（计算机软件与理论专业论文）ip电话网关的研究与开发.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谓 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 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：趁堡日期：批年2 ，月2 艏 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师杯子移锈 日期：z 。, 7 7 - - 年月之，日 中文摘要 f 学科专业：计算机应用 7 论文题目：i p 电话网关的研究与开发 j _ - - _ _ _ 一 l 硕士生：蒋毅民 y 导师：曾家智 最近几年，全球妒电话发展火爆。专家预测，到2 0 0 0 年i pp h o n e 商业利润 可达到6 0 0 亿美元，再加上利用i n t e r n e t 传送视频、话音技术的日益发展成熟， i n t e m e t 网络迅猛的发展速度几乎正在冲击着世界上所有的电信运营商，影响着 他们的发展思想和运营策略。这对于每个电信运营商及众多厂商来说，无疑是一 个巨大的市场契机。 本文介绍了m 电话技术的应用前景，分析了 l 3 2 3 协议栈的工作机制以及目 前m 电话技术的发展趋势。然后，比较详细地分析了p w l i b 和o p e n h 3 2 3 平台 的结构和使用方法，讨论了o p e n h 3 2 3 软件平台与五月鑫语音卡的硬件平台的接 口。 然后，用上面提到的软硬件平台实现了符合h 3 2 3 协议的口电话网关的多路 呼叫和语音卡的接口功能。 最后，说明了系统的测试结果及今后的改进构想。 、， 【关键词】：i p 电话h 3 2 3 协议h 2 4 5 协议 第3 页 a b s t r a c t g l o b a li pp h o n et e c h n i ca n dm a r k e th a sg o tav e r yr a p i dd e v e l o p m e n ti nr e c e n t y e a r s e x p e r tf o r e c a s tt l l a tt h eb u s i n e s sp r o f i to ft h eg l o b a li pp h o n e m a r k e tw i l lr e a c h 6 0b i l l i o nd o l l a r s t h i sm a r k e th a sm a d eag r e a tc h a l l e n g et oa l lt e l e c o mc o r p o r a t i o n s i n f l u e n c e dt h e i rd e v e l o p i n gi d e a sa n dt h es t r a t e g y sw i ma u d i oa n dv i d i ot e c h n i c d e v e l o p i n g t h i si sag r e a t b u s i n e s sc h a n c et oe v e r yf i r m so fc a u s e t h ep a p e rh a sp r e s e n t e dt h ea p p l i c a t i o nf o r e g r o u n da n dt h et r e n do fi pp h o n e t e c h n o l o g ya n a l y s i s e dh 3 2 3p r o t o c o lc l u s t e r a tf i r s t s e c o n d l y , i th a sa n a l y s i s e dt h ea r c h i t e c t u r ea n dm e t h o d so fp w l i b a n do p e n h 3 2 3 d 1 a t f o r mi nd e t a i la n di n t r o d u c e d t h ei n t e r f a c eb e t w e e nt h eo p e n h 3 2 3 s o f t w a r e p l a t f o r ma n dt h eh a r d w a r ep l a t f o r mo fm a y s t a r v o i c ec a r d t h i r d lv - ih a si m p l e m e n t e dt h ef u n c t i o n so ft h em u l t i r o u t ec a l l i n ga n dh a r d w a r e p l a t f o 肌i n t e r f a c ei ni pg a t e w a yw i t h t h er e f e r e ds o f t w a r ea n dh a r d w a r ep l a t f o r m 1 a s t l y , ie x p l a i n st h et e s t i n gr e s u l to ft h es y s t e ma n dg i y e s s o m ei m p r o v e m e n t j d e a si nt h ef u t u r e 【k e y w o r d ：i p p h o n ek h 3 2 3p r o t o c o lx i - i 2 4 5p r o t o c o l 第4 页 1 1 本项目的意义 第一章：前言 随着i pp h o n e 业务的不断发展，近年来已对传统的电话业务造成巨大的冲击， 网络电话正以其价格、方式、性能等多方面有利条件逐渐为人们所接受。 i pp h o n e 网络是由大量网关设备所构成的，凌驾于现有的i n t e r n e t 网之上的 增值网。其系统的核心部分就是因特网电话网关。如图1 - 1 所示，该网关起到了 一个桥梁的作用，将传统的公众电话交换网( p s t n ) 与i n t e m e t 连接起来。 用户通过普通双音频电话机，拨叫本地的因特网电话网关a ，然后根据语音 提示，二次拨号，再行拨叫被叫电话号码。网关a 根据被叫号码，查找区间路 由表，找到远端网关b 的p 地址，按照一定的握手协议及服务协议条款，请求 远端网关服务，由b 接通被叫电话线路。电话接通后，a 即可将普通电话机送 来的话音经编码、压缩后，按照b 的疋地址，通过因特网发送到b ，网关b 将 a 送来的数据经解码、解压缩后，再通过电话线将话音送至被叫话机，这就是一 次因特网电话通话的全过程。 图卜1 i pp h o n e 系统框架 由此可见网关的两大基本功能，一是和对方网关间建立连接，二是完成语音 信号到数据信号的转换。要想实现网关间互通必须同时兼顾这两方面的功能，要 遵循定的协议( 如h 3 2 3 协议栈或s 口协议等) 。 i pp h o n e 系统采用的协议及系统间互通协议是网络电话必需的组成部分， 根据i s o 七层模型，网络电话的下层是以i n t e r n e t 为基础的，遵循t c p i p 协议， 而上层协议有多种选择。当前世界绝大多数i pp h o n e 网关生产厂家均采用i t u t 制定的h 3 2 3 标准，其中包括了在无q o s 保证的分组网络中进行多媒体通 信所需的技术要求；此外还有一些小型协议的存在，如由e t f 的 m m u s i c ( 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 0 1 ) 工作组制定的s p 协议等，但由 于其仅用于初始化呼叫，具有一定的局限性，目前尚无成熟的i pp h o n e 产品是 基于该协议基础上的。 当前世界上妒p h o n e 网关的生产厂家数以千计，主要的也有近百家，它们 大都组成了自己的网络提供服务，可想而知，单一厂家的产品其覆盖面总是非常 第5 页 有限的，要想真正将网络电话推向世界通信的前沿，各厂家之间的互通就非常必 要了，只有这样才能真正在全世界范围内形成足以和传统电话业务相抗衡的妒 p h o n e 网络，也才能最大限度的发挥网络电话的优势。 1 2 整个项目的由来 一方面由于p 电话拥有巨大的市场需求，另一方面，我国现在使用的m 电 话设备和软件产品主要从国外进口或者是核心产品来自国外。因此i p 电话具有 非常现实的产业化意义。 鉴于此，1 9 9 8 年由曾家智老师牵头向信息产业部提出了方案，2 0 0 1 年信产 部批准了我们的方案并正式立项。 1 3 课题任务简介及本人所做的工作 本课题的主要目标是：利用从网上下载的p w l i b 和o p e n h 3 2 3 平台，实现一 个符合h 3 2 3 协议的网关产品。 根据上面的目标，我在深入了解了i r r u 的h 3 2 3 协议栈原理的基础上，主要 做了以下几点工作： 1 在网上几乎没有任何有关的p w l i b 和o p e n h 3 2 3 平台的说明资料的情况 下，独立完成了p w l i b 和o p e n h 3 2 3 平台的编译，并比较详细地分析了p w l i b 和o p e n h 3 2 3 平台的结构和使用方法。 2 在熟悉了五月鑫语音卡的工作原理的基础上，编制并实现了五月鑫语音 卡类。实现了通过五月鑫语音卡采集和录音，以及拨号和接收d t m f 码的工作。 基本上完成了从i n t e r n e t 网一 p s t n 网的转化工作。 3 通过o p e n h 3 2 3 平台实现了符合h 3 2 3 协议标准的多路呼叫。 1 4 开发任务及指标 i p 网关之间的通信符合h 3 2 3 协议栈； i p 网关之间的语音数据的传输符合r t p 协议； 语音卡硬件上可以提供g 7 2 9 的压缩算法： 软件平台上目前只支持g 7 1 1 和g 7 2 3 1 两种压缩算法，以后可扩展。 目前支持四线接入，可扩展为八线接人。 第6 页 第二章：h 3 2 3 协议栈 2 1 工p 电话系统简介 目前，不同的国家和地区疋电话系统采用的协议栈是不同的。在美国和欧洲 一般多采用s i p 协议标准，而在中国大多数运营商一般都采用r r u 的h 3 2 3 协议 栈。就两个协议栈的比较上，可以讲各有优势，两个协议栈都有大量的运营商的 支持，因此很难说谁取代谁的问题。估计今后将在一个比较长的时间内保持一个 共存的局面。 2 1 1 r p 电话实现的基本技术要点： p 电话系统的基本结构如图2 - 1 所示 图2 - 1h 3 2 3 协议体系结构 i p 电话系统有4 个基本组件：终端设备( t e r m i n a l ) 、网关( g a t e w a y ) 、多点 接入控制单元( m c u ) 和关守( g a t e k e e p e r ) 。 1 ) h 3 2 3 网关 h 3 2 3 网关是p s t n 电话网到i m e m e t 的接口设备，从p s t n 到1 3 7 电话网或从 毋电话网到p s t n 的呼叫和语音数据流必须经过网关的转化才能互通。 因此，h 3 2 3 网关的主要工作有： 提供呼叫信令控制、信道信息的转换，以及h 3 2 3 终端和其它i t u 终端 第7 页 的互连技术。 完成语音编码转换，支持p s t n 电话网的g 7 i la l a w ，u 。l a w 到口电话 网g 7 1 1 ，g 7 2 9 语音编码的转换。 完成v o i p 呼叫的建立拆除功能。 2 ) i p 电话终端( t e r r a i n a l ) 口电话终端分两类：利用t c p i p 网络实现的h 3 2 3 终端；在p s t n 上的普通 电话终端。 3 ) 关守( g a t e k e e p e r ) g a t e k e e p e r 负责用户注册和管理，完成以下功能： 地址映射：将电话网的e 1 6 4 地址映射成相应网关的口地址： 呼叫认证和管理：对接入用户的身份进行认证，防止非法用户的接人； 呼n t t i e 录：使得运营商有详细的数据进行收费； 区域管理：多个网关可以由一个网络管理者来进行管理。 4 ) 多点接入控制单元( m c u ) m c u 的功能在于利用m 网络实现多点通信，使得口p h o n e 能够支持诸如网 络会议这样一些多点应用。 其它v o i p 实现的技术要点包括： 1 ) h 3 2 3 协议 h 3 2 3 协议属于i ，r u 多媒体通信协议系列h 3 2 x ，提供基于分组网络的话音、 视频、数据和控制等协议。 h 3 2 3 支持点对点通信及在m c u 支持下的点对多点通信协议，h 3 2 3 作为一 个协议框架，提供了系统及组成部分描述、呼叫方式描述以及呼叫信令程序。 h 3 2 3 的系统结构包括： l 3 2 3 终端、网关( g a t e w a y ) 、关守( g a t e k e e p e r ) 、 多点控制单元( m c u ) 。 2 ) 时延 根据r r u tg 1 1 4 建议，语音通信的单向门限为4 0 0 m s 。根据电话网的经验， 在4 0 0 m s 时延时，即使没有回波，人们对通话的感觉也不好。所以建议全程往 返时延不大于3 5 0 m s 。 3 ) 丢包和比特差错 由于h 3 2 3 协议采用r t p 作为实时传送协议，而r t p 采用u d p 作为网络层 承载协议，因此话音分组的传送是不可靠的。当网络拥塞、传输损伤、超过生存 期时，丢包就可能会发生。 典型的语音编码可允许的丢包和差错率为3 。根据网络的状况，可提供q o s 的途径有：设置口优先级，启用网络节点调和的队列管理及r e d w r i t e ，进行 r t p 头压缩等。h 3 2 3 已将r s v p 作为提供q o s 的手段，所以亦可在局部试验 r s v p 协议。另外，密切注意涉及网关设备的路由不对称性，通过路由协议调整 配置，尽量保证往返路由的对称性。 4 ) 安全性 安全问题可以从网络安全和业务安全两个方面考虑。 网络安全：拟在网络组织、网络节点、网络数据及设备配置方面考虑安 全措施。例如网络节点连人口网络的路由稳定性、节点设备的接入口令 安全管理、支持中心的安全等。 业务安全：拟在用户数据、业务流程和业务处理等方面考虑安全措施。 第8 页 例如用户数据库的安全、考虑在业务流程中实施h 2 3 5 建议的安全措施 等。 2 1 2 i p 电话通话的基本流程 用户通过普通双音频电话机，拨叫本地的p 电话网关( 如1 7 9 3 1 ) ，然后根 据语音提示，二次拨号，再行拨叫被叫电话号码( 如0 2 8 3 2 8 5 7 7 7 ) 。本地p 电 话网关根据被叫号码的区号，查找区间路由表，找到远端口电话网关的p 地址， 按照一定的握手协议及服务协议条款，请求远端网关服务，远端网关根据被叫号 码的尾号接通被叫电话线路后，本地网关即可将普通电话机送来的话音经编码、 压缩后，按照远端网关的口地址，通过因特网发送到远端网关，远端网关将送 来的数据经解码、解压缩后，再通过电话线将话音送至被叫话机，这就是一次因 特网电话通话的全过程。 注意，目前，在一次通话过程中，电话机不能转化内部地址，即如果对方网关 是内部地址则无法打通。 原因是：如果对方网关的目标地址是内部地址( 如1 9 2 1 6 8 0 1 ) ，承载r t p 数据的i p 包在经过路由器时将被丢掉。因为路由器不负责转发具有内部地址的 t c p i p 包，当收到这类包时路由器认为这是用户发出的错误包而直接将它们丢 掉。 目前很多企业内部的i n t r a n e t 是通过代理服务器接入因特网的，这样做可以节 省口地址资源。 根据上面的讨论，要解决这个问题，我们的i p 电话网关除了要有普通网关的 功能外还应该有代理服务器的功能。 用户在拨号时应该有分机号( 如0 2 8 3 2 8 5 7 7 7 1 5 ) ，呼叫时，在i p 电话网关 中有一张地址映射表，它可以根据分机号映射为一个内部地址供用户使用。用户 发来的r t p 分组先发到p 网关，然后，网关负责转发到相应的内部地址。 2 2 h 3 2 3 标准综述 随着i n t e r n e t 网络业务的飞速发展，其多媒体通信需求急剧增长，国际标准 化组织如n u 、i e t f 、i m t c 等纷纷制订基于p 网络的多媒体通信系统标准， 其中最著名的一个是r r u 的h 3 2 3 标准。 h 3 2 3 是i t u 的一个协议族，它描述了服务质量( q o s ) 无保证的分组交换 网络( p b n ) 中的多媒体通信系统。h 3 2 3 制订了统一的视频、音频数据流的压 缩和解压标准及多媒体流的连接控制标准，确保来自不同厂商的设备有统一的标 准可遵循和互操作性，由于它与任何的硬件和操作系统无关，保证了平台和应用 的独立性。h 3 2 3 提供p b n 与别的网络之间进行多媒体通信的互连互通标准， 得到了诸如i n t e l 、m i c r o s o f t 、n e t s c a p e 等许多大型计算机和网络通信公司的支持， 为i pp h o n e 业界所采用的主要标准。其协议栈如图2 2 所示。 第9 页 数据台话控制和呼叫信令啻颏视频 g7 l i + h 0 4 5 + g7 2 2 h2 6 1 了s h 酊e丁1 2 6t ，1 2 7 h3 3 jo + g7 2 8 h2 6 3 g7 2 3 l r s g7 2 9 a - rl 为 q 9 3 l r 了i p t 1 2 2 ，r i 2 j r t c p ti2 3 t c p l u d p 咧神 层( i p ) 链路层 ! | 酾曝层 爨2 - 2 h3 2 3 标准j 办议棱( t 为必选件) 在h 3 2 3 多媒体通信系统中，控制信令和控制数据流的传送利用了面向连接 的传输机制，将可靠的t c p 用于h 2 4 5 控制信道、t 1 2 0 数据信道、h 2 2 50 呼 叫信令信道。视频和音频信息在采用r t p 协议打包后，基于面向非连接的用户 数据报协议u d p 来传输，传输时延较小。 在i p p h o n e 系统中，主要涉及的是传输控制方面的h 2 4 5 、h 2 2 5 0 、q 9 3 1 、 r a s 、r t p r t c p 协议和用于音频压缩的g 7 2 3 1 标准。 通信控制协议h 2 4 5 完成系统控制中的通信控制功能，主要控制媒体流传输 时逻辑信道的建立、关闭等一系列命令： 呼叫控制协议h 2 2 5 0 一方面完成系统控制中的呼叫控制功能，含有控制呼 叫建立的相应信令，另一方面还使用r t p r t c p 完成媒体流的打包和同步，规定 了传输的所有控制流和语音流的格式及逻辑成帧、差错控制、帧序列号等内容； 实时传输协议r t p 在每个u d p 包上加上一个包含时标和序号的报头，接收 端配以适当的缓冲，则可根据该信息恢复数据包、记录失序包、同步语音、图象 和数据。实时传输控制协议r t c p 用于r t p 的控制，r t c p 监视服务质量以及网 上传送信息，并定期将包含服务质量信息的控制信息分发给所有通信节点。 r a s 是h 3 2 3 终端与g a t e k e e p e r 间为了完成登记( r e g i s t r a t i o n ) 、管理 ( a d m i s s i o n ) 、状态( s t a t e ) 、带宽改变和两者间脱离关系等过程所需要的信令； g 7 2 3 1 是目前已标准化的最低速率的语音编码，在目前接入网速度较低的 情况下，被大量使用于i pp h o n e 系统中。 综上所述，1 1 r u ，th ，3 2 3 协议栈包括：h 2 4 5 控制协议，h 2 2 5 0 ( 参照q 9 3 1 ) 连接建立协议，h 3 3 2 大型会议协议，h 4 5 0 1 例3 附加服务协议，h 2 3 5 安全协 议，h 2 4 6 与电路交换服务互通协议。另外由于h 3 2 3 起初是为了在局域网上提 供无q o s 的多媒体通信，所以在很大程度上还借鉴了其他协议：i s d n 上的h 3 2 0 ， b i s d n 上的h 3 2 1 ，p s t n 上的h 3 2 4 等。 第1 0 页 2 3 呼叫信令协议( h 2 2 5 ) h 2 2 5 是以i s d n 的q 9 3 1 q 9 3 2 q 9 5 0 为基础制定的，其中主要来自于 q 9 3 1 。 q 9 3 1 是i s d n 用户网络接 2 1 ( u n i ) 的第三层信令协议，用于基本呼叫控 制，它和网络节点接口( n n i ) 的7 号信令i s d n 用户部分( i s u p ) 配合，完成 从主叫用户的端到端连接的建立、维护和释放。 h 2 2 5 的呼叫信令消息和信息单元都是q 9 3 1 的子集，主要差别是对各个消 息中u u i e 单元的内容根据q 9 3 1 的要求作了新的补充定义。另外，对某些信息 单元的个别字段的编码和含义作了一些补充和界定。 2 3 1t t 2 2 5 的消息及结构 h 2 2 5 0 基本呼叫控制消息取自与q 9 3 1 和q 9 3 2 消息。由于它不承担连接控 制的任务因此许多消息失去意义，不在h 2 2 5 0 中出现。h 2 2 5 0 的消息的一般 结构如图2 - 3 所示： f 协议标识符 毽 0ooo 呼叫引用长度 豢 l 呼叫引用值 l 0 消息类型 1 信息单元 必 备 信息单元 肃i 任 选 单字节信息单元 图2 3h 2 2 5 消息的结构 多字节信息单元 其中，公共的消息头部由三个部分组成： 协议标识符：固定为0 8 h ，表示是q 9 3 1 协议。 呼叫引用长度：表示呼叫引用值所占的字节数。 呼叫引用值( c r v ) ：该参数引自q 9 3 1 ，用于标识呼叫，仅在呼叫段上局部 有效。在同一信令段上，属于同一呼叫的所有h 2 2 5 0 消息，包括呼叫接纳、 呼叫建立、补充业务、带宽改变、呼叫终结等消息的c r v 均相同。 除上述固定的消息头部外，每个消息包括若干个信息单元( i n f o n n a t i o n e l e m e n t ) ，其中有些是必备，有些是任选m 。 其中，最为重要的信息单元是用户一用户信息单元( u u i e ) ，它不只是传送 第1 1 页 常规的端到端的用户数据，更为重要的是由此传送h 3 2 3 特定的呼叫控制信息。 正是这些特定的信息构成了h 3 2 3 呼叫信令的核心内容。 u u i e 信息单元是s e t u p 、a l e r t i n g 、c a l l p r o c e e d i n g 、c o n n e c t 、r e l e a s ec o m p l e t e 、 f a c i l i t y 、u s e ri n f o r m a t i o n 等主要消息的必备，这些消息中的u u i e 定义是 h 2 2 5 0 消息设计的主要内容。 u u i e 的结构如图2 4 所示： u u m 的标识符 u u m 内容的长度 协议的抽象文法( a s n 1 ) lh 3 2 3 - u u p d u ( 必备部分) l用户数据c 任选部分， 图2 - 4u u i e 的结构 2 3 2 呼叫建立的信令过程 1 ，两端点均未在关守登记时的基本呼叫建立 其信令过程如图2 5 所示 端点1 第1 个八比特组 第2 、3 个八比特 组 第4 个八比特组 端点2 图2 5 基本呼叫建立的信令过程 两个端点直接传递信令信息。端点1 ( 主叫端点) 首先根据端点2 的i p 地址 和呼叫信令信道公认的t c p 端口号( 1 7 2 0 ) 建立至端点2 的t c p 连接，然后在 此信道上发送s e t u p 消息，端点2 回送c a l l p r o c e e d i n g 消息表示被叫端点正在进 行呼叫处理，并指示呼叫已经到达；端点2 回送a l e r t i n g 消息表示被叫端已经振 第1 2 页 铃，正在等待被叫用户的应答；在端点2 回送的c o n n e t 消息的u u i e 中包含了 h 2 4 5 控制信道的t c p 端口号，表示已经建立起了h 2 4 5 控制信道。 2 两端点在同一关守上登记 其信令过程如图2 - 6 所示 端点1关守端点2 b a s 消息 一呼叫信令消息 图2 - 6 两端点在同一关守上登记的信令过程 1 ) 端点l ( 主叫) 在r a s 信道上向关守发送a r q 消息，请求发送至端点2 的 呼叫。 2 ) 关守同意接纳此呼叫，并翻译得到端点2 的呼叫信令信道的传输层地址( 口 地址+ t c p 端口号) ，由a c f 消息回送给端点1 。 3 ) 端点1 建立至端点2 的呼叫信令信道，在此信道上发送s e t u p 消息。如果a r q 中已带呼叫引用值c r v ，则s e t u p 及其后信令消息中的c r v 应取此相同的值。 4 ) 端点2 回送c a l lp r o c e e d i n g 消息，指示呼叫已经抵达，正在处理中。 5 ) 端点2 愿意接受此呼叫，经r a s 信道向关守发送a r q ，请求接受此呼叫。 6 ) 关守同意接纳，回送a c f 。 7 ) 端点2 利用s e t u p 消息中携带的c v r 以及端点1 的传输层地址，向端点1 发 送a l e r t i n g 消息，并等待本地电话用户应答。 8 ) 本地电话用户应答后，端点2 向端点1 发送c o n n e t 消息，消息中带有端点2 的h 2 4 5 控制信道的t c p 端口号。至此，呼叫建立完成。 如果，关守不同意端点2 接受此呼叫，则回送a r j ，此时端点2 将向端点1 发送r e l e a s ec o m p l e t e 消息。断开连接。 2 4 媒体通信控制协议( h 2 4 5 ) h 2 4 5 是通用的多媒体通信控制协议，主要针对会议通信设计。h 3 2 3 系统 第1 3 页 采用h 2 4 5 协议作为控制协议，用于控制通信信道的建立、维护和释放。 在h2 4 5 中，定义了两类信道： 控制信道( h 2 4 5 信道) ：两个h 2 4 5 对等信令实体通过该信道传送h 2 4 5 消 息。以控制媒体信道的建立和释放。h 2 4 5 信道是一条可靠的t c p 信道，连接的 端口号动态分配。h 2 4 5 端口号的协商是在h 2 2 5 0 呼叫建立过程中，主被叫端 通过s e t u p 和c o n n e c t 消息相互交换各自分配的h 2 4 5 端口地址完成的。每个呼 叫只有一条h 2 4 5 控制信道。 媒体信道( 逻辑信道) ：在呼叫过程中可以根据需要随时建立和释放多条逻 辑信道。在h 3 2 3 中逻辑信道一般为单向信道。 2 4 1 t t 2 4 5 的主要协议过程 1 能力交换过程 通过能力交换过程，两个h 2 4 5 对等信令实体可以了解对方的接收和发送信 号的能力。协商能力集的消息用一个“终端能力集”的数据结构来描述h 2 4 5 对 等信令实体的接收和发送信号的能力。 终端能力集的数据结构如图2 7 所示： 图2 7终端能力集的数据结构 2 单向信道的打开过程 信道的打开恒由发送方启动。它向接收方发送打开逻辑信道的消息，消息包 括前向逻辑信道号及信道参数。其中信道号必须由发送方赋值，c o n f i r m 消息返 回此值，并且应该和请求消息匹配。信道参数包括数据类型、是否执行静音抑制、 目的地终端标记等。 如果，该信道用来传输r t p 封装的实时媒体信息( 如音频数据流) ，则信道 参数还应包括： r t p 会话标识 反向r t c p 信道的传输层地址 第1 4 页 另外，对方的证实消息中还应包含： 前向逻辑信道的r t p 信道的传输层地址 前向逻辑信道的r t c p 信道的传输层地址 如果两个端点同时发起对同一r t p 会话的信道建立过程，则主机方应拒绝对 方的请求。其后，从机方再重新发起反向信道的建立。 3 呼叫的释放过程 通信的任何一方都可以发起呼叫释放，其信令过程如图2 8 所示： 关守1端点1 端点2 关守2 h 2 4 5 消息 r a s 消息 h 2 2 5 消息 图2 8端点发起的呼叫释放过程 其释放步骤为： 1 )端点1 希望结束会话，那么它首先应停止在逻辑信道上传送数据，并 关闭所有的逻辑信道。然后在h 2 4 5 控制信道上向对方发送“结束会 话”的命令信息，告诉对方要结束该呼叫。 2 )端点2 收到上述消息后，关闭所有的逻辑信道，向端点l 回送“结束 会话”命令信息。至此，h 2 4 5 控制信道关闭。 3 )如果呼q 信道( h 2 2 5 信道) 尚未关闭，端点1 向端点2 发送h2 2 5 0 的r e l e a s ec o m p l e t e 消息，关闭此信道。至此，h2 2 5 信道已经释放。 4 )最后，端点1 和2 分别向关守发送r a s 消息d r q ，通知关守该呼叫 占用的带宽资源可以释放了。 5 )关守释放该呼叫占用的资源后，向端点回送确认信息d c f 。其后，端 点将不再向关守发送未经请求的i r r 消息。至此，全部释放过程完成。 2 4 2 快速协议机制 为了加快逻辑信道建立的速度和节省资源，h 3 2 3 v 4 版本定义了两个快速机 制：快速连接过程和隧道机制。 1 快速连接过程 第1 5 页 常规的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，最后才能打开逻辑信道，其过程比较复杂。 快速连接过程的特点是将信道建立过程和呼叫建立过程融合在一起，并且省 略了能力交换步骤，从而有效地缩短了连接建立时间。 1 ) 基本过程 主叫端点在s e t u p 消息的u u i e 中置人“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 ) 数据结构组成，每个o l c 表示主叫端 点提议的一个发送或接收的媒体信道，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，置人后向消息中，回送主叫 端。这样，选中的信道就被认为已被打开。 被叫端点可以在发送包含快速启动单元的后向信息后，立即在已打开的的反 向信道上发送媒体信息。因此，主叫端点在发出s e t u p 消息后必须准备在它提议 的任何一条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 叫端点收到此后向消息后，就可以放弃守听被叫未接受的反向信道。 由此可见，s e t u p 消息及相应的后向信息既完成呼叫建立功能，又代替了打 开逻辑信道消息完成了媒体信道的建立。 2 ) “快速启动”的数据单元 “快速启动”数据单元 优 先 级 高 f o l c 数据结构 o l c 数据结构 o l c 数据结构 o l c 数据结构 前向信道 前向逻辑 信道参数 反向信道 反向逻辑 信道参数 会话标识 前向逻辑 信道号 其它逻辑 信道参数 图2 9m 陕速启动”数据单元的数据结构 快速启动数据单元由若干个o l c 数据结构组成，其数据结构如图2 - 9 所示， 每个o l c 结构描述一个单向媒体信道，可以是前向信道或反向信道。 主叫提议的前向信道o l c 结构不包括“反向逻辑信道参数”，但由于这是 o l c 的必备单元，必须包括在内，因此可将其置空。前向信道o l c 结构只包括 “前向逻辑信道参数”单元，其中含主叫赋予的唯一标识该信道的前向逻辑信道 号，会话标识和其它主叫根据发送信息的需要设定的前向逻辑信道参数。 被叫接受后返回的反向信道o l c 结构的主体内容是“反向逻辑信道参数” 第1 6 页 单元，其中应加入“媒体控制信道”数据，指示r t c p 信道的传输层地址。并在 “前向逻辑信道参数”单元中填人又主叫方确定的前向逻辑信道号。 采用快速连接过程建立呼叫和连接后，h 2 4 5 控制信道并没有建立。如果在 通信过程中需要使用h 2 4 5 控制协议，就需要使用隧道机制，在h 2 2 5 0 消息中 传送h 2 4 5 消息，因此，h 2 2 5 0 呼叫信令信道不能关闭，必须保持到呼叫终结 为止。 2 隧道机制 为了节省资源、融合呼叫信令和呼叫控制并减少呼叫建立时间，h 3 2 3 设计 了在h 2 2 5 0 信道上传送h 2 4 5 消息的隧道机制，它要求信令消息u u i e 的 h 3 2 3 一u u p d u 新增一个“h 2 4 5 控制”单元，将h 2 4 5 消息作为字节串封装在该 单冗中。 一个信令消息可以封装多个h 2 4 5 消息，接收方按序逐个处理。如果在需要 传送h 2 4 5 消息时没有信令需要发送，则用f a c i l i t y 消息封装传送。 2 5 实时传输协议( r t p 与r t c p ) r t p ( r e a l t i m e t r a n s p o r t p r o t o c 0 1 ) 是用于i n t e r n e t 上针对多媒体数据流的一种 传输协议。r t p 被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时 间信息和实现流同步。r t p 通常使用u d p 来传送数据，但r t p 也可以在t c p 或a t m 等其他协议之上工作。当应用程序开始一个r t p 会话时将使用两个端 口：一个给r t p ，一个给r t c p 。r t p 本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠 的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠r t c p 提供这些服务。通常 r 1 m 算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。 实时传输控制协议r t c p 。r t c p ( r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 和r t p 一起提供流量控制和拥塞控制服务。在r t p 会话期间，各参与者周期性地传送 r t c p 包。r t c p 包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计 资料，因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷 类型。r t p 和r t c p 配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最 佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。 r t p 可以较好地处理多媒体应用实时特性。流应用与传统数据应用不同，它 们对发送方、接收方和网络的要求不同。当传输音频或视频流时，丢失一些数据 无妨大局，只要避免音频或视频出现更大的间隔。但是，传统数据应用如在支付 工资的应用中，则不允许丢失任何数据。 i n t e r n e t 工程任务组( i e t f ) 在r f c1 8 8 9 中对r t p 给出了说明。r t p 既可以 传输电话呼叫，也可以传输音频或视频流。国际电信联盟在多媒体通信标准h 3 2 3 中采用了r t p ，它可以被实时流协议( r t s p ) 所使用。 r t p 位于用户数据报协议( u d p ) 之中，因此它是无连接的。r t p 并不是t c p m 协议栈的一部分，所以必须对应用进行编码，在每个u d p 数据报增加新的 长度为1 2 字节的报头。发送方填写每个报头，报头包括： 有效载荷类型：对音频或视频等数据类型予以说明，并说明数据的编码方式。 序列号：帮助接收方重新组合数据，并对丢失、损坏和重复的数据报进行检 测。 时间标记：用于重新建立原始音频或视频的时序。另外，它还可以帮助接收 第1 7 页 方确定数据到达时间的一致性或变化( 有时被称为抖动) 。 源m ：帮助接收方利用发送方生成的唯一的数值来区分多个同时的数据流。 根据数据有效载荷的长短，r t p 报头可能会造成额外的开销。例如，典型的 口语音数据有效载荷为4 0 字节。在采用r t p 时，报头的总开销包括：r t p ( 1 2 字节) + u d p ( 8 字节) + i p ( 2 0 字节) - - 4 0 字节。因此大约5 0 的数据报为报 头。在视频应用时，典型的有效载荷一般都很大，比1 4 6 0 字节，因此报头的开 销只在总长度中占很小的比例。 一些路由器由于可以识别标准的报头，因此它们可以保留队列并赋予r t p 传 输流优先级。一些路由器还可以对r t p 报头进行压缩，经常可以将报头总长度 由4 0 字节减少到2 至5 字节。尽管压缩减少了报头开销，但却增加了时延，因 此在速度高于5 0 0 k 的链路上进行报头压缩并不能节省多少开销。 许多协议分析器可以对r t p 报头解码，提供有关正在被传送数据的信息。例 如，分析器可以确定报头中的有效载荷的类型，使它可以显示实际的有效载荷数 据。 r t p 的优点是它在应用中的一致性。在出现r t p 之前，使用u d p 的应用程 序员可以生成自己的数据报报头。由于每种应用都有不同的报头长度和格式，因 此路由器或其它网络设备很难对报头进行压缩。此外，发送和接收应用必须非常 地匹配。在使用r t p 的情况下，来自家厂商的接收应用可以接收来自另一家 厂商发送应用的r t p 数据。 新的应用正在将同处于一个网络上的丰富的语音、音乐、视频和数据统一到 一起。在未来一段时间内，r t p 将是传输多媒体应用的核心技术。 第1 8 页 第三章：其它i p 电话协议 3 1h 3 2 3 与s i p v o 口技术的发展有两大方向，一是遵循国际电信联盟的h 3 2 3 标准，二是遵 循i e t f 的s i p 协议。 国际电信联盟的h 3 2 3 基本上是一种兼顾传统呼叫流程和口网特点发展而来 的成熟的开放标准体制，代表了v o i p 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p s t n 网，以及其他数据业务和应用网互联互通。这正是自1 9 9 5 年以来，h 3 2 3 标准 在全世界广泛使用的一个重要原因。 采用h 3 2 3 技术体制，v o l p 运营商可以基本上继承传统运营商的管理和运维模 式这对中国以及东南亚国家组建v o p 大网特别重要。在中国，运营商组建 的v 0 口网都是全国性大网，而且对网络的扩展性和稳定性要求极高，组网必须 多层多域，覆盖城市多达4 0 0 个，每月的话务量在几亿分钟以上。组建这样的大 网，采用h 3 2 3 技术是合适的选择。一些新技术可能在数据与语音的结合上做得 比较好，但是它们对于如何组网、运营、管理却考虑得比较少。 s i p 协议在美国十分热门，近来发展很快。这是因为：美国的互联网技术发 展很快；s i p 技术发展初期的实现条件比较简单。在美国充分开放的电信环境下 “简单”能带来巨大的创新诱惑和想像空间，并由此吸引了美国国内一批设备制造 商和新兴运营商、服务商投入大量财力和精力。 应该说，在中国和东南亚国家选用h 3 2 3 技术标准来组建v o p 网是适宜的。 这是因为，这些国家的电话普及率并不高，基本通话业务的需求还在快速增长。 这就意味着在相当长的一段时间内，话音业务仍会按传统的运营和管理体制来运 行，这就需要v o l p 网具有与传统电信网接近的呼叫流程和处理机制，具有很好 的扩容性、可管理性、可运营性，与现有的p s t n 网有着较好的互通性。美国国 情与中国不同，美国的电话普及率已达9 0 ，互联网发展十分迅速，因此在v o p 上的策略是更注重作为互联网的增值应用。 v o i p 技术的另一个发展方向是遵循i e t f 倡导的s i p 协议。 总的说，h 3 2 3 协议规范已很成熟，但由于h 3 2 3 当初设计并非专门针对电 话业务特性的，协议的媒体管理采用了i s d n 的q 9 3 1 信令( d s s l ) ，在寻址( e 1 6 4 电话号码编号转换到口地址的寻址过程) 建立呼叫和入网登记( r a s ) 过程中 终端和网关网守间协商操作需要数十次往返交换消息，操作耗时。而且网络规 模愈大，寻址过程愈复杂，难于满足话音实时通信的要求。鉴于此，人们提出了 把信令控制功能从媒体网关分离出来集中在单设的控制网关中，分立的网关主要 有m g c p 和s i p 两类，前者是媒体网关协议，后者是一种信令控制协议。 一、s i p 的提出和发起 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ，会话发起协议) 是由i e t f ( i n t e r n e 第1 9 页 工程任务组) 提出的i p 电话信令协议。它的主要目的是为了解决i p 网中的信令 控制，以及同s o f t s w i t c h 的通信，从而构成下一代的增值业务平台，对电信， 银行，金融等行业提供更好的增值业务。s i p 主要用于