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1、IP电话原理简介：本文从以下几个方面阐述了Inteme电ti舌的研究发展状况：1、Interne电t话带来的冲击2、Inteme电t话的原理3、Interne电R舌前景展望一、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,FederalCommunicationCommissio)n提交诉状，起诉几家在Interne上t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VocalTedt产品InternetPhOn)e、ThirdPlan
2、etPublishingInc.(产品DigiPhone)Interneffelephone(pfe11WebPhone)QUarterdeCk(产品WebTaIk)等。这一举动表示，Imerne上t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。此外，不少中小企业纷纷在他们的IntemetZIntranet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Imemet电话业务。最近，ClSCO宣布将在其3600路由器上增加摹拟话音接口
3、，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ActionInfoimationServicesftif,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Inteme传诞，到2005年将达到10%16%,到2022年则达到28%。(最新的统计数字，IP电话$600亿)驱使Interne话t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Inteme的t话音收费
4、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Interne的t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，Interne电t话的发展速度也就可以理解了。驱使Inteme话t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、时常断。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Interne电t话的规范逐步完善，各厂商的设备可以互通；另一方面，Imernet的大力兴建及硬件设备性能的提高为Ime
5、me电t话的顺畅提供了保证；二、Internet电话的原理1、Interne电t话的基本组成及标准：在1996年之前，各厂商就纷纷推出了Interne电t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，造成为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MMUSlC(MUltiPartyMUltimediaSeSSionCOn)CLo作1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Imeme电ri标准的执行规范。H.323标准提供了基于IP网络(包括Inteme)t的传送声音、视频和数据的基
6、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21(表中还包含了多媒体在其余网络中(如ISDN、PSTN)的系列协议)oH.323定义了网络传输系统中的四种基本的构成单元：终端(Termina1)、网关(Gateway)GateKeePer和多点控制单元(MCU,MultipointControlU)n,it它们之间及与别的网络的组网图原理普通如图2-1所示。H.323H.320H.321H.322H.324ApprovalDate199619901%519951996NetworkNon-Guaranteedbandwidthpacketswitchednetwor
7、ksuCAlNarrowbandSwitchedHdigitalISDNABroadbandDN,TMLANGuaranteedbandwidthpacketswitchednetworksH261PSTNorPOTS,theanalogphonesystemLIVideoH.263qjIG,722,H.261,H.263H.2G1,H.263G7)IIH.263G.711,H.263G.723AudioG.728：G.723：G.729H.225.0G.711,G.722,G.728u”1G.722：G.728H.221G.722,G.728H.221H.223IVIUIUPleXnlMH.
8、245M.ZZ1H230H.242H.242,H.245L5IU5MiiltinnintH.323H.242H.231,H.231,11H.231,H9dlTITtrH.2431.H.2431.TICQI.T.120Data1.2OT.I20AAI1.400&T.120Comm.ICB1E1.400L363,TCP/IPV.34InterfaceAJM1.361.PHY1.400表21MUItimedia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.3
9、23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；此外,和GateKeePer进行通信的RAS（RegistrationAdmissionSt）atus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。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
10、转换（如H.245到H.242）此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Imerne）t,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：1）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（或者其余名称）、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。2）访问控制：设定访问者的权限，提供允许或者拒绝访问等管理。3）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。4）区域管理：GateKe叩er提供区域内的终端、MCU和网关的注册、更新、
11、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者多点的功能。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，那末可以不含MCU。2、普通的Inteme电诏的组网图：（Ja图2-3）H.323 PC Temiinal(Connected via PPP)LocalPPP Access Sen,erChannelizedTLOr ISDNPRIH.323 PC Terminal H.323 PC TerminalRouter1H.323 PC Terminal(Connected via PPP)H323 PC Te
12、rminal(Connected via PPP)H.323 GatekeeperUTP-J or UTP-5 cable Collapsedbackbone hubDirector), Server图23Inteme电t话组网图普通，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。特殊地，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RASDirectorySerVe可以在一个服务器上，有时甚至可以和DNSSerVer合并。而上图的GaleKeeP
13、er或者RASDirectorySerVe也r可包含MCU的功能。3、传输协议在IETF的MMUSIC工作组的草案TheInterneMultimediaConferenceArchitectu加中定义的视讯会议的协议栈如下图2-4所示：IIIIConferenceConferenceAudio/ShredISetup&DiscoveryCourseControlVideoApplications+-+ISDPIIDistr.IRTP/Reliable|ISAPSIPIHTTPSMTPRSVPCtrl(I)IRTCPMulticast(2)|+-+-+IUDPITCPIlUDPIIP+IPMu
14、lticast|+IIntegratedServicesForwarding+图2-4InternetMultimediaConferencingprotocolstacks普通说来，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：1） RSVP：（ResourceReservationProtdCg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艰难的，为此IETF定义了资源预留协议（RSVP）0RSVP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（QU
15、alityOfSerViCe）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，但大部份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、GatewayMCU必须支持，IP网络上的路由器等也必须支持，RSVP在RFC2205RFC2209中定义。2） RTP/RTCP：(real-TimeProcol/Real-TimfontrolProtocol)RTP是EETF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
16、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Imeme上t视频会议的QoS0RTP/RTCP协议见RFC1889和RFC1890。此外，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-TimeStreamingPrOtO)CO协1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.71164kbit/sG.7224864kbit/sGSM61013.3kbit/sG.72816kbit/sG.7235.3kbit/或者s6.3kbit/sG.7298或
17、者13kbit/sH.323定义H.323终端必须支持G,711,IMTC的VOlP论坛建议将G.723.1定义为Imerne电t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之背景噪声，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RTPPayloadforDTMF
18、Digits草案，IMTC的VOlP论坛也据此提出了解决办法。6、控制H.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、打开或者关闭逻辑通道、优先级请求、流程控制信息以及基本的命令和指不等。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信号通道普通在终端和GalekeePer间建立，如果GatekeePer不存在，那末就没有RAS通道。普通地，两个通道终端间的H.323信息流如下图2-5所示：ISETU
19、PH.323ICONNE-I(H245Address)ICHconnectionH.245MessagesOPenLOgiCaFChannehrjRGRaddess)/RTS/RTrIllIL2口Sr/RTCP&RTPaddresses)RTPStreamRTCPstreamQ.931H.245Medi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。H.323Terminal#2Gatek一OpenTCPCha323h.323Tejeer，1199
20、SHmiccinnR*yq3(AROlrminal#1.一H*225AdmiSSiCnConHmi(ACF).nelFor0.931-WQ.93lSetupJH.225:AdmiSSiOnRequest(RQ)nnuctH.225:AdmissionConfirm(ACF)Q.931OpenTCPChanelForH.245H.:45TermCapH.245LrmCapH.：45TermCapH.2451:rmCap，ExchangeOfMasterSlavTerminationMessages.H.245openaudologicalchannel1，VpviIUUUlUVV41vii*ii
21、iiivinNH.245openaudologicalchannelH.245openaudiologicalchannelAck.FullDuplexAudioSentInBothDirection?WithTransccxlihncgGIantcTway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Interne目t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Imeme管t三的一个非常重要的方面。目前，Intemet上流行许多种类的目
22、录服务，(X.5(X),WHOIS+,LDAPNEmND等等)。IEIF成立了两个工作组来进行目录服务的研究。1)IDS(IntegrateOirectoryServece)o2)ASID(Access5SearchigandIndcxingofDirectoryo)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Inteme电t话的一些主要的标准列出：1) ITU-T(InternationalTelecommunicationU：nion)ITU-TH.323:VisualTelephoneSystemandEqui
23、pmentForLocalAreaNetworksWhichProvideANon-GuaranteedQualityofService.ITU-TH.245:ControlofcommunicationsbetweenVisualTelephoneSystemsandTerminalEquipment.ITU-TH.225.0:MediaStreamPacketizationandSynchronizationforVisualTelephoneSystemsonNon-GuaranteedQualityofServiceLANs.ITU-TT.l20:Transmissionprotoco
24、lsformultimediadata.ITU-TQ.931:DigitalSubscriberSignalingSystemNo.1(DSS1)-ISDNUser-NetworkInterfaceLayer3SpecificationforBasicCallControl.ITU-TG.723:DualRateSpeechCoderforMultimediaCommunicationsTransmissionAt5.3And6.3kbit/s.ITU-TG.729:CodingofSpeechAt8kbit/UsingConjugate-StructureAlgebraic-Code-Exc
25、itedLinear-Prediction(CS-ACELP).2) IETF(InternetEngineeringTaskForce)RFC1889:RTP:ATransportProtocolforReal-TimeApplications.AudioVideoTransportWorkingGroup.RFC1890:RTPProfileforAudioandVideoConferenceswithMinimalControl.RFC2205:ResourceReSerVationProtocol(RSVP)Version1FunctionalSpecification.RFC2206
26、:RSVPManagementInformationBaseusingSMIv2.RFC2207:RSVPExtensionsforIPSECDataFlows.RFC2208:ResourceReSerVationProtocol(RSVP)Version1ApplicabilityStatementSomeGuidelinesonDeployment.RFC2209:ResourceReSerVationProtocol(RSVP)Version1MessageProcessingRules.RFC1777:LightWeightDirectoryAccessProtocol.RFC195
27、9:AnLDAPURLFormat.RFC1823:TheLDAPApplicationProgramInterface.10、总结以上简单介绍了以H.323为基础的Inteme电t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：1）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。2）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。3）网络独立性。H.323描述了一个共同
28、的网络结构，并提供了网络带宽管理。4）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、特定平台或者电视机置顶盒中。5）多点支持。H.323支持三点或者多点会议。6）带宽管理。H.323提供了带宽管理，保证了音视频传送的质量。7）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。8）裁减方便（伸缩灵便）。H.323提供了灵便的裁减方案，终端可以仅支持声音传送，也可支持视频和数据传送。9）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、Int
29、emet电话参考资料:1、%ITU-T(InternationalTelecommunicationUnion)网址：itu.intIETF(InternetEngineeringTaskFri.reston.va.us)IETF成立了如下一些工作组用以研究VoiCeOverNetwork(VON):IMTC(InternetMultimediaTelecoferencingCOnSort(RMmW)成立了VoIP论坛，用以进行Ve)N的研究，VolP推出IA(SerViCeInteroPrabiIiIyImplementationAgreemerl建t)议，目前版本1.0DVTTC对Inte
30、me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:EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute2、软件：这里列出了1996年最好的10种InternetTelephony,(pulverreljo出t)s1. VocalTecInternetPhonevocaltec2. TeIeVoxvoxware3. NetMeetingmicroso
31、ft/netmeeting4. IntelInternetVideoPhonhettpintel5. CU-SeeMe6. CoolTalk7. WebPhone8. FreeTel9. VDOPhone10. N et2Phone3、网关1. VocalTecwpnenetscapenetspeakfreetelnet2phonevocaltec/telephon.htm2. MicomV/IPmicompressVIPintro.html3. WebcentricC4. Netspeaknetspeak5. AIphaNetTelecom(Uniposth)ttpAlphaN6. Tele
32、tCommunicationsdialweb7. CallWarecallware8. PhonetLtd.Httpphonet.co.il四、Internet电话的展望：在第一节已经提到，到2022年，Inteme电t话将占到国际长话业务的28%,有50%的美国家庭将接入Intemeo(Interne电ti舌随着Inteme的t飞速发展而发展，我们可以这样表示：A+B=C(Access+Bandwidth=CommunicationsRevolut,ion即访问人数、接入方式带宽性能改善=通讯方式变革)。Inleme发t展趋势如下：I)ATM、11Switc.h千兆以太网、SDH光传输技术等
33、的发展，使得Intemet的性能和容量大大增强，RSVPRTP/RTCP等技术的引入使得多媒体视讯会议的QOS得到保证。2)硬件技术的发展快速，主干节点的路由器的路由速度将是现在的10倍或者更高，并浮现了纯IP的路由器，而价格只为传统路由器的1/3,服务器的速度更快，容量更大。3) Inteme进t入家庭，个人PC、NC、电视机置顶盒、WebTV、DVD、HDTV技术使得InterneWt象今天的电视机一样成为家庭必不可少的组成。4) Interne上t的贸易、金融、信息、服务应用广泛，ISP厂商将象今天的旅行社、商店、银行一样普及。5)以上的一切使得Internet电话向可视电话、多媒体视讯
34、会议、多媒体VOD.高保真话音、HDTV的方向发展。AS8010上Internet电话原理如图所示：当用户A想通过Internet拨打电话给用户B时，首先，该用户拨打一个特服号码到本地的AS8010上，等连通后然后拨用户B的电话号码，A端AS8010则根据该电话号码查找出和用户B相连的B端的AS8O1O的IP地址，然后通过Intemet与B端的AS8O1O建立呼叫连接，然后告诉B端AS8O1O用户B的电话号码，B端AS8O1O则根据此号码呼叫电话用户B,如果B摘机则电话接通，B端AS8O1O就通知A端的AS8O1O,这样整个电话就接通了。通话时，A端的AS8O1O将用户A的声音压缩成G.729
35、流并打成IP包，然后通过实时传输协议RTP传送到B端AS8010,B端AS8O1O则将此包解开并解压缩成音频流传给用户B。反之亦然。国内尚无此类产品问世。国外还没有和AccessSerVer结合在一起的产品问世，但有单独的称为网关的产品问世，代表性产品有MiCOm公司的V/IP网关和VOCaIteC公司的InternePhone网关。Micom公司的V/IP网关采用PC插卡的形式，它提供了摹拟电话接口/数字接口（El或者Tl）,每块卡可处理4路语音，话音压缩采用G.729标准。此外，ClSCO在它的3600路由器中加入了摹拟话音接口。发展趋势：1、由于将来的Inteme电ti舌业务可能由ISP提供，因此应该向高容量、一体化（即路由器或者接入服务器本身就带有Imeme电t话）方向发展。
