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西安建筑科技大学硕士论文 视频会议系统中网守的研究与设计 专业：计算机应用技术 硕士生：李振辉 导j j i l i ：武维善教授 摘要 随着互联网和i p 技术的高速发展，v o l p 技术得到了广泛的应用。在v o l p 的各 种协议中h 3 2 3 标准最为成熟，市场占有率最高，并且适用于组建任何规模的i p 电 话网络。 本文介绍了一个基于h 3 2 3 协议栈的网守的设计与实现。该网守的设计面向电信 运营商或行业用户。它能够和其它h 3 2 3 设备互通，具有地址解析、呼叫接入、区 域管理、呼叫管理和带宽控制等功能，还支持w e b 远程管理，运行参数动态设定。 对注册鉴权，我们提供了完全授权，i p 地址绑定和密码绑定注册等三种方式，为此 我们设计了一个有限状态机，统一了三种不同方式的注册。本文对业界关注的 h 3 2 3 终端对于防火墙的穿越问题提出了种解决方案，此方案只需要在网守和终 端之间建立一个t c p 连接，对现有系统改动较少，也无须额外的硬件设备。 关键词：h 3 2 3 ，网络地址转换，防火墙，网守，v o l p 西安建筑科技大学硕士论文 t h er e s e a r c ha n dd e s i g no fg a t e k e e p e r i nc o n f e r e n c es y s t e m s p e c i a l t y ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o n & t e c h n o l o g y n m e ：l iz h e n h u i i n s t r u c t o r ： 妇彤e i s h a n a b s t r a c t a st h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n t e m e ta n di pt e c h n o l o g y ，v o l pt e c h n o l o g yi s w i d e l yu s e d a m o n gt h ev a r i o u sp r o t o c o l s ，h 3 2 3s t a n d a r di st h em o s tm a t u r ew i t ht h e h i 曲e s tm a r k e tq u o t i e n t ，a n ds u p p l yt oc o n s t r u c ta n yi ps c a l et e l e p h o n en e t w o r k t 扯sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fag a t e k e e p e r , w i t c hb a s e do n h 3 2 3p r o t o c 0 1 t h eg a t e k e e p e ri sd e s i g n e df o rt e l e c o mp e r a t o r so ri n d u s t r i o r sc u s t o m e r i t c a r lc o n n e c tw i t ho t h e rh 3 2 3f a c i l i t i e sw i mt h ec a p a b i l i t yo fa d d r e s st r a n s l a t i o n a d m i s s i o n sc o n t r o l ，z o n em a n a g e m e m ，c a l lm a n a g e m e u ta n db a n d w i d t hc o n t r o l ，e t e b e s i d e s i ta l s os u p p o r t sw e bm a n a g e m e n ta n dd y n a m i cm o d i f i c a t i o no fr u n n i n g p a r a m e t e r s a st ot h er e g i s t r a t i o nr i g h t ，w ep r o v i d et h r e ew a y s ，t h a ti st h er e g i s t r a t i o no f 柚la u t h o r i z a t i o n ，i pa d d r e s sb o u n da n dc o d eb o u n d w i t ht h i sp u r p o s e ，w ed e s i g n ea f m i t es t a t em a c h i n e ，a n du n i t e dt h et h r e er e g i s t r a t i o n s ，t h i sp a p e rs u b m i t sas o l u t i o n t o w a r d i n gt h ep e n e t r a t i o no ft h eh 3 2 3 t e r m i n a la n dt h ef l r e w a l lc o n c e r n i n gb yt h e i n d u s t r yf i e l d t h es o l u t i o ni so n l yr e q u i r e dt oe s t a b i l i s hat c p c o n n e c t i o nb e t w e e nt h e g a t e k e e p e ra n dt h et e r m i n a lw i t h o u n tm u c hc h a n g eo ft h ee x s t i n gs y s t e ma n do fa d d 峁n a l ， h a r d w a r ed e v i c e k e yw o r d s ：h 3 2 3 ；n a t ；f i r e w a l lg a t e k e e p e r v o i p 声明 y 8 4 1 9 3 0 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位 已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的 所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：、虏新分孕 日期：州f j f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的 全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：虏纯洱导师签名：衫心他乏日期：钞f - r _ 注：请将此页附在论文首页。 a r q a c f a r j a s n 1 a a a a l g c d r f w g w g k g r q g c f i e t f m m u s i c i s d n i t u t l c f l r j l p q m c m c u m g m g c m p n g n n a t 缩略语 a d m i s s i o nr e q u e s t a d m i s s i o nc o n f i n n a d m i s s i o nr e j e c t a b s t r a c ts y n t a xn o t a t i o nn o 1 a u t h e n t i c a t i o na u t h o r i z a t i o na c c o u n t i o n a p p l i c a t i o nl a y e rg a t e w a y c a l ld e t a i lr e c o r d f i r ew a l l g a t e w a y g a t e k e e p e r g a t e k e e p e rr e q u e s t g a t e k e e p e rc o a f m n i n t e m e te n g i n e e rt a s kf o r c e m u l t i p a r t ym u l t i m e d i as e s s i o nc o n t r o l i n t e g r a t e ds e r v i c ed 弛t a ln e t w o r k s i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r l o c a t i o nc o n f i r m a t i o n l o c a t i o nr e j e c t l o c a t i o nr e q u e s t m u l t i p o i n tc o n t r o l l e r m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t m e d i ag a t e w a y m e d i ag a t e w a yc o n t r o l l e r m u l t i p o i n tp r o c e s s o r n e x tg e n e r a t i o nn e t w c l r k s n e t w o r ka d d r e s st r a n s l a t i o n 接入请求 接入确认 接入拒绝 1 号抽象语法表示 鉴别授权计费 应用层网关 呼叫详细记录 防火墙 网关 网守 网守请求 网守确认 因特网工程任务组 多方多媒体会议控制 综合业务数字网络 国际电联电信标准 地址解析确认 地址解析拒绝 地址解析请求 多点控制器 多点控制单元 媒体网管 媒体网管控制器 多点处理器 下一代网络 网络地址转换 西安建筑科技大学硕士论文 p b n p b x p d u q o s r a s r c f r r j r r q r t c p r t p s c n s i p t c p u d p v o i p v p n p a c k e tb a s e dn e t w o r k s p r i v a t eb r a n c he x c h a n g e p r o t o c 0 1d a t au n i t q u a l i t yo fs e r v i c e r e g i s t r a t i o n ，a d m i s s i o na n ds t a t u s r e g i s t r a t i o nc o n f i r m a t i o n r e ：g i s t r a t i o nr e j e c t r e g i s t r a t i o nr e q u e s t r e a lt i m ec o n t r 0 1p r o t o c 0 1 r e a lt i m ep r o t o c o l s w i t c h e dc i r c u i tn e t w o r k s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l t r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c o l u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l v o i c eo v e ri p v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k s 包交换网络 专用用户小交换机 协议数据单元 服务质量 注册、接入和状态查询 注册确认 注册拒绝 注册请求 实时控制协议 实时协议 电路交换网络 会话启动协议 传输控制协议 用户数据报协议 在i p 上传输语音 虚拟专用网络 西安建筑科技大学硕士论文 第一章绪论 1 1v o l p 的历史背景和现状 v o l p l l l ( v o i e eo v e ri p ) ，是在以i p 为网络层阱议的计算机网络中进行语音通信 的实现技术的统称，而一般将i p 电话这一名词作为v o l p 通信系统的代称。伴随这 二十世纪末i n t e r n e t 取得的巨大成功，i p 技术成为未来信息网络的支柱技术之一， 以i p 为核心的分组化和咀移动通信为核心的无线化已成为电信网络演进的主流方 向。近年来，在市场利益和计算机通信技术发展的双重推动下，基于i p 的多媒体 通信发展已经成为世界关注的热点。而随着l p 网络技术逐渐进入电信领域，i p 网络 电话的成功开发和应用也展示着以i p 为基础的新一代信息网络的美好前景。 从历史上看，以分组技术承载话音的实验最早出现在美国。1 9 7 4 年8 月，在西 海岸的南加州大学的信息科学研究所( i s i ) 和东海岸的林肯实验室( l l ) 首先进 行了分组话音实验。语音编码为9 6 k b i t s 的连续可变斜率增量调制( c v s d ) ，并 采用静音检测技术( v a d ) 。随后美国、英国、意大利等国于七、八十年代在总线 型局域网、令牌环、以太网上进行了大量的实验，深入研究了分组时延的原因、分 组话音通信协议、链路利用率和话音分组同步等问题。1 9 9 6 年，i t u t 通过了局域 网上支持可视电话通信的网络协议h 3 2 3 ，同年i e t f 推出了i p 电话通信的网络协 议s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) ，标志v o l p 技术进入了标准化和大规模实用化 阶段。 从通信方式上看，v o l p 技术经历了早期的i p 电话软件时期，已经进入了目前 的i p 电话网关时期。早期v o l p 通话形式为p c 到p c ( i p 接入接出，i p 主干) ， 使用p c 这一通用平台，其话音质量很差，而且要求主叫和被叫用户同时在线。其 后的商用公司开发出p c 到电话的通话方式( i p 接入，i p 主干，市话接出) ，比较 适用于单向主叫的情况，在国际电话市场上赢得了一定的市场。目前国内最常见的 是电话到电话的方式( 市话接入接出，1 p 主干) ，其在长途电话上取得了巨大的成 功。随着v o i p 的发展，未来将会出现通话质量更好，容量更大，更多样通信服务 的电话口j 。 1 9 9 9 年4 月，中国国家信息产业部正式批准中国电信、中国联通、中国吉通三 1 9 9 9 年4 月，中国国家信息产业部正式批准中国电信、中国联通、中国吉通三 l 西安建筑科技大学硕士论文 家公司( 后期加入中国网通) 进行i p 电话业务实验。2 0 0 0 年4 月，正式开放了我 国的i p 电话业务，从此我国整个i p 电话市场发展呈现出蒸蒸日上的趋势，向着专 业化和多样化发展。2 0 0 1 年，i p 国际长途通话时长超过传统电话。2 0 0 2 年第一季 度，全国i p 电话通话时长占整个长途电话的比重增长到4 6 ，和传统电话“平分 天下”。目前整个i p 电话市场增长迅速，竞争激烈，大有全面占领长途电话市场 的势头。 目前综合来看，和传统电话相比i p 电话的优势包括如下： 1 、低廉的成本导致廉价的话费。 近二十年来，通信信道容量、超大规模集成电路以及软件技术取得了飞速发 展，这使得整个v o i p 技术成为可能，同时相比传统电话，成本大大降低，进而为 用户带来更廉价的通话方式。 2 、话音和数据的融合。 v o i p 的发展客观上促进了三网台一( 计算机网络、电信网络和有线电视网 络) ，大大丰富了通信内容。同时，利用统计复用、话音检测等技术，话音和数据 的融合也有利于提高带宽利用律。 3 、未来广阔的前景。 以礤为核心的分组化和以移动通信为核心的无线化己成为电信网络演进的主流 方向，未来v o i p 技术将承载视频、电视电话会议的多种增值服务。 1 2v o l p 准现行协议标框架 现行的v o i p 协议主要有以下三个：h 3 2 3 、s i p 和m g c p h 2 4 8 。 ( 一) h 3 2 3 h 3 2 3 t 1 1 1i t u t 研究开发的i p 网络实时多媒体通信标准协议族。h 3 2 3 是一个框 架协议【2 1 1 3 3 1 ，由呼叫控弗1 1 t 3 6 【3 7 1 、媒体编码、管理控制、网络安全和会议通信等一 系列协议组成，不但包括口电话应用，而且还包括了i p 视频和数据应用以及多媒 体会议应用。其主要目的是实现位于不同网络中的终端之间的音视频交互通信，这 主要通过网关进行双方信令和媒体的：互相转换问题。h 3 2 3 建议标准比较成熟，现 己称为v o i p 公认的国际标准，在工业界广为使用。 h 3 2 3 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【1 8 1 【3 4 2 0 l 。 2 西安建筑科技大学硕士论文 h 3 2 3 同时具备相当的灵活性，支持不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的 会议。h 3 2 3 的缺点是标准过于复杂，产品过于昂贵，且不能与s s 7 集成，扩展性 较弱。 ( 二) s i p 会话初始化协议( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ，s i p ) 由i e t fm m u s i c 提出，可 在i n t e m e t 终端之间建立会话的一个应用层控制协议。 和i n t e m e t 的其它协议类似，s i p 的出现，是基于计算机世界的客户服务器理 念，终端具有较高的智能性，可以独立请求、建立连接，并支持单播、组播和移动 性，网络只是为其提供路由、认证等业务。此外，s i p 还可以与s d p ( 会话描述协 议) 配合，动态调整和修改会话属性，如通话带宽，传输媒体类型及媒体编码格 式，而且采用文本格式，开发人员容易理解。 s i p 和h 3 2 3 相比具有较好的功能扩充性和网络可扩展性，易于实现，管理简 单。作为移动通信标准化组织的3 g p p 已经决定在s i p 协议基础上建立第三代移动 通信的全i p 网络，并要求未来的3 g 终端支持s i p 。s i p 的缺点是不够完善，t f 正不断进行修改和扩充，以满足实际应用的需要。此外s 诤单独应用的范围较窄， 需要和其它协议配合使用。 ( 三) m g c p h 2 4 8 随着网络开放需求的增加，提出了将h 3 2 3 网关分解的解决方案，即呼叫控制 和媒体处理相分离，其中呼叫处理部分由软交换或媒体网关控制器实现，媒体处理 部分由智能终端或媒体网关实现，m c j c p 和h 2 4 8 则为这两者之间的通信协议。 m g c p h 2 4 8 与h 3 2 3 和s i p 在不同的技术层面上。h 3 2 3 建议和s i p 协议提出 了两套完全独立的、不相兼容的i p 电话体系结构，二者之间且存在互通问题。而 m g c p 不仅可以用于h 3 2 3i p 电话系统，也可以用于s i p 的i p 电话系统，其实际上 将网关分解成媒体网关( m g ) 与媒体网关控制器( m g c ) 两个逻辑单元，为将来 满足大容量电信级的i p 电话按入，发展智能多媒体业务提供支持。 m g c p 于1 9 9 8 年提出，其随后被纳入i e t fr f c2 7 0 5 。其优点是其解决方案有 利于网关的互连，适合构建大规模网络，且由于可以和s s 7 信令网关配合工作，可 以和s s 7 网良好集成。m g c p 已经得到大量应用，是一个相对成熟的协议。 西安建筑科技大学硕士论文 1 3 课题来源及内容 本课题的任务是利用浙江南望图形图像研究所的现有资源开发基于h 3 2 3 的商 用v o i p 系统，该系统为行业用户提供一个完整的v o i p 解决方案，向客户提供网 关、网守、终端和相应的记费处理系统。整个系统的设计与实现耗时六个月，我在 其中主要负责与h 3 2 3 信令相关的部分工作。 1 4 本论文的内容安排 本论文共分为六章。 第一章为概述。 第二章从原理及协议等比较抽象的理论层面对h 3 2 3 系统进行了比较详尽的描 述。 第三章对网守系统的内部模块结构及其相互间的关系的论述，接下来论述了在 不同应用场合网守的组网结构。 第四章着重从信令方面对网守所要实现的功能的论述，详细论述了注册鉴和 n a t 的穿越问题，这也是作者本次在网守设计中所做工作的重点。 第五章是对论文所作工作的总结和展望。 西安建筑科技大学硕士论文 第二章基于h 3 2 3 协议的视频会议系统 h 3 2 3 系列建议定义了在无服务质量保证的i n t e m e t 或其它分组网络上多媒体通信 的协议及其规程。目前我国使用的i p 电话系统基本上都采用h 3 2 3 协议，它是由 i t u t 第1 6 研究组提出的。当时研究h 3 2 3 协议的初衷是希望该协议用于多媒体会 议系统，但实际上它却在i p 电话领域取得了广泛的应用。 i t u t 于1 9 9 6 年公布了h 3 2 3v 1 ，专门用于在服务质量( q o s ) 无保证的局域 网上传输多媒体业务。1 9 9 8 年通过了h 3 2 3v 2 ，把多媒体服务的传输环境推广至 分组网络( p b n ) ，在安全性和资源预留等方面做出了补充和修改，并加入了快速 连接和隧道机制。1 9 9 9 年的h 3 2 3v 3 重点增加了网关控制协议、管理域间协议、 移动管理协议、管理信息库( m i b ) 等。h 3 2 3v 4 则重点对q o s 的问题进行补充。 到目前，h 3 2 3 标准已经比较成熟，成为公认的分组网络多媒体通信的国际标准。 目前国内的v o l p 系统基本上是基于h 3 2 3 v 2 的。 2 1h 3 2 3 总体概述 2 1 1h 3 2 3 协议栈 i t 3 2 3 中利用了许多已有的成熟标准，定义了自己的协议栈，主要包括音、视 频编解码和数据传输协议，h 2 2 5 0 【5 】分组和同步标准和h 2 4 5 6 1 系统控制协议，实 时传输协议( r t p ) 和实时传输控制协议( r t c p ) 以及t c p i p 协议族，图2 - 1 所 示 图2 - 1h 3 2 3 的协议栈 西安建筑科技大学硕士论文 从功能角度上看，h 3 2 3 系统可以看成是视频、音频、控制信息的混合，具体 而言： - 系统控制 系统控制功能是h 3 2 3 终端的核心，它提供了控制h 3 2 3 终端进行正确操作的 信令。整个系统的控制由h 2 2 5 0 呼叫信令信道负责呼叫建立，h 2 2 5 0 r a s 信令负 责端点和网守间通信，h 2 4 5 负责介质信道的控制和协商。其0 0 e , a s 信道建立在 u d p 上，而h 2 2 5 0 呼叫信令信道和h 2 4 5 信道建立在t c p 层上。 分组与同步 h 。2 2 5 0 标准描述了在无q o s 保证的l a n 上媒体流的打包分组与同步传输机 制。h 2 2 5 0 对传输的视频、音频、数据和控制流进行格式化，以便输出到网络接 口，同时从网络接口输入报文中补偿接收到的视频、音频、数据与控制流。另外， 它还负责完成逻辑帧、顺序编号、纠错与检错功能。 音频编解码标准 h 3 2 3 系统的音频编码包括，g 7 11 t 蚋、g 7 2 2 t 9 、g 7 2 8 t 1 0 1 、g 7 2 9 t 1 9 1 、g 7 2 3 1 【1 2 】 以及m p e g 1 音频。此外，也可以协商采用其他编码方式。 视频编解码标准 主要是m p e g 和h 2 6 x 。和m p e g 相比，h 2 6 1 和h 2 6 3 更适合对头肩视频图 象的压缩，而头肩像是电视会议中最常出现的图像，所以，h 3 2 3 系统采用h 2 6 1 和h 2 6 3 为视频编码标准。 用t 1 2 0 ”1 为多媒体会议数据协议，而t 3 8 为传真协议。 除了t c p i p 协议族之外，为了应对h 3 2 3 系统的实时传输，又引入了r r r p 瓜t c p 协议，即实时传输协议和实时传输控制协议，为收发双方提供q o s 检测手段，但并 不能保证q o s 。 - 其它的新近协议进展 h 2 2 5 0 附件g ：管理域间的通信协议，描述管理域间呼叫所需的地址解析、接入 认证和应用报告。 h a 5 0 系列：已经完成的h 4 5 0 2 - h 4 5 0 7 规定了i p 电话补充业务的实现，分别是 呼叫转接、呼叫转移、呼叫保持、呼叫寄存与呼叫取回、呼叫等待和信息等待指 刁io h 4 6 0 系列扩展协议：已经完成的有h 4 6 0 1 ( 通用扩展框架协议) ，h 4 6 0 4 ( 呼 西安建筑科技大学硕士论文 叫业务等级标识) ，h 4 6 0 6 ( 扩展的快速连接特性) 。 t t 5 系列协议：是h 3 2 3 系统的移动性管理协议。 2 1 2i t 3 2 3 实体 图2 2 ，描述了h 3 2 3 网络组成和扩展。 图2 - 2h 3 2 3 系统结构图1 4 1 h 3 2 3 的基本网络实体有终端、网守( g k ，g a t e k e e p e r ) 、网关( g w ， g a t e w a y ) 和多点控制单元( m c u ，m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t ) 。h 3 2 3 的描述基于 分组网络，和网外终端通信，则必须通过h 3 2 3 网关进行传输格式和通信协议的转 换。 t t 3 2 3 的域是由网守管理的终端、网关和m c u 的集合，其中网守是唯一的。域 的定义是逻辑上的，和网络的实际拓扑结构无关，因而路由器和交换机等设备对于 网守是透明不可见的。以下参照h 3 2 3 的系统描述，详细说明了各实体的定义和特 性。 2 1 3 终端 h 3 2 3 终端可以与h 3 2 3 的实体进行实时、双向的通信。图2 3 描述了一个 h 3 2 3 终端设备，其中，虚框内的组成要素是h 3 2 3 协议所描述的。虚框外的音频 和视频装备、数据应用、网络接口和用户控制界面模块虽然也是h 3 2 3 终端的组成 要素，但并不在h 3 2 3 协议的描述范围之内。 西安建筑科技大学硕士论文 视频输入视频编 输出设备 解码器 接收路 径延迟 音频输入 音频编 输出设备解码器 l 用户数据应l t t 2 2 5 网络 i 用t 1 2 0 等10 层 接口 系统控制 1 t 2 4 5 控制 系统控制用 户界面 呼叫控制 r a s 控制 图2 3 终端及其逻辑组成 h 3 2 3 终端的必备特性： 音频编解码能力。其中的g 7 1 1 ( a 率及率) 编解码能力是必需的，低速率情况 下g 7 2 3 编解码，可选其它编解码格式【3 0 l 。 h 2 2 5 0r a s 控制。r a s 控制使用h 2 2 5 0 消息完成终端和网守问注册、许可、 带宽改变和脱离过程。r a s 信道和h 2 4 5 控制信道互相独立。在端点建立通信 中，最先打开r a s 信道。 h 2 2 5 0r a s 控制。呼叫功能使用h 2 2 5 0 呼叫消息在两个h 3 2 3 终端间建立连 接。呼叫信道与r a s 信道和h 2 4 5 控制信道互相独立。呼叫信道先于h 2 4 5 逻 辑信道打开。在没有网守的系统中，呼叫信道在两个端点间直接建立。若有网 守，其在端点和网守间建立，或者在网守指定的端点间建立。 h 2 4 5 控制。h 2 4 5 控制功能使用h 2 4 5 控制信道传送端到端控制信息，以管理 h 3 2 3 实体的操作，其完成功能包括：容量交换、开通和关闭逻辑信道、模式选 择请求、流控信息和一般性命令及指示。由于可能支持多个呼叫过程，h 2 4 5 控 制信道应当被置于逻辑信道0 ，并完成以下任务：主从判决、容量交换、分配逻 辑信道、模式设定、回环延迟判决等。 任选特性包括： 视频编码能力。具备视频编解码功能的h 3 2 3 终端必须可以进行h 2 6 1 q c i f 的编 r 西安建筑科技大学硕士论文 解码，同时可选其它编解码方式，如h 2 6 3 等。 数据应用包括电子白板、静止图像传输、文件传输、数据库访问。t 1 2 0 是h 3 2 x 系列终端的默认数据应用协议。 支持接收路径时延能力，维持多媒体信号间的同步和消除网络传输产生的时延抖 动。 2 1 4 网关 在h 3 2 3 终端与其它类型终端通信时，由网关来保证它们之间的互通性，这也 是网关最重要的能力。主要包括： 提供不同传输格式间( 如h 2 2 5 0 和h 2 2 1 之间) 正确的互相转换。 提供不同通信规程间( 如h 2 4 5 和h 2 4 2 ) 的正确的互相转换。 能分别提供分组网络和s c n ( s w i t c h e dc i r c u i t n e t w o r k ) 间的呼叫建立和清除。 任选特性包括： 不同音视频及数据格式的相互转换。 t 1 2 0 通过终端网关网关终端的方式，帮助终端寻求高速线路，取得更好 的通信效果。 总的来说，网关可以将网络端点透明的映射为s c n 端点，或相反。 一般h 3 2 3 端点问通信可以无需网关参与。若两个不同网段上的端点通信，也 可通过网关的参与绕过一个路由器或一段低带宽链路。 2 1 5 网守 h 3 2 3 系统中，网守主要为h 3 2 3 端点提供呼叫控制服务，是r a s 协议的实 现。虽然网守在h 3 2 3 系统中是可选项，但是实际上较大的h 3 2 3 系统中却常常有 多个网守，这是由于h 3 2 3 的网守有很强的管理功能( 整个域的管理中心) 1 2 4 。 网守所必须具备的特性包括： 地址转换。通过到达网守的登记消息建立翻译表，根据此表提供别名地址翻 译成传输层地址的服务。由于网守随时可能接收新的登记消息，所以翻译表是不 断更新变化的。 接入许可控制【1 7 】。根据h 3 2 3 端点的访问权限和使用带宽大小等情况，利用 西安建筑科技大学硕士论文 h 2 2 5 0 标准的许可请求、许可确认和许可拒绝( a r q a c f a r j ) 消息来发送、接 收、确认或拒绝呼叫。 带宽控制。利用h 2 2 5 0 标准的带宽请求、带宽拒绝和带宽确认 ( b r q b r j b c f ) 消息完成对端点占用带宽资源的动态分配。 域管理。对登记在域内的端点提供服务。 可选的服务包括：呼叫控制、呼叫批准、带宽管理等。 网守在逻辑上和其它端点分离，但其物理上实现时可能集成于终端、m c u 、网 关或i p 网络的非h 3 2 3 设备中。 2 1 6m c u 、m c 口m p m c ( m u l t i p o i n tc o n t r o l e r ) 和m p ( m u l t i p o i n tp r o c e s s o r ) 都是功能实体，可以 存于终端、网关、网守和m c u ( m u l t i p o i n t c o n t r o l u n i t ) 中。 m c 提供针对多点会议的控制功能。主要包括： 通过与每个端点进行能力交换，确定会议的能力集，在有端点加入或离开会议 时，修改能力集。 根据能力集，决定会议中各点的选定通信模式。 选择集中、分散或混合的会议方式。 多点会议中，m p 从端点接收视频、音频和数据流，处理后返送回端点。视频 处理包括视频交换和视频混合。音频处理包括音频交换、音频混合以及两种结合处 理。 m c u 是为多点会议提供支持的实体，包括一个m c ，可选用一个或多个m p 。 2 2h 3 2 3 通信过程 h 3 2 3 中将一次完整的点到点呼叫通信分成五个阶段；呼叫建立、通信初始化 和容量交换、音频视频通信的建立、呼叫服务、呼叫终止。 这里以大家熟悉的电话到电话的整个呼叫建立流程为例说明h 3 2 3 的通信过 程。图2 - 4 所示为单一网守下两个网关间进行呼叫建立的流程。 西安建筑科技大学硕士论文 图2 4 电话一电话呼叫建立流程 2 2 1 呼叫建立 呼叫建立过程使用h 2 2 5 0 所规定的呼叫控制消息。端点a 向端点b 发起一个 呼叫，首先a 向b 发送s e t u p 消息。端点b 发送a l e r t i n g 消息表示被叫已经被通知 有呼口q 前来。如果端点b 能在4 秒钟内用c o n n e c t ，c a l lp r o c e e d i n g ，或r e l e a s e c o m p l e t e 消息来响应s e t u p 消息的话，那么就不必再发a l e r t i n g 消息。下面就介绍 不同的网络环境下的呼叫建立过程，限于篇幅，仅给出几种简单常见的信令过程的 图示。 端点均未在网守登记 这是最基本的信令方式。端点a 首先根据端点b 的i p 地址和呼叫信令信道周 知t c p 端口号建立到端点b 的t c p 连接，即建立可靠的呼叫信令信道，然后在此 信道上发送s e t u p 消息，端点b 在c o n n e c t 消息中回送h 2 4 5 控制信道的端口号供 h 2 4 5 信令过程使用。过程如图2 - - 5 所示： 西安建筑科技大学硕士论文 端点a 端点b 芝l - 1 一call p r o c e e d i n g ； 卜一 a - 竺竺一 一 l connect 一 图2 5 两个端点直接呼叫建立的信令过程 端点在同一网守登记 这也是一种基本的信令过程，有两种信令交换的方式，即端点之间直接信令和 网守路由信令方式。 直接信令方式 图2 - 6 注册到同一个网守的两个端点的直接呼叫建立的信令过程 网守路由信令方式 西安建筑科技大学硕士论文 _ n s e t u p - l lcallp r o c e e d i n g ；型婴婴嵫一： ；一；一 ； c o m e ! ! ：一 图2 - 6 注册到同一个网守的两个端点的网守路由呼叫建立的信令过程 - 其它情况下协议方式 其它的情况还有仅主叫端点登记网守、仅被叫端点登记网守、主被叫在不同 网守登记、被叫侧网守路由情况的可选信令过程、重发码信令过程、网守控制多终 端呼叫等情况。 2 2 2 初始化通信和能力集交换 当呼叫双方都在上一阶段交换了呼叫建立的消息之后，如果决定使用h 2 4 5 ， 那么就建立h 2 4 5 控制信道。 2 2 3 建立音频视频通信 在能力交换和主从确定之后，使用h 2 4 5 建议来打开不同信息流的逻辑信道。 音频和视频流使用非可靠协议在h 2 4 5 建立的信道上传送。 2 2 ，4 呼叫服务 包括带宽改变，状态查询，以及h 4 5 0 x 系列规定补充服务等。 西安建筑科技大学硕士论文 2 2 5 呼叫终止 包括没有网守时的呼叫撤除，有网守时的呼叫撤除以及由网守来撤除呼叫。 网守1端点1端点2网守2 图2 7 注册到不同网守的两个端点呼叫拆除信令过程 通信的任何一方都可发起呼叫释放。图2 6 是通信双方注册到不同的网守撤除 呼叫的情形。 2 2 6 快速呼叫 一般的h 3 2 3 系统协议过程是首先利用h 2 2 5 0 信令建立呼叫，然后进行能力 交换，之后才能建立逻辑信道进行通话，过程比较复杂。快速连接过程就是将信道 建立过程和呼叫建立过程融合在一起，且省略能力交换的过程。主叫端点在s e t u p 消息的i 兀中置入“快速启动”( f a s ts t a r t ) 数据单元，该单元由若干个“打开逻 辑信道”( o l c - - o p e nl o g i cc h a n n e l ) 数据结构组成，每个o l c 描述主叫端点提议 的一个发送或接收媒体信道，包括立即打开此信道并在其上传送媒体信息所需的所 有参数。如果被叫端点愿意执行快速连接过程，则可以在主叫提议的o l c 中选取它 同意并能够支持的信道构成返回的快速启动数据单元，置入后向消息( c a l l p r o c e e d i n g 、p r o g r e s s 、a l e r t i n g 或c o n n e c t ) 回送主叫端点。这样，凡是选中的信道 就认为已被打开。被叫端点可以在发送包含快速启动单元的后向消息后，立即在己 打开的反向信道上发送媒体信息。与此相应，主叫端点在发, m , s e t u p 消息后必须准 各在它提议的任一个反向信道上接收数据，因为有可能数据先于此后向消息到达。 一旦主h q 端点收到此后向消息后，就可放弃侦听被叫未接受的反向信道。主叫在收 到包含快速启动单元的后向消息后，可以在打开的前向信道上发送数据。因此，被 1 4 管一_ ni 西安建筑科技大学硕士论文 叫也必须在发出此后向消息后准备立即在它同意接纳的前向信道上接收数据。可 见，s e t u p 消息及相应的后向消息既完成呼叫建立功能，又代替了打开逻辑信道消 息完成媒体信道的建立。 西安建筑科技大学硕士论文 第三章网守的结构及其组网 本章我们首先描述网守内部模块的结构，以及各个模块之间的通信方式。然后 论述了在不同的应用场合网守的组网结构。对网守开发环境以及硬件的要求也做了 讨论。 3 1 网守的内部结构 图3 1 网守内部模块结构 上图为网守的模块结构图，主要有协议抽象层，a a ac l i e n t 模块，以及一个内 部的消息库。 协议抽象层为底层协议对外的接口，处理与终端，m c u 等之间的信令，比如注 册请求，呼叫请求，断开呼叫等。我们还设计了一个内部的消息库，处理终端和 m c u 与网守之间的一些内部的消息，如n a t 穿越时g k 就是通过内部的消一g t n 在 西安建筑科技大学硕士论文 n a t 上为终端和网守开辟了一个通道。此消息库中的消息包括发送者i d ，接收者 i d ，消息类型，消息长度和消息体。 a a ac l i e n t 为网守同a a as e r v e r 之间的通信模块。a a as e r v e r 记录着已注册用 户的相关信息，还有用户的实时话单等。当用户发起呼叫的时候网守就通过此模块 将用户的相关信息发送给a a as e r v e r ，当a a as e r v e r 对本次呼叫进行合法性认证后 才授权本次呼口q 。在网守内部，我们定义了一个消息库拥护a a ac l i e n t 和协议抽象 层之间的消息传递。a a ac l i e n t 和a a as e r v e r 之间通过标准的r a d i u s 协议进行通 讯。 在网守中还有一个n a t 监听模块，用于侦测私网内的终端发起的注册，在私网 终端和网守之间保持一个私有的t c p 连接。以及当侦测到被叫为私网内的终端的时 候，它负责挂断本次呼叫，然后利用私有的t c p 连接通知私网内的被叫终端有人呼 叫它，让它主动的再发起本次呼叫，此方法用来解决公网呼叫问题，关于n a t 穿越 问题文中将进行详细的论述。 3 2g k 运行环境介绍 g k 作为i p 视讯系统中的一个核心部件，与i p 可视电话、m c u 、a a as e r v e r 等部 件共同提供全面的i p 视讯运营解决方案。 标准符合性 i 3 2 3 v 4 ，向前兼容h 3 2 3 v 2 r 。a d i u s 协议 硬件约束 本软件运行于w i n d o w s 2 0 0 3a d v a n c e ds e r v e r 平台。可单服务器独立运行，也可 双机热备同时运行，也可配合前端机以g k 群集方式运行。最低服务器硬件要求： p 42 4 g + 5 1 2 m 内存。推荐配置：双p 4 + 1 g 内存。 西安建筑科技大学硕士论文 3 3 可用性需求 智能安装需求 提供两个部分软件安装包，g k 安装包和w m s 安装包。 前者： 自动监测系统硬件平台和软件环境，若发现不符合本软件运行要求，提示 错误 根据用户选择目录自动安装g k 软件和f t p c l i e n t 软件 并根据系统环境自动完成基本配置 后者： 自动安装和配置w e bs e r v e r j 2 的i s a p i 程序，用于w c b 控制和远程升级 3 4 可移植性需求 核心模块基于操作系统抽象层，方便移植，编码尽量做到与平台无关性，利于 后期阶段将g k 从桌面移植到嵌入式平台。尤其在w e b 远程管理方面，w i n d o w s 平台 下和v x w o r k s 平台下有着很大的区别，在设计和实现时候应该明确这两套方案。在 v x w o r k s 我们选择开源的g o a h e a dw e bs e r v e r ，它具有开源，结构精悍的特点，