第5章 VoIP通信原理

1、2022-3-71 第第5 5章章 VoIPVoIP通信原理通信原理5.1 VoIP通信原理通信原理 5.2 IP电话与传统电话的比较电话与传统电话的比较5.3 VoIP体系结构体系结构5.4 VoIP系统组成系统组成 5.5 VoIP基本业务基本业务 2022-3-725.1 VoIP5.1 VoIP通信原理通信原理5.1 VoIP通信原理通信原理 5.1.1 VoIP通信概述通信概述 5.1.2 分组交换原理分组交换原理 5.1.3 VoIP实现方法实现方法5.1.1 VoIP5.1.1 VoIP通信概述通信概述 InternetInternet是由众多不同的是由众多不同的计算机网络互联组

2、成的，遍布计算机网络互联组成的，遍布世界各地，使用标准的世界各地，使用标准的TCP/IPTCP/IP协议来相互通信和交换数据。协议来相互通信和交换数据。TCP/IPTCP/IP协议将要传输的计算机协议将要传输的计算机数据分组排队发送，每个分组数据分组排队发送，每个分组均包含地址及数据重组信息，均包含地址及数据重组信息，确保数据安全和数据包交换正确保数据安全和数据包交换正确无误。确无误。 2022-3-73InternetInternet上实现语音通信的简单原理如图上实现语音通信的简单原理如图: : 图图5-1 5-1 InternetInternet语音通信原理语音通信原理 2022-3-74

3、InternetInternet语音通信特点：语音通信特点：通信双方不需要进行链路建立的初始化过程，可通信双方不需要进行链路建立的初始化过程，可以随时发送数据。以随时发送数据。InternetInternet内所有路由都是共享的，联入内所有路由都是共享的，联入InternetInternet网的计算机均不独占路由。网的计算机均不独占路由。由于数据包需要排队传输，会产生时延。由于数据包需要排队传输，会产生时延。用户计算机至用户计算机至ISPISP的通信通过公众电话的通信通过公众电话(PSTN)(PSTN)，所，所以仍然会独占该段通信路由。以仍然会独占该段通信路由。 IP IP电话的通信原理与电话

4、的通信原理与InternetInternet数据通信原理数据通信原理区别在于要考虑和区别在于要考虑和PSTNPSTN的连接，存在着链路建立的连接，存在着链路建立和控制方面的问题。和控制方面的问题。2022-3-755.1.2 5.1.2 分组交换原理分组交换原理 IPIP电话网络是基于分组交换体系结构的系统电话网络是基于分组交换体系结构的系统, ,分组交换仍旧采用了报文交换的分组交换仍旧采用了报文交换的“存储存储- -转发转发”方方式，把报文截成许多比较短的、被规格化了的式，把报文截成许多比较短的、被规格化了的“分组分组( (packet)”packet)”进行交换和传输。进行交换和传输。 “

5、 “分组分组”进入交换机后，只在主存储器中停进入交换机后，只在主存储器中停留很短的时间，进行排队和处理，一旦确定了新留很短的时间，进行排队和处理，一旦确定了新的路由，就很快输出到下一个交换机或用户终端。的路由，就很快输出到下一个交换机或用户终端。2022-3-76 分组交换的主要优点是：分组交换的主要优点是： (1) (1) 为用户提供了不同速率、不同代码、不同同为用户提供了不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制规程的数据终端之间步方式、不同通信控制规程的数据终端之间能够相互通信的灵活的通信环境。能够相互通信的灵活的通信环境。 (2) (2) 信息传输时延较小，变化范围不大信息传输时延

6、较小，变化范围不大 。 (3) (3) 实现线路的动态统计时分复用，通信线路的实现线路的动态统计时分复用，通信线路的利用率很高。利用率很高。 2022-3-77 (4) (4) 可靠性高。可靠性高。每个分组可独立地进行差错校验，每个分组可独立地进行差错校验， “分组分组”还可以自动地选择一条路由以避开还可以自动地选择一条路由以避开网络故障点。网络故障点。 (5)(5) 经济性好。经济性好。信息以信息以“分组分组”为单位在交换机为单位在交换机中存储和处理，不要求交换机有很大的存储中存储和处理，不要求交换机有很大的存储容量；此外，分组交换网通过网络控制和管容量；此外，分组交换网通过网络控制和管理中

7、心理中心(NCC)(NCC)对网内设备实行比较集中的控制对网内设备实行比较集中的控制和维护管理，节省维护管理费用。和维护管理，节省维护管理费用。2022-3-78分组交换的主要缺点是：分组交换的主要缺点是：(1)(1) 由于网络附加的传输信息很多，长报文通信的由于网络附加的传输信息很多，长报文通信的传输传输效率比较低效率比较低。 (2)(2) 技术实现复杂技术实现复杂。分组交换机要对各种类型的。分组交换机要对各种类型的“分组分组”进行分析处理，提供路由，自动进行路进行分析处理，提供路由，自动进行路由调整，并为用户提供速率、代码和规程的变换，由调整，并为用户提供速率、代码和规程的变换，为网络的维

8、护管理提供必要的报告信息等，要求为网络的维护管理提供必要的报告信息等，要求交换机要有较高的处理能力。交换机要有较高的处理能力。2022-3-795.1.3 VoIP5.1.3 VoIP实现方法实现方法 1 1PC-to-PCPC-to-PC 这是初期采用的一种方式，它以多媒体技术这是初期采用的一种方式，它以多媒体技术为基础，建立在网对网的架构上，在技术上较容为基础，建立在网对网的架构上，在技术上较容易实现，但对于用户的要求比较高。易实现，但对于用户的要求比较高。 通话双方的计算机均须登录到网络上，还要通话双方的计算机均须登录到网络上，还要有全双工声卡、话筒等多媒体设备，并安装相同有全双工声卡、

9、话筒等多媒体设备，并安装相同的电话软件。的电话软件。 早期的早期的Internet Phone，就是此类产品的一个，就是此类产品的一个代表。代表。2022-3-7102 2PC-to-PhonePC-to-Phone 作为主叫方的计算机必须上网，而被叫方使作为主叫方的计算机必须上网，而被叫方使用普通电话机即可。用普通电话机即可。 通话时，主叫方登录到与对方电话网相连的通话时，主叫方登录到与对方电话网相连的IPIP电话网关服务器。电话网关服务器。 主叫方的呼叫信号通过主叫方的呼叫信号通过InternetInternet到达服务器到达服务器后，自动转接到被叫方的电话上。后，自动转接到被叫方的电话上

10、。Net2PhoneNet2Phone便是便是此类产品的代表。此类产品的代表。2022-3-7113 3Phone-to-Phone Phone-to-Phone 这种产品种类很多，实际性能差别也很大。这种产品种类很多，实际性能差别也很大。大致可分大致可分三种类型三种类型。 双方电话各配置一个类似于双方电话各配置一个类似于Modem的设备，通的设备，通话双方通过它登录到因特网上，每次通话只需简话双方通过它登录到因特网上，每次通话只需简单的操作便能像普通电话一样进行交谈。单的操作便能像普通电话一样进行交谈。 两端都没有计算机与电话连接，而是通过称为两端都没有计算机与电话连接，而是通过称为“桥接器

11、桥接器”的设备进行通话。的设备进行通话。 利用利用IP电话网关服务器进行通话。网关服务器电话网关服务器进行通话。网关服务器一端与一端与Internet相连，另一端与当地的公用电话网相连，另一端与当地的公用电话网（PSTN）相连。）相连。2022-3-712图图5-2 5-2 传统电话与传统电话与IPIP电话系统框图电话系统框图长途传输2022-3-7135.2 IP5.2 IP电话与传统电话的比较电话与传统电话的比较 5.2.1 5.2.1 工作方式比较工作方式比较 5.2.2 5.2.2 电路交换原理电路交换原理 5.2.3 5.2.3 交换方式比较交换方式比较 1 1IPIP电话电话 IP

12、IP电话是将模拟语电话是将模拟语音信号经过模数转换、音信号经过模数转换、编码压缩后，按一定的编码压缩后，按一定的打包规则将压缩帧转换打包规则将压缩帧转换成成IPIP数据包，通过数据数据包，通过数据网进行传输；在目的地网进行传输；在目的地经过数据解压、数模转经过数据解压、数模转换复原成话音，从而达换复原成话音，从而达到语音通信的目的。到语音通信的目的。5.2.1 5.2.1 工作方式比较工作方式比较2022-3-714IPIP电话具有下列特点：电话具有下列特点： 使用压缩算法处理语音信号以减少其占使用压缩算法处理语音信号以减少其占用的网络带宽。用的网络带宽。 经过编码、压缩处理后的语音信号以数经

13、过编码、压缩处理后的语音信号以数据包的形式进行传送。据包的形式进行传送。 语音业务可以容忍少量的数据丢失，同语音业务可以容忍少量的数据丢失，同时考虑到语音的实时性，不需要重新传输。时考虑到语音的实时性，不需要重新传输。 在国际电信联盟在国际电信联盟ITU-TITU-T推荐的综合业务数推荐的综合业务数字网字网ISDNISDN编号规则编号规则E.164E.164或已用的其他编号规则与或已用的其他编号规则与IPIP地址之间进行转换的地址转换功能。地址之间进行转换的地址转换功能。2022-3-7152 2传统电话传统电话 传统的电话是通过电路交换网，采用基于连传统的电话是通过电路交换网，采用基于连接的

14、电路方式来传输语音信息的。接的电路方式来传输语音信息的。 一个可能的通话流程大致如下：一个可能的通话流程大致如下： 主叫摘机；主叫摘机； 交换机给主叫送拨号音；交换机给主叫送拨号音； 主叫拨被叫号码；主叫拨被叫号码； 2022-3-716 电路建立；电路建立； 被叫电路响铃，主叫听到回铃声；被叫电路响铃，主叫听到回铃声； 被叫摘机，开始通话，交换机开始计费；被叫摘机，开始通话，交换机开始计费； 主叫或被叫挂机；主叫或被叫挂机； 交换机将电路拆除并停止计费。交换机将电路拆除并停止计费。2022-3-7175.2.2 5.2.2 电路交换原理电路交换原理 众所周知，传统的电话是基于电路交换原理众所

15、周知，传统的电话是基于电路交换原理进行工作的。普通的电信网，包括我们所熟悉的进行工作的。普通的电信网，包括我们所熟悉的PSTNPSTN、GSMGSM、TACSTACS等，都是采用电路交换的形式。等，都是采用电路交换的形式。图图5-3 5-3 电路交换的原理图电路交换的原理图2022-3-718电路交换具备以下特征：电路交换具备以下特征： （1 1）任何一次通信，两端之间必须独占一条路）任何一次通信，两端之间必须独占一条路由。由。 （2 2）占用此路由直到通话结束）占用此路由直到通话结束( (或通信终止或通信终止) )，在此过程中其他通信无法再用。在此过程中其他通信无法再用。 （3 3）电路接通

16、之后，交换机的控制电路不再干）电路接通之后，交换机的控制电路不再干预数据传输，为用户提供了一条透明通路。预数据传输，为用户提供了一条透明通路。2022-3-719电路交换的优点：电路交换的优点： （1 1）信息传输的时延小；而且对一次接续来说，传）信息传输的时延小；而且对一次接续来说，传输时延固定不变。输时延固定不变。（2 2）信息传输效率比较高。）信息传输效率比较高。（3 3）信息的编码方法和信息格式不受限制。）信息的编码方法和信息格式不受限制。2022-3-720电路交换的缺点：电路交换的缺点：（1 1）电路的接续时间较长，当通信的数据报文较短）电路的接续时间较长，当通信的数据报文较短时，

17、信息传输的实际通信效率低。时，信息传输的实际通信效率低。（2 2）电路（特别是传输中继线）利用率低。）电路（特别是传输中继线）利用率低。（3 3）限制了各种不同速率、不同编码格式、不同通）限制了各种不同速率、不同编码格式、不同通信规程的用户终端之间的通信。信规程的用户终端之间的通信。（4 4）电路交换方式必须在通信双方连通数据链路之）电路交换方式必须在通信双方连通数据链路之后才能传送信息，这种交换方式存在呼损，即可后才能传送信息，这种交换方式存在呼损，即可能出现由于被叫方设备忙或交换网负载过重而叫能出现由于被叫方设备忙或交换网负载过重而叫不通的现象。不通的现象。2022-3-7215.2.3

18、5.2.3 交换方式比较交换方式比较 目前，在数据通目前，在数据通信领域有三种基本的信领域有三种基本的交换方式：电路交换、交换方式：电路交换、报文交换和分组交换。报文交换和分组交换。IP电话是基于分组交电话是基于分组交换的原理之上的，而换的原理之上的，而传统的电话网是建立传统的电话网是建立在电路交换的基础上在电路交换的基础上的的。电路交换电路交换分组交换分组交换 专用公共标准 封闭式开放式系统 不灵活灵活 单独运作 合作伙伴 极为昂贵 价格低廉 速度较慢Internet传输速度表表：两种交换技术的特点：两种交换技术的特点2022-3-722 项目项目 电路交换电路交换 分组交换分组交换接续时间

19、接续时间较长较长,平均为平均为15s较短较短,虚电路连接一般小虚电路连接一般小于于1s信息传输延迟信息传输延迟短短,偏差较小偏差较小,通常在通常在ms级级短短,偏差大，一般低于偏差大，一般低于200ms数据传输可靠性数据传输可靠性一般为一般为10-7高达高达10-11对业务过载的反应对业务过载的反应拒绝接受呼叫（呼损）拒绝接受呼叫（呼损）减少输入信息流量（流减少输入信息流量（流量控制），延迟增大量控制），延迟增大信号传输的信号传输的“透明透明”性性有有无无异种终端之间的互通异种终端之间的互通不可不可可可多点通信多点通信(如报文广播如报文广播)不可不可可可电路利用率电路利用率低低高高交换机的费用

20、交换机的费用一般较便宜一般较便宜较高较高实时会话业务实时会话业务适用适用适用适用表表5-2 5-2 两种交换方式技术指标的对比两种交换方式技术指标的对比2022-3-7235.2.4 5.2.4 关键技术比较关键技术比较1 1信令比较信令比较 (1) PSIN(1) PSIN的信令的信令 在在PSTNPSTN中，完成一次电话的通话需要建立多中，完成一次电话的通话需要建立多种形式的信令。种形式的信令。 首先，提起电话时系统向交换机发送一个首先，提起电话时系统向交换机发送一个“摘机摘机”信号，交换机就会发拨号音进行响应；信号，交换机就会发拨号音进行响应； 然后，电话向交换机传送拨号数字，即被叫然后

21、，电话向交换机传送拨号数字，即被叫号码或者相关的数字信息；号码或者相关的数字信息； 交换机收到来自电话的拨号数字后，开始进交换机收到来自电话的拨号数字后，开始进行相应的处理。行相应的处理。2022-3-724(2) IP(2) IP电话信令电话信令 一、外部信令一、外部信令 IPIP电话网的外部信令支持如下几种信令方式：电话网的外部信令支持如下几种信令方式： a)a)标准双音多频标准双音多频(DTMF)(DTMF)或脉冲模拟信令；或脉冲模拟信令； b)b)数字带内信令，用于数字带内信令，用于T1/E1T1/E1数字中继线；数字中继线； c)c)模拟通信线路信令，大多用于模拟通信线路信令，大多用

22、于4 4路模拟中继线路模拟中继线 d)d)数字带外信令；数字带外信令； e)e)七号信令，用于连接电话和请求特殊服务。七号信令，用于连接电话和请求特殊服务。2022-3-725二二. .内部信令内部信令 内部信令提供两种功能：连接控制，呼叫处内部信令提供两种功能：连接控制，呼叫处理。理。 连接控制信令用于网关之间的联系或建立通连接控制信令用于网关之间的联系或建立通道以传输分组语音；道以传输分组语音； 呼叫处理是在网关之间发送呼叫状态，如振呼叫处理是在网关之间发送呼叫状态，如振铃、忙音等。铃、忙音等。2022-3-7262 2寻址比较寻址比较 在在IPIP网络中，采用网络中，采用TCP/IPTC

23、P/IP的寻址规则和协议，的寻址规则和协议，而后者主要包括以下两个方面：而后者主要包括以下两个方面： (1) (1) 地址解析地址解析 地址解析，是指在特定的设备处地址解析，是指在特定的设备处( (例如路由器、例如路由器、网关、网关、DNSDNS服务器等服务器等) ) ，将，将IPIP数据包内的地址信息数据包内的地址信息解释成可以识别和处理的地址，然后交由寻址设解释成可以识别和处理的地址，然后交由寻址设备进行路由寻找。备进行路由寻找。 (2) 地址简化地址简化 地址简化是指将复杂的物理地址抽象为可以地址简化是指将复杂的物理地址抽象为可以简单识别和处理的逻辑地址的过程。简单识别和处理的逻辑地址的

24、过程。2022-3-727(3)(3)路由路由 传统电话网络的路由与编号规则和线路密切传统电话网络的路由与编号规则和线路密切相关，用于建立从源节点到目标节点的通话。相关，用于建立从源节点到目标节点的通话。 IP电话网络的路由协议具有丰富的功能，它电话网络的路由协议具有丰富的功能，它们使语音业务能够利用们使语音业务能够利用IP网络的自校正功能，诸网络的自校正功能，诸如策略路由和访问列表等功能，为语音业务提供如策略路由和访问列表等功能，为语音业务提供复杂、安全的路由方案。复杂、安全的路由方案。(4)(4)延迟延迟 在在PSTNPSTN语音网络中，距离是导致延迟的主要语音网络中，距离是导致延迟的主要

25、因素。而在缺乏因素。而在缺乏QoSQoS保证的保证的IPIP电话网络中，由于电话网络中，由于IPIP业务遵循业务遵循“尽力服务尽力服务”的原则，即的原则，即“先来先服先来先服务务”，所以容易出现较大的延迟和时延抖动，这，所以容易出现较大的延迟和时延抖动，这是是IPIP电话亟待解决的重要问题之一。电话亟待解决的重要问题之一。2022-3-7285.3 VoIP5.3 VoIP体系结构体系结构5.3.1 5.3.1 通信过程通信过程 IPIP电话系统把来自普通电话系统把来自普通电话的模拟信号转换成可接电话的模拟信号转换成可接入入IntemetIntemet传送的数据包，传送的数据包，同时将收到的数

26、据包转换成同时将收到的数据包转换成模拟信号送到电话。经过模拟信号送到电话。经过IPIP电话系统的转换及压缩处理，电话系统的转换及压缩处理，每个普通电话传输速率约占每个普通电话传输速率约占用用8-11Kbit/s.8-11Kbit/s.5.3 VoIP5.3 VoIP体系结构体系结构 5.3.1 5.3.1 通信过程通信过程 5.3.2 5.3.2 互连互通互连互通 5.3.3 5.3.3 网络协议网络协议 5.3.4 5.3.4 体系结构体系结构2022-3-729图图5-4 IP5-4 IP电话通信基本模型电话通信基本模型被叫端的网关被叫端的网关进行分组数据进行分组数据的解包、解压的解包、解

27、压和解码，还原和解码，还原为可被识别的为可被识别的模拟语音信号模拟语音信号2022-3-730图图5-5 5-5 基本通信过程流程基本通信过程流程主叫方主叫方GWGWGK被叫方被叫方R2/SS7/Q.913输入卡号，密码或提取主叫号码输入被叫号码RAS信道（H.225.0RSA）呼叫信令信道（H.225.0,Q.931，快速建立连接）R2/SS7/Q.931通话网关间连接R2/SS7/Q.931呼叫被叫通话被叫状态H.245逻辑信道（控制信道、语音信道） RTP/RTCPRAS信道（H.225.0RAS）带宽管理，状态管理，计费2022-3-731 另外，网关和网关、网关和关守之间遵照另外，网

28、关和网关、网关和关守之间遵照H.323H.323协议进行交互，主要可分为三个部分：协议进行交互，主要可分为三个部分： (1) (1) 网关和关守间使用网关和关守间使用H.225.0 RASH.225.0 RAS（协议（协议H.225.0H.225.0中定义的远程接入服务）进行认证、地中定义的远程接入服务）进行认证、地址翻译、计费和控制等。址翻译、计费和控制等。 (2) (2) 网关和网关间使用网关和网关间使用H.225.0H.225.0协议和协议和Q.931Q.931协议进行呼叫建立。协议进行呼叫建立。 (3) (3) 网关和网关间使用网关和网关间使用H.245H.245协议建立话音协议建立话

29、音通道。通道。2022-3-7325.3.2 5.3.2 互连互通互连互通 IP IP电话有三种方式：电话有三种方式： (1) 连接连接Internet的两台的两台PC机之间进行通话；机之间进行通话； (2) 一端为一端为PC机、另一端为普通电话，通过机、另一端为普通电话，通过Internet连接进行通话；连接进行通话； (3) 两端均为普通电话机，通过两端均为普通电话机，通过Internet连接进连接进行通话。行通话。 现在的大多产品，可以实现从现在的大多产品，可以实现从Internet向向PSTN电话呼叫，但是，电话呼叫，但是，IP网除了必须实现现有网除了必须实现现有PSTN网网的基本功能

30、外，还需具有其它增值功能。的基本功能外，还需具有其它增值功能。2022-3-7331 IP1 IP与与PSTNPSTN互连的基本形式互连的基本形式 IP电话端至端连接有几种基本方式，电话端至端连接有几种基本方式，它们包括它们包括: * 从从IP网到电路交换网网到电路交换网SCN的呼叫；的呼叫； * 从电路交换网从电路交换网SCN到到IP网的呼叫；网的呼叫； * 从从IP网到电路交换网网到电路交换网SCN再回到再回到IP网的网的呼叫；呼叫； * 从电路交换网从电路交换网SCN到到IP网再回到电路网再回到电路交换网交换网SCN的呼叫。的呼叫。2022-3-734从IP网到SCN的呼叫图图5-6 5

31、-6 从从IPIP到到PSTNPSTN的呼叫的呼叫图图5-7 5-7 从从PSTNPSTN到到IPIP的呼叫的呼叫从SCN网到IP的呼叫H.232终端H.232终端 本地或分布功能IP接入IP接入IP网IP网IWFIWFSCNSCN 本地或分布功能2022-3-7352 2 互连协议和信令互连协议和信令 在在IPIP网上实现电话功能，各厂商可以采用不网上实现电话功能，各厂商可以采用不同的技术灵活实现，因此虽然产品不少，但往往同的技术灵活实现，因此虽然产品不少，但往往造成设备之间造成设备之间“无法对话无法对话”。IPIP与与PSTNPSTN互连，根互连，根据据OSIOSI的分层观点其有关各层协议

32、如图的分层观点其有关各层协议如图5-85-8所示。所示。H.245Q.931(H.225) RAS(H.225)G.7XXRTP/RTCPTCPUDPIP图图5-8 IP5-8 IP与与PSTNPSTN互联的有关各层协议互联的有关各层协议2022-3-736主主叫叫实实体体RAS信道信道关守关守媒介信道媒介信道图图5-9 5-9 通过关守建立呼叫通过关守建立呼叫被被叫叫实实体体呼叫控制呼叫控制 Q.931通信控制通信控制 H.245RAS信道信道呼叫控制呼叫控制 Q.931通信控制通信控制 H.245 IP与与PSTN的信令连接的方式有两种的信令连接的方式有两种: 一种是通过关一种是通过关守建

33、立呼叫，其呼叫控制采用守建立呼叫，其呼叫控制采用Q.931协议，通信控协议，通信控制采用制采用H.245协议；协议；2022-3-737主主叫叫实实体体RAS信道信道网关网关媒介信道媒介信道图图5-10 5-10 直接路由呼叫直接路由呼叫被被叫叫实实体体呼叫控制呼叫控制 Q.931通信控制通信控制 H.245RAS信道信道 另一种是通过直接路由呼叫，其呼叫控制采另一种是通过直接路由呼叫，其呼叫控制采用用Q.931协议，通信控制采用协议，通信控制采用H.245协议。协议。2022-3-738 InternetInternet可以接收流过电话网上的发送者和接收可以接收流过电话网上的发送者和接收者的

34、电话号码等控制信息，实现者的电话号码等控制信息，实现InternetInternet与电话交换与电话交换的信令网之间互联互通，从而提供增值服务。的信令网之间互联互通，从而提供增值服务。 (1) (1) 通过信令网实现附加服务通过信令网实现附加服务 InternetInternet能够收发电话网的控制信号，使得能够收发电话网的控制信号，使得IPIP电电话的服务方便性提高一大步。例如话的服务方便性提高一大步。例如IPIP电话经营者将可电话经营者将可以提供传统电话所提供的来电显示和受话方付费等许以提供传统电话所提供的来电显示和受话方付费等许多附加服务。多附加服务。 (2) (2) 使用信令网实现一次

35、拨号使用信令网实现一次拨号 IPIP电话经营者连接于电话经营者连接于7 7号信令网时，还可以省掉号信令网时，还可以省掉必须向必须向VoIPVoIP网关拨号这样麻烦的操作，从而可以直接网关拨号这样麻烦的操作，从而可以直接向通话的对方打电话。向通话的对方打电话。2022-3-7393 3 控制交换机的新协议控制交换机的新协议 Internet与电话网融合，出现的另一种新技术是从外部与电话网融合，出现的另一种新技术是从外部经由经由IP网络控制电话网内交换机和企业网络控制电话网内交换机和企业PBX等通信设备的等通信设备的专用协议，目前有专用协议，目前有IP装置控制（装置控制（IPDC）简单网关控制协议

36、）简单网关控制协议（SGCP）两种。）两种。 （1 1） IPDCIPDC和和SGCPSGCP协议协议 这两种新协议的基本思路，是经由这两种新协议的基本思路，是经由IP网络使网络使VoIP网关网关和交换机等通信设备对其内部的各种装置进行控制。和交换机等通信设备对其内部的各种装置进行控制。（2 2） IPDCIPDC和和SGCPSGCP的基本功能的基本功能 a）控制）控制VoIP网关和交换机等通信设备；网关和交换机等通信设备； b）控制连接。）控制连接。（3 3） 新协议可以降低话费新协议可以降低话费（4 4） 新协议可提供新的附加服务新协议可提供新的附加服务2022-3-740 5.3.3 5

37、.3.3 网络协议网络协议 1. 1. 网络协议网络协议 在在TCP/IPTCP/IP协议族中，主要的协议族中，主要的TCPTCP协议通过重传协议通过重传出错信息保证了消息的可靠传输，而出错信息保证了消息的可靠传输，而IPIP协议可提协议可提供消息的路由，检测供消息的路由，检测IPIP数据包的丢失。数据包的丢失。 另外，另外，TCPTCP还利用滑动窗机制进行流量和拥还利用滑动窗机制进行流量和拥塞控制。塞控制。 TCP TCP协议采用的重传差错信息可保证可靠传协议采用的重传差错信息可保证可靠传输，但其采用的流量拥塞控制机制则不适合于语输，但其采用的流量拥塞控制机制则不适合于语音传输。音传输。20

38、22-3-741 UDP( UDP(用户数据包协议用户数据包协议) )原是设计用于传输较短的原是设计用于传输较短的无确认消息的，并且也没有无确认消息的，并且也没有TCPTCP那样的流量和拥塞控那样的流量和拥塞控制机制。制机制。 与目前的电话网比较，基于与目前的电话网比较，基于InternetInternet的语音通信的语音通信不能保证传输的话音质量，这是因为：不能保证传输的话音质量，这是因为： 基于电路交换的网络一旦连接建立，信道带宽基于电路交换的网络一旦连接建立，信道带宽资源便得到确保，并且由于是资源便得到确保，并且由于是同步转移模式同步转移模式（STMSTM）传输方式，收方可从接收信息中提

39、取同步信息，保证传输方式，收方可从接收信息中提取同步信息，保证发收双方同步比较容易。发收双方同步比较容易。 Internet Internet网中由于采用线路统计复用，故带宽网中由于采用线路统计复用，故带宽没有保证，可能有拥塞，所以信息包可能会丢失。没有保证，可能有拥塞，所以信息包可能会丢失。2022-3-7422. 2. 服务质量服务质量 IPIP电话电话QoSQoS可从呼叫建立质量和通话过程质量可从呼叫建立质量和通话过程质量两方面来描述。两方面来描述。 呼叫建立的质量呼叫建立的质量: : IP IP接入网建立的时延（包括接入网建立的时延（包括IPIP网传输层建网传输层建立、立、ModemM

40、odem接通和接通和ISPISP网关注册等）；网关注册等）； IP IP主干网的信令时延；主干网的信令时延；2022-3-743 关守内的呼叫建立时延；关守内的呼叫建立时延； 后端服务（如目录、鉴权）的接入时间和呼后端服务（如目录、鉴权）的接入时间和呼 叫处理时延叫处理时延 网关内的处理时延；网关内的处理时延； 在在PSTNPSTN网络内的呼叫建立时延网络内的呼叫建立时延2022-3-744 通话过程的质量，包括通话过程中端到端的通话过程的质量，包括通话过程中端到端的延迟和端到端的通话质量。延迟和端到端的通话质量。 IPIP网的负载均衡机制网的负载均衡机制和由于面向无连接引起的通话双方路径的不

41、对称和由于面向无连接引起的通话双方路径的不对称性对话音通信的时延和抖动具有较大的影响。性对话音通信的时延和抖动具有较大的影响。 通话过程中端到端延迟的质量由这几方面来通话过程中端到端延迟的质量由这几方面来保证：保证：IPIP终端缓冲延时；终端缓冲延时；H.323H.323分组、缓冲延时；分组、缓冲延时；编码延时；网络发送延时等。编码延时；网络发送延时等。 通话过程中端到端的通话质量则用话音品质通话过程中端到端的通话质量则用话音品质因素描述，总体上是由用户直观感觉测试决定因素描述，总体上是由用户直观感觉测试决定 。2022-3-7455.3.4 5.3.4 体系结构体系结构1 1开放式的体系结构

42、开放式的体系结构 开放式的体系结构应该具备以下特点：开放式的体系结构应该具备以下特点： (1) (1) 通过异类网络提供语音业务；通过异类网络提供语音业务； (2) (2) 独立于最基本的网络传输设施；独立于最基本的网络传输设施； (3) (3) 网络的智能化功能；网络的智能化功能； (4) (4) 与传统网络和业务互操作；与传统网络和业务互操作； (5) (5) 支持快速的网络与业务配置。支持快速的网络与业务配置。2022-3-7462IP网络的分层体系结构网络的分层体系结构 如图所示如图所示,IP电话系统的体系结构是一种分层结构电话系统的体系结构是一种分层结构网络与系统集成OAMP业务控制

43、软件业务要素平台SS7 电话电话交换机交换机图图5-11 IP5-11 IP电话的分层体系结构电话的分层体系结构PBX2022-3-7473 3IPIP电话网的应用参考体系电话网的应用参考体系 基于分组交换结构的基于分组交换结构的IPIP电话系统的参考体系如图所示电话系统的参考体系如图所示 网关路由器集中DSLDDN专线/帧中继/ATM电缆/无线ATM核心IDSN/Dial骨干网核心核心电路IP核心内容网络ISP（a，b，c）公司网关（a，b，c）业务策略管理2022-3-748 4 4逻辑体系结构逻辑体系结构 开放式开放式IPIP电话体系主要由呼叫逻辑、业务逻辑和交换逻辑这三电话体系主要由呼

44、叫逻辑、业务逻辑和交换逻辑这三种逻辑构成，这三种逻辑是分层次的，层与层之间互相依赖。种逻辑构成，这三种逻辑是分层次的，层与层之间互相依赖。IN/AIN/CTIS/MGCP-RAS-SIP业务逻辑业务板AAA地址分辨率业务逻辑呼叫控制板信令与呼叫控制业务访问功能基于交换的业务逻辑端到端的语音业务交互工具集定义转换仿真程序配置分析程序呼叫逻辑连接板连接协商代码转换载体交换介质控制：SIP，H.323，PNNI等交换逻辑OSS计费网络管理故障管理业务管理定制管理呼叫代理网关 呼叫代理网关 业务革新业务节点SCP其他2022-3-7495.4 5.4 VoIPVoIP系统组成系统组成 5.4 VoIP

45、 5.4 VoIP系统组成系统组成 5.4.1 5.4.1 基本组成基本组成 5.4.2 5.4.2 终端终端 5.4.3 5.4.3 网关网关 5.4.4 5.4.4 关守关守 （GateKeeperGateKeeper） 5.4.5 5.4.5 服务器服务器 VoIPVoIP技术的核心和关键技术的核心和关键是是IPIP话音网关。话音网关。IPIP话音网关话音网关除了负责对用户进行认证、除了负责对用户进行认证、选择通话方式外，还具有计选择通话方式外，还具有计费功能。计算机电话集成费功能。计算机电话集成（CTICTI）技术将进一步研究技术将进一步研究如何将如何将InternetInternet

46、上的语音、上的语音、图像、传输带入图像、传输带入PSTNPSTN，并充并充分利用分利用PSTNPSTN的优点克服当前的优点克服当前IPIP电话的缺点，使其得以进电话的缺点，使其得以进一步的发展。一步的发展。2022-3-7505.4.1 5.4.1 基本组成基本组成 VoIP VoIP系统有四个基本组件：终端设备系统有四个基本组件：终端设备(Terminal)(Terminal)、网关网关(Gateway)(Gateway)、多点接入控制单元（多点接入控制单元（MCUMCU）和关守和关守(Gatekeeper)(Gatekeeper)。图图5-17 IP5-17 IP电话系统的基本组成电话系统

47、的基本组成 2022-3-751 除了上述四个基本组件外，除了上述四个基本组件外，IPIP电话系统还包括网电话系统还包括网管服务器、记帐服务器等其它组件。管服务器、记帐服务器等其它组件。传真交换机电话网关网关电话传真交换机网管服务器IP网络LANLAN关守监控系统记帐系统质量管理图图5-18 IP5-18 IP电话系统整体结构电话系统整体结构通信服务器InternetPhone LiteInternetPhone Lite2022-3-752 5.4.2 5.4.2 终端终端 终端是终端是IPIP电话网络的组成部分，也是直接和用电话网络的组成部分，也是直接和用户接触的产品。户接触的产品。IPI

48、P电话的终端有多种类型，其中包电话的终端有多种类型，其中包括语音电话、括语音电话、ISDNISDN终端、多媒体终端、多媒体PCPC机，也可以是集机，也可以是集语音、数据和图像于一体的多媒体业务终端，或者语音、数据和图像于一体的多媒体业务终端，或者是电视用户使用的机顶盒是电视用户使用的机顶盒. . 电话是最常见的终端设备，通过电话是最常见的终端设备，通过PSTNPSTN接入接入IPIP电电话系统。它的功能比较简单。话系统。它的功能比较简单。 多媒体终端，基本上按其发展可分为两大类。多媒体终端，基本上按其发展可分为两大类。一类是以个人电脑、笔记本电脑为基础，另一类则一类是以个人电脑、笔记本电脑为基

49、础，另一类则是以图像信息接收终端电视机为基础。是以图像信息接收终端电视机为基础。2022-3-753 1. 1. 多媒体计算机多媒体计算机 为了在为了在Internet上使用上使用IP电话，在电话，在计算机计算机终端系终端系统中还必须配备相应的设备，如：统中还必须配备相应的设备，如： (1) 音频信号输入输出设备、话筒和喇叭；音频信号输入输出设备、话筒和喇叭； (2) 网卡或网卡或Modem； (3) 音频信号编译码器；音频信号编译码器； (4) 一套信令协议，以便建立、维护和拆除呼叫；一套信令协议，以便建立、维护和拆除呼叫； (5) 功能足够强大的功能足够强大的CPU 。2022-3-754

50、2. 2. 多媒体终端多媒体终端(1)(1)多媒体终端特点多媒体终端特点 多媒体终端的主要特点是符号数字电视标多媒体终端的主要特点是符号数字电视标准以及网上多媒体应用需求，并且具有良好的准以及网上多媒体应用需求，并且具有良好的性能价格比，能够被市场接受。性能价格比，能够被市场接受。2022-3-755(2) (2) 多媒体终端功能多媒体终端功能 接收广播电视娱乐节目接收广播电视娱乐节目; ; 文化教育功能文化教育功能; ; 交互信息功能交互信息功能; ; 通信功能通信功能; ; 编辑功能编辑功能; ; 软件控制功能。软件控制功能。2022-3-7563. 3. 机顶盒机顶盒 机顶盒（机顶盒（S

51、TBSTB，Set-Top BoxSet-Top Box）是适合于普是适合于普通电视用户使用的终端设备，它是信号传输介质通电视用户使用的终端设备，它是信号传输介质与电视机的一种接口，并提供附加服务。目前，与电视机的一种接口，并提供附加服务。目前，机顶盒有模拟和数字之分，共有四种类型。机顶盒有模拟和数字之分，共有四种类型。 (1) (1) 传统的机顶盒即有线电视机顶盒，通过传统的机顶盒即有线电视机顶盒，通过电缆接收数据，使电视可以接收有线电视信号；电缆接收数据，使电视可以接收有线电视信号； (2) (2) 这种类型机顶盒使用电话线，使电视可这种类型机顶盒使用电话线，使电视可以接收电话等媒介传输的

52、模拟信号；以接收电话等媒介传输的模拟信号；2022-3-757 (3) 数字卫星机顶盒，应用于数字直播卫星数字卫星机顶盒，应用于数字直播卫星( DBS )，使电视直接接收卫星直播的信号；，使电视直接接收卫星直播的信号； (4) Internet机顶盒，使电视机成为机顶盒，使电视机成为Internet的的一个接收终端，这时的电视机就是人们常说的一个接收终端，这时的电视机就是人们常说的Web TV。 目前，人们常说的机顶盒，一般是指数字机目前，人们常说的机顶盒，一般是指数字机顶盒。顶盒。2022-3-7585.4.3 网关网关 网关是把网关是把IPIP电话带入通信主流的关键设备。电话带入通信主流的

53、关键设备。网关在传统的电话交换网络和网关在传统的电话交换网络和InternetInternet之间架起之间架起一座桥梁。一座桥梁。 网关也克服了网关也克服了InternetInternet的寻址问题。的寻址问题。IPIP电话电话网关把语音和数据融合在同一个网络上，从而提网关把语音和数据融合在同一个网络上，从而提供了一系列的应用系统。供了一系列的应用系统。 目前，可以使电话同电话通话的目前，可以使电话同电话通话的IPIP电话，主电话，主要使用的网关是要使用的网关是VoIPVoIP网关网关。VoIPVoIP网关把电话网的网关把电话网的6.46.4kHzkHz模拟声音信号压缩码成数字信号，装入模拟声

54、音信号压缩码成数字信号，装入IPIP分组送给分组送给InternetInternet。对方的对方的VoIPVoIP网关则进行相反网关则进行相反的工作。的工作。2022-3-7591. 1. 基本原理基本原理 通过一个网关可以实现通过一个网关可以实现PC-to-PhonePC-to-Phone、Phone-Phone-to-PCto-PC的通信，通过两个网关可以实现的通信，通过两个网关可以实现Phone-to-Phone-to-PhonePhone的通信，如图所示。的通信，如图所示。网关网关网关网关网关网关Internet/IntranetInternet/IntranetPSTNPSTNPST

55、N(a) Phone-to-PC(b) Phone-to-Phone图图5-19 IP5-19 IP语音网关语音网关2022-3-760 网关从网络的角度看，是一个网关从网络的角度看，是一个H.323设备；从设备；从PSTN的角度看，它又像是的角度看，它又像是PSTN上的一个终端。网上的一个终端。网关是关是IP电话的关键设备，其基本原理如图所示。电话的关键设备，其基本原理如图所示。 图图5-20 5-20 IPIP电话网关原理图电话网关原理图 数字化压缩打包PSTN接口Internet接口模拟化解压缩解包PSTNInternet2022-3-7612. 2. 组成与功能组成与功能 IP IP电

56、话网关采用了分层模块化结构，分为硬电话网关采用了分层模块化结构，分为硬件层、软件模块层、维护管理层和控制接口层四件层、软件模块层、维护管理层和控制接口层四部分。网关应具备以下基本功能：部分。网关应具备以下基本功能： (1) (1) 号码查询；号码查询； (2) (2) 建立通信连接；建立通信连接； (3) (3) 信号调制；信号调制； (4) (4) 信号解调；信号解调； (5) (5) 信号压缩；信号压缩； (6) (6) 信号解压；信号解压； (7) (7) 路由寻址；路由寻址； (8) (8) 信令转换。信令转换。2022-3-7623. 3. 主要技术主要技术 语音质量语音质量和和时延

57、时延，是决定，是决定IPIP电话传输质量的电话传输质量的两个主要因素。两个主要因素。 通过语音编码和对丢失的数据包的重建，语通过语音编码和对丢失的数据包的重建，语音的质量已经有了很大的提高。音的质量已经有了很大的提高。 IP IP电话时延有望得到进一步减小，主要基于电话时延有望得到进一步减小，主要基于以下三方面原因：以下三方面原因： (1) (1) 改进网关改进网关 (2) (2) 使用专网使用专网 (3) (3) InternetInternet的发展的发展2022-3-7635.4.4 5.4.4 关守（关守（GateKeeperGateKeeper） 1. 1. 关守基本概念关守基本概念

58、 VoIPVoIP网关根据对方的电话号码，向关守查询网关根据对方的电话号码，向关守查询应往其发送应往其发送IPIP分组的分组的VoIPVoIP网关地址。网关地址。 关守是一个中央控制实体，在关守是一个中央控制实体，在VoIPVoIP和和FoIPFoIP网网中起管理作用。关守是网络中的消息控制中心，中起管理作用。关守是网络中的消息控制中心，它可以进行地址解析、授权、身份验证和保留呼它可以进行地址解析、授权、身份验证和保留呼叫详细记录等操作，并且可以和网关紧密地结合叫详细记录等操作，并且可以和网关紧密地结合在一起。在一起。 被同一个关守所管理的那些终端、网关和多被同一个关守所管理的那些终端、网关和

59、多点控制单元，称为点控制单元，称为“区域区域”。简单来说，区域就。简单来说，区域就是一个关守所控制的域。是一个关守所控制的域。 2022-3-764 2. 2. 关守主要功能关守主要功能 关守在它所管辖的关守在它所管辖的“区域区域”范围内，管理所有范围内，管理所有的的VoIPVoIP网关，网关，H.323H.323也规定了这样的关守的功能：也规定了这样的关守的功能： (1) (1) 呼叫控制呼叫控制 (2) (2) 地址翻译地址翻译 (3) (3) 呼叫授权呼叫授权 (4) (4) 带宽管理带宽管理 (5) (5) 拨号计划管理拨号计划管理 (6) (6) 数据库管理数据库管理 (7) (7)

60、 网络管理网络管理 (8) (8) 集中帐务和计费管理集中帐务和计费管理2022-3-7655.4.5 5.4.5 服务器服务器 1. 1. 网管服务器网管服务器 网管服务器（网管服务器（NMNM）为网络管理人员提供了这为网络管理人员提供了这样一种工具。网管服务器具备以下几种功能：样一种工具。网管服务器具备以下几种功能： (1) (1) 设备控制及配置设备控制及配置 (2) (2) 拨号方案管理及负载均衡拨号方案管理及负载均衡 (3) (3) 数据配给数据配给 (4) (4) 远程监控远程监控 (5) (5) 鉴权及安全管理鉴权及安全管理2022-3-7662. 2. 计费服务器计费服务器 计