小型企业IP电话的分析和设计DOC.docx
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小型企业IP电话的分析和设计DOC
长沙理工大学
城南学院
《计算机网络》课程设计报告
方梦金
系别水利计通系专业通信工程
班级通信1003班学号201085250310
学生姓名方梦金指导教师刘青
课程成绩完成日期2013年6月25日
课程设计成绩评定
系别水利计通系专业通信工程
班级通信1003班学号201085250310
学生姓名方梦金指导教师刘青
完成日期2013年6月25日
指导教师对学生在课程设计中的评价
评分项目
优
良
中
及格
不及格
课程设计中的创造性成果
学生掌握课程内容的程度
课程设计完成情况
课程设计动手能力
文字表达
学习态度
规范要求
课程设计论文的质量
指导教师对课程设计的评定意见
综合成绩指导教师签字2013年7月6日
课程设计任务书
计算机与通信工程学院学院_____________
课程名称
计算机网络课程设计
时间
学生姓名
方梦金
指导老师
刘青
题目
小型企业IP电话网络分析和设计
主要内容：
（1）IP电话计算机网络分析
（2）小型企业IP电话网络设计
（3）主要设备选型
要求：
（1）综合运用计算机网络基本理论和通信工程设计的方法设计本系统。
（2）学会文献检索的基本方法和综合运用文献的能力。
（3）通过课程设计培养严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。
应当提交的文件：
（1）课程设计学年论文。
（2）课程设计附件（相关图纸、设备配置清单、报告等）。
小型企业IP电话的分析和设计
摘要
IP是国际互联网协议（InternetProtocol）的简称，IP电话是按国际互联网协议规定的网络技术内容开通的电话业务，中文翻译为网络电话或互联网电话，它是利用国际互联网Internet为语音传输的媒介，从而实现语音通信的一种全新的通信技术。
由于其通信费用的低廉（每分钟互联网通信费用人民币6分6厘，而普通电话的国际通信费，每分钟需十几元人民币），所以也有人称之为廉价电话。
网络电话、互联网电话、经济电话或者廉价电话，这些都是人们对IP电话的不同称谓，其实质基本都是一个意思。
现在用得最广泛，也是比较科学的叫法即“IP电话”。
IP网络可以是Internet、IPLC（国际专线）、无线网络等，只要是采用IP协议（InternetProtocol）就可以了。
VOIP系统就是把传统的电话网与互联网组合搭配在一起。
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，更多的是遵循TCP/IP协议的专用网或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网泛指基本TCP/IP协议的网络，包括因特网Internet和企业网。
关键词：
IP电话InternetIP协议企业网网络电话
IP电话系统的基本组成
IP电话系统的基本组成如图：
IP电话的系统一般应有三部份组成：
电话（Phone）、网关（Gateway）和网络管理者或者叫关守（Gatekeeper）电话（Phone）是指可以通过电话网或一线通ISDN网连到本地网关的电话终端。
网关是通过IP网络提供电话到电话，完成话音通信的关键设备，即Internet网络与电话网、一线通（ISDN）网之间的接口设备，它应当完成语音压缩，将64Kbit/s的语音信号压缩成低码率的语音信号；完成寻址与呼叫控制；具有IP网络接口与电话（PSTN）或一线通（ISDN）的互连接口。
网络管理者负责用户注册与管理，它应当有如下功能：
将被叫号码的前几位数字对应网关的IP地址；对接入用户的身份认证（即确认），防止非法用户接入；做呼叫记录并有详细数据，从而保证收费正确；完成区域管理，多个网关也可由一个网络管理者进行管理。
当然，这仅仅是一个IP电话系统最典型与基本需要的组成，也有些系统与此不尽完全一致，实际系统的组成比这里讲的要复杂。
IP电话网和普通电话网传送的区别
IP电话与传统电话相比较，有许多不相同的地方。
语音传输的媒介是完全不同的，IP电话的传输媒介为Internet网络，而传统电话为公众电话交换网。
它们的交换方式也是完全不同的。
1、从传输技术来说，电话网是采用电路交换方式，即电话通信的电路一旦接通后，电话用户就占用了一个信道，无论用户是否在讲话，只要用户不挂断，信道就一直被占用着。
一般情况下，通话双方总是一方在讲话、另一方在听，听的一方没有讲话也占用着信道，而且讲话过程中也总会有停顿的时间。
因此用电路交换方式时线路利用率很低，至少有50%以上的时间被浪费掉。
而因特网的信息传送是采用分组交换方式，所谓分组交换，是把数字化的信息，按一定的长度“分组”、打“包”，每个“包”加上地址标识和控制信息，在网络中以“存储—转发“的方式传送，即遇到电路有空就传送，并不占用固定的电路或信道，因此被称为是“无连接”的方式。
这种方式可以在一个信道上提供多条信息通路；此外在因特网上传送信息通常还采用数据压缩技术，被压缩的语音信息分组在到达目的地后再复原、合成为原来的语音信号送到接收端用户。
因此，利用因特网传送语音信息要比电话网传送语音的线路利用率提高许多倍，这也是电话费用大大降低的重要原因。
2、从占用信道或带宽上讲，IP电话有信息才传送，反之不传送，这样，其语音信息不占用固定信道，使用压缩技术后，其话音信息可以压缩到8Kbit/s，而传统电话一般要占用64Kbit/s的固定信道，而且只要不挂机，传统电话始终占用这一信道，所以IP电话的带宽远远低于传统电话。
3、从费用上讲，IP电话的费用组成是：
Internet通信资费＋市内电话通话资费＋IP电话相关设备费用，由于Internet资费我国仅每分钟6分6厘，市话费也相当便宜，加上IP电话所占带宽比较低的原因，所以与传统的国际长途电话费的成本比较相对较低，也有一些国家或地区对传统的国际长话要加收一定的税金，所以，国际长话费相对较高。
4、从话音质量上讲，IP电话相对传统电话的语音质量较差，其中有带宽、延迟等因素，尤其在网络拥塞时，通话质量可能难以保证。
从话音质量上讲，IP电话相对传统电话的语音质量较差，其中有带宽、延迟等因素，尤其在网络拥塞时，通话质量可能难以保证。
IP电话发展迅速、受到人们关注的主要原因是IP电话能大量节省打长途电话的费用，尤其是打国际长途电话时更为显著。
它可以比普通的长途电话节省很多费用是因为普通的长途电话是通过电话网传送的，而IP电话是利用因特网传送的。
电话网和因特网的传送有很大的区别（主要的区别如附表所示）。
附表电话网和因特网传送的区别：
电话网
因特网
处理信号
模拟语音信号
数字数据信号
传输方式
电路交换
分组交换
计费方式
按通话次数、时间、距离计费
按期付费（如按月付费）、按接入速率计费
组织管理
有成套的组织和管理
目前尚无
性能品种
IP电话
传统电话
传输媒体
互联网（Internet）
公众电话网（PSTN）
交换方式
分组交换
电路交换
带宽利用率
高
低
使用费
低
高
话音质量
低
高
IP电话网络基本原理
由VoiceOverIP的字面意义，可以直译为透过IP网络传输的语音讯号或影像讯号，所以VOIP就是一种可以在IP网络上互传模拟音讯或视讯的一种技术。
简单地说，它是藉由一连串的转码、编码、压缩、打包等程序，好让该语音数据可以在IP网络上传输到目的端，然后再经由相反的程序，还原成原来的语音讯号以供接听者接收。
进一步来说，VOIP大致透过5道程序来互传语音讯号，首先是将发话端的模拟语音讯号进行编码的动作，目前主要是采用ITU-TG.711语音编码标准来转换。
第二道程序则是将语音封包加以压缩，同时并添加控制信息，如此便可以在第三阶段中，也就是传输IP封包阶段，在浩瀚的IP网络中寻找到传送的目的端。
到了目的端，IP封包会进行译码还原的作业，最后并转换成喇叭、听筒或耳机能播放的模拟音讯。
在这里，我们先来看一下，VOIP的框架是怎么样的，主要包括些什么东西，下面我们一起来了解一下。
1、媒体网关器（MediaGateway）：
主要扮演将语音讯号转换成为IP封包的角色。
2、媒体网关控制器（MediaGatewayController）：
又称为GateKeeper或CallServer。
主要负责管理讯号传输与转换的工作。
3、语音服务器：
主要提供电话不通、占线或忙线时的语音响应服务。
4、信号网关器（SignalingGateway）：
主要工作是在交换过程中进行相关控制，以决定通话建立与否，以及提供相关应用的增值服务。
IP电话网络基本应用
现在我们在来看看，VOIP的应用领域有哪些？
随着VOIP技术的日趋成熟，现在各种各样的行业都开始了投入VOIP网的建设了，从行业的角度来看像银行金融行业、电信运营行业、IP电话超市、各大高校区以及医疗、保险行业都已经开始了VOIP的运营了；从地理范围的角度来看，像沿海城市、一般城镇甚至小乡镇都有了自己IP电话系统；从纯技术协议的角度来看，有基于SIP协议的建设，也有ITUT开发的基于H.323协议的平台的建设等等。
可以说，VOIP的目前的应用是相当的广泛的，未来的应用也会逐步的增加增大。
在这里对具体的应用我不做太多详细介绍，不过大家可以通过互联网或是相关书籍可以去了解这方面的信息。
企业IP电话网络建设的目的
主要是从中小型企业的规模出发来着手设计这么一个基于VPN的企业VOIP解决方案。
主要涉及的工作有：
首先就是对中小型企业的各种需求进行了分析，其次便是对整个网络进行初步规划，以便确定整个网络体系的基本模型，然后便对不同厂家的设备进行比较，开始相关设备的选型工作。
然后，开始着手于网络拓扑图的设计，力求直观、简洁；最后对整个方案进行合理的规划及分析，从而提出完善的解决方案，并对企业的经济效益进行初步分析。
现在很多的企业都已经有了自己的网络系统，建VOIP网的目的，不是想利用企业已有网络（或新建网），再采用相关厂商的VOIP语音设备，一方面是把总部和分部之间的业务网提升为一个数据话音综合网，使总部和分部之间构成一个企业内部的电话网。
免去企业内部的长话和市话费用，基本做到零成本通信，并降低企业打外部电话的费用；另一方面，是想通过VOIP网络的建设，能够让公司的管理模式有所完善，使企业内部业务管理、办公自动化提升到一个更高的水平，以及企业的资源能够高效利用，并能够提供高质量的话音服务及Web、E-mail、互联网电话和文字等多种接入方式。
企业IP电话网络建设的特点
（1）、消除长途话费。
企业成功使用VOIP语音网关之后，能够完全消除公司各分部之间高昂的跨国，跨区长途话费。
新一代VOIP的外线打出功能还将覆盖面由公司内部各点之间扩大到城市与城市，国家与国家之间。
（2）、清晰、稳定、低延时的话音质量。
（3）、先进的拨号规划。
先进的拨号规划和地址对应功能，令其轻而易举的连接到PBX交换机上，灵活且多样化的拨号通达各个目的地。
（4）、节省带宽资源。
电路交换电话消耗的带宽为64kbit/s，而IP电话只需8-10kbit/s，从而节省了带宽，降低了成本。
（5）、便于集成智能。
VOIP电话网集成了计算机网的智能模块，可以灵活地控制信令和连接，有利于各种增值业务的开发。
（6）、开放的体系结构。
IP电话的协议体系是开放式的，有利于各个厂商产品的标准化和之间的互相连通。
（7）、多媒体业务的集成。
IP电话网络同时支持语音、数据、图象的传输，为将来全面提供多媒体业务打下了基础。
企业本身网络的特点
由于某些企业的在没有做VOIP这前，就有了已经部署得相当完善的传统TDM电话系统，虽然使用IP电话系统时，转移、添加和更改无疑比使用传统PBX要简单得多，但是，对于大多数的企业用户来说，也不能低估让数百或数千台IP电话在企业中运行起来所需要进行的网络全面改造。
这种改造通常涉及在一天不同时间对不同节点上的呼叫量进行详细的分析、涉及全面升级到连接到桌面的交换快速以太网和以太网供电、发现和消除众多的带宽瓶颈以及升级路由器支持VoIP。
此后，企业还必须配置QoS来帮助优先处理语音（以保证语音数据流不出现延时），因此，这种大规模的改造，对企业带来的影响是非常大的，而且是相当复杂的，以致于一些中小型的企业在VOIP的时代到来之后，都不敢千举万动。
VOIP技术本身安全的问题
由于，VOIP技术到目前为止，基本功能和技术已逐步的完善起来，但是在安全方面，还是一些漏洞，尤其在面临网络攻击的数量不断增加的情况下，许多IT经理抱怨支持VoIP的网络监测和管理工具数量太少。
也有许多客户表示，安全状况不能达到企业的应用标准是他们暂时不想部署VoIP的原因IP网络安全语音的解决方案，需要防御外部访问威胁、蠕虫、病毒、垃圾邮件、网络欺骗、拒绝服务攻击以及间谍软件，这些恶意攻击在传统的IP网络安全领域中，涉及不同的细分产品，要将其整合在同一系统中，本身就不是一件容易的事。
何况企业级VoIP还要求实现这些保护的同时，不能牺牲网络的稳定性和语音通信的质量。
QOS问题
毋庸置疑，VOIP为企业带来最直接的便利就是节省了大量通话费用。
但也正因为如此，相当部分设备厂商提供的企业IP电话解决方案只部分地迎合了企业的通话需求，他们几乎都以节省通话费用为目的，因而只是照搬了传统电话的建网和管理模式，并没有充分发挥IP网的效能，与客户对新的通信模式需求相差很远。
究竟什么是企业IP通信真正的方向？
什么样的VOIP网络才是企业所需要的？
如何更好地服务于企业用户？
在与客户的交流方面，企业还面临着一个问题，就是如何使信息传递的更流畅。
这个问题也存在于企业的内部。
企业的某些核心的员工常常无法及时准确地得到必要的信息。
我们常会有这样的经历，客户打电话来投诉自己的需求没人理会；员工抱怨因为没有及时地得到客户的反馈而失去订单。
我们知道，如果不能面对面的勾通（这样的方式对企业而言成本太高），电话是现在企业最常使用的语音传输方式。
可以看到在传统的PBX企业集团电话上，已经有一些应用在运行。
不过因为传统电话本身是基于语音的传输，这就注定它在与数据信息（相对于语音信息）的交互上有缺陷，与计算机的交互存在问题。
当企业的CIO为了在技术上配合企业自身的管理调整或业务调整而进行革新的时候，他们会感到过去的电话系统在与计算机结合形成应用的时候存在各种的困难，有些甚至是无法克服的。
另外在布署集团电话时，我们必须构建一套与数据网络布线并行的电话线路，两套线路维护起来实在令人头疼.
对于企业VOIP业务而言，保证话音服务（QOS）的稳定可靠运行是非常关键的。
由于IP电话以及VOIP终将取代现有的电路交换话音网络，因此，为了充分利用新技术所带来的优越性，在网络构架设计时就必须符合技术发展趋势。
一位业内专家认为：
要做到这点，在企业VOIP网络构架和网络迁移策略的设计上，应考虑在企业网内部、任何可用VOIP技术的地方都采用VOIP；另外，可以在一些分支机构内试验纯IP话音网络，以为今后的扩展做好准备。
结合企业客户的真正需求，建立全面的IP通信已是企业VOIP发展的航标。
企业VOIP网络解决方案
企业VOIP网络拓扑说明
现在我们就上图来做一个比较详细的介绍，首先从公司的规模来看，这种就属于典型的中小型企业，一个总公司互联两个分支机构，因此在层次设计上，我们采用了两层结构即：
核心与接入两层。
层次在这里不是我们重点讨论的，我们主要来看企业业务方面以及对设备选型方面要求等信息。
由于企业建网的目的主要是想利用现有的网络做VOIP业务，实现企业之间“零话费”通信，企业外部市话费通信，从而大大降低公司的成本并提高业绩。
因此，企业的重点便放在了语音与数据上面。
谈到这里，我们不得不把相关核心设备放在一起来讲，在核心层，我们主要采用了MyPowerVGK2X电话网守，它是整个VoIP网络中的核心设备，主要是提供地址解析、接入认证的设备。
因此，我们很有必要了解一下它的一些常用的功能：
MyPowerVGK2X具有功能齐全、稳定可靠、容量大、安全性好、组网方便灵活、兼容性好、扩展性强、网管方便等特点，适合用于各种VoIP网络的环境。
MyPowerVGK2X主要支持：
地址解析、接入控制、主备切换、热备份、单级网守、平级网守、多级网守、负载均衡、区域管理、带宽管理、H235认证、呼叫控制等功能。
使用接入控制、安全认证功能，可以保护整个VoIP网络的安全；使用主备切换、热备份、负载均衡功能，可以保证网络呼叫通畅，不中断业务；使用平级、多级网守、区域管理功能，可以组建大容量的VoIP网络或扩充已有网络；使用带宽管理、呼叫控制功能，可以合理分配、充分使用已有网络的资源。
我们再来看，在核心层，是不是有一个语音网关字样的设备，对这个就是负责数模转换的设备，在这里有着相当重要的地位，我们一并来看看他的功能特性：
MyPowerVG2000是综合接入IP语音网关，最大提供1路E1中继和48路模拟电话接入（FXS、FXO）。
模块化设计、接口丰富、配置灵活、组网方便。
提供E&M、E1中继、T1中继、FXS、FXO接口，能够满足客户的多种网络建设的需求。
（详细特征见第四章）这样一来，就把以前传统的PSTN电话网转换成了完全的IP电话网络了，我们接着往下看，在分公司1和分公司2这里，我们同样采用了MyPowerVG系列的语音网关设备，其作用完全替代了PBX，一方面在音质有了质的飞跃，另一方面在成本上有了一定程度的降低。
其功能参数因为在第四章有详细介绍，在此就不多说了。
在公司总部，有一台计费服务器，主要是为了企业以后的扩展而设立的，通俗点说，就是如果以后有部分客户想开个IP电话超市之类的，完全就可以从公司的语音网关上面引出便可享受IP电话带来的乐趣及丰富的利润。
也许，大家还在纳闷，怎么IP网还要去连接PSTN网呢？
其实，我可以这么跟你讲，像这种网络模型，由于是基于ITUT的H.323协议平台开发出来的，所以暂时还不能完全脱离PSTN，不过，在这里PSTN只不过是充当了一个跳板的角色，真正的通话，还是走我们的IP网络的。
还有，如果只是企业内部之间的话，完全就不用经过了PSTN，有我们的语音网关就完全可以实现IP通信之间的连接了。
PSTN在这里，只是为了企业业务的扩展才把它接进来的。
好了，我们再回过头来看看，网络的架构吧，大家到此应该很明白本文标题的意义了吧？
在总公司与各分公司之间，我们都采用了VPN安全网关设备，主要的目的，一方面是为了总公司分公司的安全，用了VPN之后，公司的所有数据都可以自由的穿越Internet，在自己的专用的隧道中进行交换，而不必担心数据包被盗被丢的现象，这基本上保证了公司重要数据的安全性。
再者，采用VPN设备对公司来讲，一方面可以降低公司的成本和开销，别一方面可以为用户提供高带宽的连接，而且便于公司的出差人员办公，从而提高公司业绩。
其实这里我们也是从公司成本的角度来设计的，这是由于VPN产品本身就自带了路由与VOIP的功能，在这里我们主要谈VOIP的功能，公司整个的IP业务就是在VPN设备上接上相应的IP接线卡来实现语音传输的，这样做的话，效果就显而易见了，VPN就与VOIP完全的融合在一起了，既降低了成本，又提高了完全性。
高稳定性
整个VOIP网络方案中，我们在中心端采用一台MyPowerVG2000网关，并对语音链路做MULTILINK绑定，这样利用迈普网守的负载均衡的功能，IP语音的业务可以平均的分配到两条链路上，一条链路断了或出现故障，仍然能够保证系统稳定的运行，而不是像单独链路，一旦单点故障，就导致整个系统不可用。
并且迈普VoIP产品的稳定性在全国来说还是比较好的，大多都得到了大量验证，这一样来，更加可以减少了网络建设后的日常维护工作。
全兼容
迈普VoIP基于IP技术和H.323标准协议，提供模拟话音的接入，数据传输在IP可达的地方都能满足，只要基于IP网络环境，迈普VoIP解决方案都能适应。
E1，E&M，VOS等多种中继，为用户接入IP不可达网络。
迈普VoIP设备全部采用国际标准设计，彻底解决了各个分支机构网络接入的多样性复杂问题，无论ADSL、DDN、宽带等，都可以轻松接入。
而且，迈普VoIP设备电源使用范围可以在90~250伏，完全适用于新华社全球分支机构对输入电压的要求。
可管理性
在这里我们可以采用迈普提供的业界最先进的网管系统——MyPowerVCM2000，MyPowerVCM2000采用TCP/IP网络环境下的SNMP（SimpleNetworkManagementProtocol）网络管理协议和最新的Windows图形界面技术开发，功能强大、操作简单，它能有效的帮助企业管理基于迈普语音设备的语音网络。
同时，终端设备的免维护性也使全球的各个分支机构免除维护的投入。
只需要简单的培训，简单的操作就可以完成对遍布全球的VoIP设备进行管理和配置，使得新华社投入最小的人力就可以维护整个VoIP子系统。
可扩展性
由于方案中的，我们选用的产品，即迈普VoIP网关，均采用模块化设计，网络的扩展和升级非常灵活，提供多种配置的语音模块，比如4/8/16VOP模块，4/8/16VOS模块，为新华社以后IP线路的扩展提供全面的支持。
如果只是语音数量的增加，这种升级只需要增加新的模块，不需要更换设备就可以满足用户的需求。
而且，迈普全线的IP语音产品提供，企业未来网络的发展提供兼容性的设计。
灵活计费策略
要方案中，我们在核心层采用了迈普公司的NetSmart计费系统，因此大大的提高了计费的准确性与灵活性。
NetSmart采用多层Client/Server体系结构，集认证、计费、营业功能为一体，全面遵循国内电信网络标准、宽带接入网标准和各种行业标准，支持多种厂商接入设备和各种异构网络，将安全控制和计费有机融合在一起，在充分保证VoIP网络用户可靠性的基础上，对各类呼叫进行精确的费率统计。
MaipuNetSmart界面图
基于VPN的企业VOIP网络安全解决方案
VPN的概念
VPN的英文VirtualPrivateNetwork的缩写，可翻译为虚拟专用网。
虚拟专用网（VPN）被定义为通过一个公用网络（通常是因特网）建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。
VPN是利用公共网络基础设施，通过“隧道”技术等手段达到类似私有专网的数据安全传输。
虚拟专用网是对企业内部网的扩展。
当移动用户或远程用户通过拨号方式远程访问公司或企业内部专用网络的时候，采用传统的远程访问方式不但通讯费用比较高，而且在与内部专用网络中的计算机进行数据传输时，不能保证通信的安全性。
为了避免以上的问题，通过拨号与企业内部专用网络建立VPN连接是一个理想的选择。
虚拟专用网可以帮助远程
升级会员 