IP电话管理知识原理

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IP电话原理马可主讲IP电话原理路由器及A8010用服人员培训教材华为技术简介：本文从以下几个方面阐述了Internet电话的研究发展状况：Internet电话带来的冲击Internet电话的原理Internet电话前景展望一、Internet电话带来的冲击：1995年，美国电信运营协会（ACTA，America’sCarriersTelecommunicationAssociation）向美国联邦通信委员会（FCC，FederalCommunicationCommission）提交诉状，起诉几家在Internet上提供服务的公司扰乱电信秩序，进行不正当竞争等。这几家公司包括VocalTec（产品InternetPhone）、ThirdPlanetPublishingInc.（产品DigiPhone）、InternetTelephone（产品WebPhone）、Quarterdeck（产品WebTalk）等。这一举动表示，Internet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/Intranet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Internet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。Lucent则建立了一个试验网进行IP电话试验。据美国ActionInformationServices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Internet传送，到2005年将达到10%～16%，到2010年则达到28%。（最新的统计数字，IP电话$600亿） 驱使Internet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Internet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Internet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，Internet电话的发展速度也就可以理解了。驱使Internet话音业务飞速发展的另一个因素是技术的发展。以往，Internet电话留给人的印象是话音质量低劣、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ITUH.323一系列协议的推出，使得Internet电话的规范逐步完善，各厂商的设备可以互通；另一方面，Internet的大力兴建及硬件设备性能的提高为Internet电话的顺畅提供了保证；Internet电话的原理1、Internet电话的基本组成及标准：在1996年之前，各厂商就纷纷推出了Internet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MMUSIC（MultipartyMultimediaSessionControl）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Internet电话标准的执行规范。H.323标准提供了基于IP网络（包括Internet）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（MCU，MultipointControlUnit），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.323H.320H.321H.322H.324ApprovalDate19961990199519951996NetworkNon-GuaranteedbandwidthpacketswitchednetworksNarrowbandSwitcheddigitalISDNBroadbandISDN,ATMLANGuaranteedbandwidthpacketswitchednetworksPSTNorPOTS,theanalogphonesystemVideoH.261,H.263H.261,H.263H.261,H.263261,H.263H.261,H.263AudioG.711,G.722,G.728,G.723,G.729G.711,G.722,G.728G.711,G.722,G.728G.711,G.722,G.728G.723MultiplexingH.225.0H.221H.221H.221H.223ControlH.245230,H.242H.242242,H.230H.245MultipointH.323231,H.243231,H.243231,H.243DataT.120T.120T.120T.120T.120Comm.InterfaceTCP/IPI.400AAL,363,AJMI.361,PHYI.400400&TCP/IPV.34Modem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，可选择支持视频和数据传送。同时，H.323定义了能传送的声音标准（G.711、G.723和G.729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。VideoI/Oequipment225.0LayerReceivePathDelayVideoCodecH.261,H.263VideoI/Oequipment225.0LayerReceivePathDelayVideoCodecH.261,H.263AudioCodecAudioCodec711,G.722G.723,G.728G.729AudioI/OequipmentAudioI/OequipmentUserDataApp.T.120,etc.UserDataApp.T.120,etc.LocalAreaNetworkInterfaceLocalAreaNetworkInterfaceSystemControlH.245ControlH.245ControlCallControlH.225.0SystemControlUserInterfaceCallControlH.225.0SystemControlUserInterfaceRASControlH.225.0RASControlH.225.0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ISDNH.320终端）间的互联接口。主要包括传输格式的转换（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Internet）,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：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。访问控制：设定访问者的权限，提供允许或拒绝访问等管理。带宽控制：根据网络带宽，GateKeeper控制访问的人数以确保通道顺畅。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。一般的Internet电话的组网图：(见图2-3)图2-3Internet电话组网图 一般，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RASDirectoryServer可以在一个服务器上，有时甚至可以和DNSServer合并。而上图的GateKeeper或RASDirectoryServer也可包含MCU的功能。3、传输协议在IETF的MMUSIC工作组的草案《TheInternetMultimediaConferenceArchitecture》中定义的视讯会议的协议栈如下图2-4所示：|<ConferenceManagement>|<MediaAgents>|||||Conference|Conference|Audio/|Shared||Setup&Discovery|CourseControl|Video|Applications|++++-++++|SDP||Distr.|RTP/|Reliable|||SAP|SIP|HTTP|SMTP|RSVP|Ctrl(1)|RTCP|Multicast(2)||++--+--++++--++++--+|UDP|TCP||UDP|+++++|IP+IPMulticast|++|IntegratedServicesForwarding|++图2-4InternetMultimediaConferencingprotocolstacks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：RSVP：（ResourceReservationProtocol）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（QualityofService）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RFC2205～RFC2209中定义。RTP/RTCP：(real-TimeProcol/Real-TimeControlProtocol)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（TimeStamp），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Internet上视频会议的QoS。RTP/RTCP协议见RFC1889和RFC1890。另外，为了保证TCP协议上的数据能实时传送，IETF正着手制订一个RTSP（Real-TimeStreamingProtocol）协议，目前出了草案。4、话音压缩标准各种主要的语音压缩bit流速率如下：G.711 64kbit/sG.722 48~64kbit/sGSM610 13.3kbit/sG.728 16kbit/s723 5.3kbit/s或6.3kbit/sG.7298或13kbit/sH.323定义H.323终端必须支持G.711，IMTC的VoIP论坛建议将G.723.1定义为Internet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《RTPPayloadforDTMFDigits》草案，IMTC的VoIP论坛也据此提出了解决办法。 6、控制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，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Gatekeeper间建立，如果Gatekeeper不存在，那么就没有RAS通道。一般地，两个通道终端间的H.323信息流如下图2-5所示：图2-5H.323MessageFlow7、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。图2-6H.323CallSetup8、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Internet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Internet管理的一个非常重要的方面。目前，Internet上流行许多种类的目录服务，(X.500,WHOIS++,LDAPNETFIND等等)。IETF成立了两个工作组来进行目录服务的研究。1)IDS(IntegratedDirectoryServece)。2)ASID(Access,SearchigandIndcxingofDirectory)。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地址的管理等的一系列建议。9、标准现在，我们将Internet电话的一些主要的标准列出：ITU-T(InternationalTelecommunicationUnion)：ITU-TH.323: VisualTelephoneSystemandEquipmentForLocalAreaNetworksWhichProvideANon-GuaranteedQualityofService.ITU-TH.245: ControlofcommunicationsbetweenVisualTelephoneSystemsandTerminalEquipment.ITU-TH.225.0: MediaStreamPacketizationandSynchronizationforVisualTelephoneSystemsonNon-GuaranteedQualityofServiceLANs.ITU-TT.120: Transmissionprotocolsformultimediadata.ITU-TQ.931: DigitalSubscriberSignalingSystemNo.1(DSS1)-ISDNUser-NetworkInterfaceLayer3SpecificationforBasicCallControl.ITU-TG.723: DualRateSpeechCoderforMultimediaCommunicationsTransmissionAt5.3And6.3kbit/s.ITU-TG.729: CodingofSpeechAt8kbit/sUsingConjugate-StructureAlgebraic-Code-ExcitedLinear-Prediction(CS-ACELP).IETF(InternetEngineeringTaskForce)RFC1889: RTP:ATransportProtocolforReal-TimeApplications.Audio-VideoTransportWorkingGroup.RFC1890: RTPProfileforAudioandVideoConferenceswithMinimalControl.RFC2205: ResourceReSerVationProtocol(RSVP)–Version1FunctionalSpecification.RFC2206: RSVPManagementInformationBaseusingSMIv2.RFC2207: RSVPExtensionsforIPSECDataFlows.RFC2208: ResourceReSerVationProtocol(RSVP)–Version1ApplicabilityStatementSomeGuidelinesonDeployment.RFC2209: ResourceReSerVationProtocol(RSVP)–Version1MessageProcessingRules.RFC1777: LightWeightDirectoryAccessProtocol.RFC1959: AnLDAPURLFormat.RFC1823: TheLDAPApplicationProgramInterface.10、总结以上简单介绍了以H.323为基础的Internet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：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的设备都支持这些方案。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。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。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。多点支持。H.323支持三点或多点会议。带宽管理。H.323提供了带宽管理，保证了音视频传送的质量。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。裁减方便（伸缩灵活）。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。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、Internet电话参考资料：组织：ITU-T(InternationalTelecommunicationUnion)网址：IETF(InternetEngineeringTaskForce)(ri.reston.va.us)IETF成立了如下一些工作组用以研究VoiceOverNetwork(VON):IMTC(InternetMultimediaTelecoferencingConsortium)(/imtc)IMTC由几十家全球最主要的Internet、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(ServiceInteroprabilityImplementationAgreement)建议，目前版本1.0，IMTC对Internet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: InternationalTeleConferencingAssociationIMA: InternationalMultimediaAssociationETSI: EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute软件：这里列出了1996年最好的10种InternetTelephony.(/reports列出)VocalTecInternetPhone TeleVox NetMeeting /netmeetingIntelInternetVideoPhone CU-SeeMe CoolTalk WebPhone FreeTel VDOPhone Net2Phone 3、网关VocalTec /telephon.htmMicomV/IP /press/VIPintro.htmlWebcentricCommunications Netspeak AlphaNetTelecom(Unipost) http://www.AlphaNTeletCommunications CallWare PhonetLtd. Http://www.phonet.co.il四、Internet电话的展望：在第一节已经提到，到2010年，Internet电话将占到国际长话业务的28%，有50%的美国家庭将接入Internet