为在这种情况下,网关需要为多个用户服务而不是为单个用户设计。SIP 协议一方面借鉴了 Internet 其它的标准和协议的设计思想，在风格上 遵循 Internet 一贯坚持的简练、开放、兼容和可扩展等原则。另一方面，它也 考虑了对传统公众电话网的各种业务， 包括 IN 智能网业务和 ISDN 综合业务数字 网业务的支持，它也支持“个人移动”。SIP 支持多媒体通信的五种信令功能： 用户定位(确定参与通信的终端；用户通信能力的协商(确定通信的媒体类型和 参数；用户意愿的交互(确定

18、被叫是否愿意参与通信；建立呼叫(包括向被叫 “振铃”，确定主叫和被叫的呼叫参数；呼叫处理和控制(包括呼叫重定向、呼 叫转移、咨询呼叫、中止呼叫等。 SIP 网络的基本结构由用户代理和 IP 网络组成。 其中 IP 网络包含 SIP 系统 所必需的各种网络服务器。用户代理有用户代理客户机(UAC和用户代理服务器 (UAS， 其中用户代理客户机用于发起呼叫，而用户代理服务器则用于响应呼叫。 用户代理客户机和代理服务器构成了用户端必备的应用程序， 由这两个应用程序 完成呼叫的发起和接收。网络服务器也有两类，它们是代理服务器(proxy和重 定位服务器(redirect。 代理服务器类似于 HTTP

19、的 proxy 和 SMTP 的 MTA(Message Transfer Agent，它本身并不对用户请求进行响应，只是转发用户的呼叫请求、 然后将自身地址加入该消息的路径头部分， 以保证将响应按原路返回并防止环路 的发生。重定位服务器非常类似于 DNS，它收到用户的请求后，若判定自身不是 目的地址，则向用户响应下一个应访问服务器的地址，而不是转发请求报文。一 次正常接续的流程是： · · · · UAC 向网络服务器(proxy 或 redirect发出呼叫请求； 网络服务器(proxy 或 redirect）通过名字查找，用户定位，最终找到被叫 UAS； 被叫 UAS 响应用户请求(拒绝或接受请求，该响应沿原路返回； 主叫 UAC 收到响应后，接通被叫或者终止这次呼叫请求。 与 SIP 系统可以类比的是 Web 系统，Web 系统也是一个将智能分散到边缘的 系统。在 Web 系统中，Web Server 是没有智能或只有很低的智能，它的全部工 作是， 接收来自用户的 URL(相当于文件系统的文件名， 根据 URL 查出相应文件， 再将文件发给用户。它不记录用户的检索过程，不保留用户状态。因而它能处理 的用户数大大多于传统信息检索