2012年网络管理员教程之IP Phone

　　IP Phone

　　1.IP Phone 简介

　　随着因特网的日益扩大，基于 IP 技术的各种应用迅速发展。其中 IP Phone 就是近几年兴起的、极具挑战性的实用技术。IP Phone 也称为网络电话、IP 电话、VoIP、Internet Telephone等，它是建立在因特网基础上的新型数字化传输技术，是 IP 网上通过 TCP/IP 协议实现的一种电话应用。IP Phone 最早的产品可以追溯到 1995 年，当时开发商们推出了一些基于计算机平台的软件产品。如 Vocaltec 的 IP Phone(即 Internet Phone)、Netspeak 公司的 Web Phone，以及后来 Netscape 的 Cooltalk 等。IP Phone 可以在因特网上实现实时的语音传输服务，和传统电话业务相比，它具有巨大的优势和广阔的市场前景，现在，IP Phone 不仅可以提供 PC-to-PC的实时语音通信，而且可以提供 PC-to=Phone、Phone-to-Phone 的实时语音通信，并在此基础之上还可以实现语音、视频、数据合一的实时多媒体通信。和传统的 PSTN 相比，IP Phone 具有以下优点：

　　(1)能够更加高效地利用网络资源。IP Phone 采用了先进的数字信号处理技术，可以将64kbps(bit/s)的话音信号压缩成 8kbps 或更低码率的数据流，能够在同一条线路上传输比采用模拟技术时更多的呼叫，而且 IP Phone 采用的是分组交换技术，可以实现信道的统计复用，使得网络资源的利用效率更高。

　　(2)可以提供更为廉价的服务。由于 IP phone 是以数字形式作为传输媒体，所以占用资源小，成本很低，价格便宜。现在国内已经有一些电信运营商开始提供 IP Phone 服务，价格可以比传统的电话低 40%~70%。

　　(3)和数据业务有更大的兼容性。IP Phone 不仅包含传统的话音业务，还涵盖了其他一些多媒体实时通信业务，同时还提供了许多方便的增值业务，如呼叫转移、呼叫等候、呼叫阻塞、主叫号码显示等。

　　(4)符合三网合一的发展方向。IP 技术是通信领域的新潮流，它符合未来三网合一(电话网、广播电视网、数据网)的发展方向，因而其市场潜力十分可观。

　　2.IP Phone 的基本原理

　　IP电话系统把来处普通电话的模拟信号转换成计算机可连入因特网的传送的数据包，同时也将收到的数据包转换成声音的模拟电信号。IP电话系统是由一系列组件构成的，其中包括：终端、网关、关守、网管服务器、计费服务器等。因特网网关提供因特网和电话网之间的接口，用户通过PSTN本地环路连接到因特网的网关，网关负责把模拟信号转换为数字信号并压缩打包，成为可以在因特网上传输的分组语音信号，然后通过因特网传送到被叫用户的网关端，由被叫端的网关进行分组数据的解包、解压和解码，还原为可被识别的模拟语音信号，再通过 PSTN 传到被叫方的终端。这样，就完成了一个完整的电话到电话的 IP 电话的通信过程。

　　(1)终端(Terminal)：IP 电话的终端可以有多种类型，其中包括传统的语音电话、ISDN终端、PC,也可以是集语音、数据和图像于一体的多媒体业务终端。由于不同种类的终端产生的数据源结构是不同的，要在同一个网络上传输，这就要由网关或者是通过一个适配器进行数据转换，形成统一的 IP 数据包。未来终端的发展趋势应当是标准和规格的统一的，这样可以减少数据转换带来的开销。

　　(2)网关(Gatekeeper)：网关负责提供 IP 网络和传统的 PSTN 接口，从而提供廉价的长途通信业务。网关可以支持多种电话线路，包括模拟电话线、数字中继线和 PBX 连接线路，并提供语音编码压缩、呼叫控制、信令转换、动态路由计算等功能。

　　(3)关守(Gatekeeper)：关守实际上是IP电话网的智能集线器，是整个系统的服务平台，负责系统的管理、配置和维护。关守提供的功能有拨号方案管理、安全性管理、集中服务管理、数据库管理和备份、网络管理等。

　　(4)管理服务器：管理服务器是为网络管理人员提供的管理工具，可以实现对 IP 电话网络体系中各种组件的管理工作。管理服务器提供良好的用户界面，使网管人员可以方便地控制所有的系统组件，包括网关、关守等。管理服务器的功能包括设备的控制及配置、数据配给、拨号方案管理及负载均衡、远程监控等。

　　(5)计费服务器：计费服务器的功能是对用户的呼叫进行费用计算，并提供相应的单据和统计报表。计费服务器可以由 IP 电话的制造商提供，也可以由第三方厂商制作，前提是 IP制造商开放其软件的数据接口。

　　3.IP Phone 的关键技术

　　对于因特网这样的无连接数据网络是没有业务质量保障的，必然会存在分组丢失、失序到达和时延抖动的情况。这时，就必须采取特殊的步骤来保障一定的业务质量。例如，高层协议 TCP 提供了流控和差错恢复，但会产生显著的时延和时延抖动，因而在此环境中，TCP就不可用作第三层协议。基于多媒体数据与一般计算机数据不同，它能容忍一定程度的差错，而不会明显地影响通话或图像质量。因此，多媒体数据传输都采用 UDP 传输协议。由于 UDP只是提供了一个基本的传输手段，而多媒体传输应用需要多媒体编码类型、同步时标、分组序列号等参数，以及一定程度的业务质量保障，因而提出了实时传输协议 RTP 和实时传输控制协议 RTCP.主要的技术分 5 类：

　　(1)信令技术，包括ITU-T H.323和IETF会话初始化协议SIP[4](Session Initiation Protocol)两套标准体系，还涉及到进行实时同步连续媒体流传输控制的实时流协议 TRSP.

　　(2)媒体编码技术，如以码本激励线性预测原理为基础的 G.729\G.723(G723.1)话音压缩编码技术。以 G.729 为例，它可将经过采样的 64kbps 话音以几乎不失真的质量压缩至 8kbps.话音压缩编码技术是 IP 电话技术的一个重要组成部分。图像编码方面的 IP 网络会议系统采用的 H.261(活动图像编码)和 H.263(低速率活动图像编码)。

　　(3)媒体实时传输技术，主要采用实时传输协议 RTP.RTP 为端到端的实时数据传送协议。TRP 位于 UDP 之上，它们共同完成传输层的功能。RTP 本身并不向被传数据提供时间和质量上的保证，它既不保证传输的可靠性，也不保证下层网络是可靠的，而是依靠下层网络提供此功能。它主要用于媒体点播与交互式通信。RTCP 是管理传输质量和提供 QoS(服务质量)信息的实时控制协议，主要监视时延和带宽。一旦所传送的多媒信息流的带宽发生变化，则通知发送方，改变符号识别码和编码参数。

　　(4)业务质量保障技术，采用资源预留协议 RSVP 利用于业务质量监控的实时传输控制协议 RTCP 来避免网络拥塞，保障通话质量。

　　(5)网络传输技术，主要是用 TCP 和 UDP.在 I 网上传输层有两个并列的协议：TCP和 UDP.TCP 是面向连接的，它提供高可靠性服务;UDP 是无连接的，它提供高效率的服务。高可靠性的 TCP 用于一次要交换传输大量报文的情况，高效率的 UDP 用于一次交换少量的报文或交换实时性要求较高的信息。

　　此外还涉及到分组重建技术和时延抖动平滑技术、动态路由平衡传输技术、网关互联技术(包括媒体互通和控制信令互通)、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。

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