网络最新技术专题六：voip—ip电话

VoIP网络电话,网络最新技术专题,主要内容,传统语音电话交换VoIP术语、背景VoIP基本原理VoIP协议及技术演进VoIP优缺点分析VoIP的市场前景网上VoIP免费软件,传统语音电话,传统语音交换网络,传统电话网路通常称作公共电话交换网（PSTN: Public Switch Telephone Network）。传统电话网络从最原始的依靠接线员的人工交换网络到今天的数字程控电话网络已经发展了一百多年了。传统电话网络的基本原理就是采用某种连接技术在两部电话之间建立一条可传输话音的电路。随着数字通信技术的发展，电话网发展到今天内部结构已经数字化了。现代数字电话交换网络就是基于TDM（时分复用）技术通过呼叫控制信令在两个电话机之间建立一条独享的电路。,传统电话网络的一些信令,局间信令 局间传输通常在数字中继链路上进行，有时也把局间信令称数字中继信令。目前最通用的信令为R2和SS7；国内通常称为号信令和号信令。用户端信令 电话用户通常采用两芯双绞线连接到用户交换机。所以用户端信令为面向用户的模拟接口信令，通常也称为模拟接口信令。电话机不同于计算系统，它几乎没有什么智能，只能通过简单的模拟信号来沟通。,傻瓜终端智能网络智能网络傻瓜网络,局间信令,R2信令 R2信令为一种随路信令（CAS: Channel Associated Signaling）。R2信令是一种基于E1数字网络的国际标准信令，Timeslot 16被预留用来传递其话音通道的信令。但是R2信令并不统一，ITU-T的标准Q.400-Q.490定义了R2信令标准，但不同的国家和地区都有自己的实现方式。,局间信令,SS7信令 SS7信令为一种共路信令（CCS: Common Channel Signaling）。SS7信令是将呼叫控制信息和其他业务信息通过一张独立的信令网络传输。它比R2信令更高效，更可靠。SS7信令的标准化程度要比R2信令好，但依然存在标准兼容问题。如国内的SS7 称为中国7号信令。,用户端信令,FXS（Foreign Exchange Station） 可以理解为计算机通信中的DCE（数据通信设备）接口。通常为电话交换机的用户端口，用来连接具有FXO端口的端设备，如电话机或集团电话。 FXO（Foreign Exchange Office） 可以理解为计算机通信中的DTE（数据终端设备）接口。通常为端设备，连接具有FXS端口的电话交换机设备，如PBX或市话局。 FXS和FXO通过两芯电缆构成环路的断开和闭合与电流信号来完成电话的呼叫控制。,用户端信令,E&M（RecEive and TransMit） E&M是一种模拟中继信令，主要用于PBX到PBX和PBX到市话局的互连。与FXS/FXO不同，E&M端口之间直接互连，将两台PBX连在一起，通常我们也称为捆绑中继接口（Tie Trunk）。 E&M信令采用对电缆（芯）通信。E&M信令有种类型：TYPE1、TYPE2、 TYPE3、TYPE4和TYPE5，每一种类型有自己的通信方式。,语音编码,IP电话,一、VoIP术语解释,1.什么是VoIP?VoIP的全称是Voice over Internet Protocol，即基于IP的语音传输。用户可以利用互联网协议（IP）在数据网络上传输语音通信。在VoIP中，DSP（数字信号处理器）会将语音信号分解成多个帧，这些帧随后将一对一对地组合在一起，存储到语音分组中。这些语音分组将按照ITU-T（国际电信联盟的电信标准部门）标准H.323利用IP进行传输。,VoIP发展简述,技术突破期（1995-1996） VocalTec公司，他们在1995年2月宣布推出“InternetPhone”，可以说是现代IP电话的雏形。发展期（1996-1999） 将Internet和已有的PSTN结合起来，从而更加广泛的普通电话用户提供业务。 成熟期（2000） 1、技术成熟 2、统一标准 3、全球网络实现互通 4、语音质量良好。5、大部份传统电信运营公司开始提供IP电话业务。,VoIP发展的动力,降低成本 IP电话采用语音压缩和统计复用技术节约宽带从而造成运营成本降低 。提供更多更好的增值服务 在IP网络上便宜地传送语音、传真、视频和数据等业务，如统一消息，虚拟电话，虚拟语音传真邮箱，查号业务，Internet呼叫中心，Internet呼叫管理，电视会议，电子商务，传真存储转发，各种信息的存储转发等。,二、VoIP背景,IP电话作为下一代电话而倍受瞩目的原因，是与通信业务经营者所传输的语音量和IP信息量比率有关。以因特网为代表的IP通信的信息量，现在以指数函数的方式增加。由于在全部信息传输量中，IP信息量占极高的比例，因此整个网络应适应于IP信息量，少量的语言信息量也应搭载在IP网上，这比起分别建立IP网和语音网要经济得多。,二、VoIP背景(续),正因为如此，IP电话技术将成为未来的电话技术。IP（Internet Protocol）电话是一种数字电话，是技术创新的一种通信服务业务。它把语音、压缩编码、打包分组、分配路由、存储交换、解包解压等交换处理在IP网或互联网上实现语音通信。它促进了网络资源利用，降低语音业务成本。,二、VoIP背景(续),因此在全球范围内得到了迅速的发展，可以说是当今世界上发展最快、普及最快的一门应用服务技术之一，也是计算机网络界关注的热点之一。产生背景经历阶段,二、VoIP背景,产生背景IP电话的产生是Internet商业化以后，在全世界，特别是发达国家迅速发展起来。在一些国家（如美国）本地电话Internet接入采用包月制，不限时限量，因此Internet是近乎免费的（Free)的，人们都希望能通过这近乎免费的网络进行传统的电话和传真服务。1995年2月以色列VocalTec公司研制出可以通过Internet网打长途电话的软件产品Internet Phone。,二、VoIP背景,产生背景(续)用户只要在多媒体PC机上安装该软件，就可以通过Internet网和任何地方安装同样软件的联机用户进行通话。这项技术上的突破引起全世界的瞩目，其背后的无限商机也使许多公司进行此项技术的研究，从而使IP电话技术得到迅速发展，人们把这种在Internet上实现电话业务称为Internet电话，应该说是IP电话的雏形。,二、VoIP背景,产生背景(续)经过五年的发展，IP电话成为信息技术进步带来的一项新型电话业务在全世界开展，并对传统电话业务形成越来越大的威胁。IP电话从当初的PC到PC发展到今天的PC到PC、PC电话、电话到电话等多种业务形式，但不论是现在还是将来，电话到电话的应用将拥有最大的市场，IP电话承载网络可以是Internet ，,二、VoIP背景,产生背景(续)更多的是遵循TCP/IP协议的专用网Internet。因此对我们来说，IP电话/传真就是通过IP网络传送电话/传真业务。IP网泛指基TCP/IP协议的网络，包括因特网Internet和企业网Internet。,二、VoIP背景,产生背景(续)IP电话迅速发展的两个潜在原因： 第一，电话业务历来都是各国管制最为严格的业务，但对于IP电话各国大多采取宽容甚至是扶植的态度，如美国将IP电话归类为增值业务，从而不必承担长途电话公司所受的管制规定，这样IP电话提供长途电话业务时，不必向本地电话公司交纳占长途电话费40%左右的接入费。这样庞大的通信市场潜力，必然吸引众多传统和新型的电信公司加入到IP电话的研究、开发和经营的队伍中。,二、VoIP背景,产生背景(续) 第二，各国国际长途电话费存在着严重的不平衡性，且国际长途电话业务在很多国家都是垄断经营的。这样，国际话费低的国家电信运营者可以利用各国对IP电话的政策优惠，,二、VoIP背景,产生背景(续) 通过IP电话向国际话费高的国家渗透，直接或间接进入电信市场中尚未开放国家的国际长途业务经营领域；而资费高的国家可以降低IP电话同国际回叫业务争夺用户，同时开拓新的用户群；在国际电信业务垄断经营国家，新的电信或ISP运营者迫切希望进入这一高利润的垄断经营领域，IP电话的应运而生好正好为其提供了一条有效途径。,二、VoIP背景,经历阶段在技术上大致经历这样几个阶段：技术突破期（1995-1996）发展期（1996-1999）成熟期（2000至今）,二、VoIP背景,经历阶段在技术上大致经历这样几个阶段：技术突破期（1995-1996） IP电话最早是作为Internet上的联机应用出现的，那时只要通放双方拥有同样的客户端应用软件就可以在Internet上进行实时通话了，当然语音质量存在很多问题。最早推出这种客户端软件的是以色列的VocalTec公司，,二、VoIP背景,经历阶段在技术上大致经历这样几个阶段：技术突破期（1995-1996）(续) 他们在1995年2月宣布推出“Internet Phone”，可以说是现代IP电话的雏形。当时这种应用只限于在Internet上使用，因此那时人们通常将这种应用称为“Internet电话”。这一时期是IP电话发展的萌芽期。,二、VoIP背景,经历阶段在技术上大致经历这样几个阶段：发展期（1996-1999）电信公司开始认识到利用Internet实现语音业务的巨大潜在市场，他们开始考虑如何将Internet和已有的PSTN结合起来，从而更加广泛的普通电话用户提供业务。于是，用以连接Internet和PSTN的网关设备出现了，,二、VoIP背景,经历阶段在技术上大致经历这样几个阶段：发展期（1996-1999）(续)由于利用Internet代替传统的长途电话线路可以大大降低成本，许多产品制造商和业务商纷纷看好这一市场并开始制造设备和提供业务。可以说，这时IP电话进入快速的发展阶段。,二、VoIP背景,经历阶段在技术上大致经历这样几个阶段：发展期（1996-1999）(续)由于利用公司的Internet传输实时的语音存在很多不足，难以保证用户接受的语音质量，这对一项业务来说显然是不行的。因此很多业务商建立了专用的IP网或在Internet上构建VPN来提供语音业务，从而实现较好的语音质量，这时的IP电话也可以真正地称为IP电话了。,二、VoIP背景,经历阶段在技术上大致经历这样几个阶段：成熟期（2000至今）进入成熟期的IP电话将具有以下特征：1） 技术成熟2） 统一标准3） 全球网络实现互通4） 语音质量良好5） 大部份传统电信运营公司开始提供IP电话业务,三、VoIP基本原理,传统的电话网紧电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为64kbit/s。而所谓的VoIP是以IP分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的UDP协议（用户数据报协议）进行传输。 为了在一个IP网络上传输语音信号，要求几个元素和功能。最简单形式的网络由两个或多个具有VoIP功能和设备组成，这一设备通过一个IP网络连接。,三、VoIP基本原理,VoIP模型的基本结构图,三、VoIP基本原理,VoIP的传输过程分为下列几个阶段:语音数据转换原数据到IP转换传送IP包数据的转换数字语音转换为模拟语音,三、VoIP基本原理,整个过程可以用下图表示:,语音信号在IP网络上的传送过程,四、VoIP协议及技术演进,H.323MGCP，H.248(Megaco)SIP,VoIP七层协议结构,表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层,G.729(A)/G.723(.1)/G.711H.323/SIP/SGCP/IPDCRTP/UDPIPMLPPP/FR/ATM AAL1 ,语音在RTP/UDP上传输VOIP七层协议划分,H.323标准协议簇的体系结构,H.323是国际电信联盟（ITU）的一个标准协议栈，该协议栈是一个有机的整体，根据功能可以将其分为四类协议，也就是说该协议从系统的总体框架（H.323）、视频编解码（H.263）、音频编解码（H.723.1）、系统控制（H.245）、数据流的复用（H.225）等各方面作了比较祥细的规定。,H.323体系结构图,H.245 Control,Call Control H.225.0,RAS Control H.225.0,Scope of H.323,H.323的组件,终端 提供实时、双向的多媒体传输。网关 在H323和非H323终端（如电路交换网上的电话）之间提供通信的服务。网守 地址传输、带宽管理、呼叫控制。多点控制单元 为三方或更多端点间的会议提供支持。,媒体 (UDP)例如：Netone语音端口为UDP ports 1000060000,RTP Stream,RTCP Stream,H.323A点,H.245 (TCP动态端口),Open Logical Channel,H.225 (TCP 端口 1720),Setup,Alerting / Connect,Open Logical Channel Acknowledge,Capabilities Exchange / MSD,RTP Stream,H.323B点,V,V,H.323v1 (5/96) - 7 or 8 Round TripsH.323v2 (2/98) - 2 Round Trips,假设各个端点配置正确,点到点call的信令交互,发现网守,注册信息,RAS信息交互,网守 A,网守 B,RRQ / RCF,ARQ,RRQ / RCF,ARQ / ACF,LRQ,IP 网,电话 A,电话 B,Gateway A,网关 B,H.225 (Q.931) Setup,H.225 (Q.931) Connect,H.245,RTP,ACF,LCF,V,V,MGCP/H.248简介,H.323网络向下一代IP电话网络演进时，H.323网关的媒体和信令处理功能将会分离：媒体网关（MG）只负责媒体的处理，信令处理功能将会转移到媒体网关控制器（MGC）。MGC和MG之间的通信采用MGCP或H.248/MeGaCo协议，其中MGCP和MeGaCo为IETF的标准,H.248为ITU-T的标准。,SIP概述,SIP（Session Initiation Protocol,会话发起协议）是由IETF（Internet工程任务组）提出的IP电话信令协议。正如名字所隐含的，SIP用于发起会话，它能控制多个参与者参加的多媒体会话的建立和终结。SIP在设计上充分考虑了对其它协议的扩展适应性。它支持多种地址描述和寻址。SIP最强大之处就是用户定位功能，SIP本身含有向注册服务器注册的功能，也可以其它定位服务器如DNS、LDAP等提供的定位服务器来增强其定位功能。,SIP中有客户机和服务器之分,客户机是指为了向服务器发送请求而与服务器建立连接的应用程序。用户代理（User Agent）和代理（Proxy）中含有客户机。 服务器是用于向客户机发出的请求提供服务并回送应答的应用程序。,SIP的四类服务器,用户代理服务器：当接到SIP请求时它联系用户，并代表用户返回响应。代理服务器：代表其它客户机发起请求，既充当服务器又充当客户机的媒介程序。在转发请求之前，它可以改写原请求消息中的内容。 重定向服务器：它接收SIP请求，并把请求中的原地址映射成零个或多个新地址，返回给客户机。 注册服务器：它接收客户机的注册请求，完成用户地址的注册。,H.323与SIP的比较,H.323和SIP设计之初是作为多媒体通信的应用层控制（信令）协议，目前一般用于IP电话。它们能实现的信令功能基本相同，也都利用RTP作为媒体传输的协议。但两者的设计风格截然不同，这是由于其推出的两大阵营（电信领域与Internet领域）都想沿袭自己的传统。H.323是由国际电联提出，它企图把IP电话当做传统电话，只是传输方式有电路交换变成了分组交换。而SIP侧重于将IP电话作为Internet上的一个应用，较其它应用程序（如FTP、E-mail等）增加了信令和QoS的要求。,H.323与SIP的不同,SIP是基于文本的协议，而H.323采用基于ASN.1和压缩编码规则的二进制表示其消息。SIP会话请求过程和媒体协商过程等是一起进行的，因此呼叫建立时间短。而H.323中呼叫建立过程和进行参数等协商的信令控制过程是分开进行的。H.323为实现补充业务定义了专门的协议。而SIP只要充分利用已定义的头域，必要时对头域进行简单的扩展就能很方便的支持补充业务或智能业务。H.323进行集中、层次式控制（便于计费和管理），但控制大型会议电话时，H.323中执行会议控制功能的多点控制单元很可能成为瓶颈。而SIP类似于其它Internet协议，设计上就为分布式的呼叫模型服务。,3种协议间的互连,协议网关软交换,五、VoIP优缺点分析,VoIP这个技术来源于互联网,继承了互联网简单、开放、方便的特点。主要有以下四大优势：资费的低廉。大家可能都很清楚，因为运营投入成本比较低，终端资费