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VoIP

VOIP网络电话

VoIP即网络电话,VoiceoverInternetProtocol,将模拟的声音讯号引经过压缩与封包之后,以数据封包的形式在IP网络进行语音讯号的传输,通俗来说也就是互联网电话或IP电话.VOIP网络电话，中文就是“通过IP数据包发送实现的语音业务”，它使你可以通过互联网免费或是资费很低地传送语音、传真、视频和数据等业务。

基本原理

　　其基本原理就是通过语音压缩设备对我们的语音进行压缩编码处理，然后再把这些语音数据根据相关的协议进行打包，经过IP网络把数据包传送到目的地后，再把这些语音数据包串起来，经过解压解码处理后，恢复成原来的信号，从而达到由IP网络发送语音的目的。

简而言之，VOIP网络电话就是通过互联网打电话，将网络电话机直接接上诸如ADSL（也就是超级一线通）、有线宽带、LAN（也就是单位局域网）等任何宽带接口，简单设置所申请的地址号码后，即可象打普通电话一样随意拨打想通话的号码了。

VoIP的应用

　　VoIP（VoiceoverInternetProtocol）是一种以IP电话为主，并推出相应的增值业务的技术。

VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。

　　VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、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、传真存储转发和各种信息的存储转发等。

VOIP的协议

　　VOIP（VoiceOverIPandVOIPProtocols），即指在IP网络上使用IP协议以数据包的方式传输语音。

使用VOIP协议，不管是因特网、企业内部互连网还是局域网都可以实现语音通信。

一个使用VOIP的网络中，语音信号经过数字化，压缩并转换成IP包，然后在IP网络中进行传输。

VOIP信令协议用于建立和取消呼叫，传输用于定位用户以及协商能力所需的信息。

电话网络的主要特点是低成本；数据、语音和视频在同一网络上的合成；集中式网络上的新服务以及对终端用户的简单化管理。

　　目前，存在一些VOIP 协议栈，它们源于各种标准团体和提供商，如 H.323、SIP、MEGACO和 MGCP 。

　　H.323是一种 ITU-T 标准，最初用于局域网（LAN）上的多媒体会议，后来扩展至覆盖VOIP。

该标准既包括了点对点通信也包括了多点会议。

H.323定义了四种逻辑组成部分：

终端、网关、关守及多点控制单元（MCU）。

终端、网关和MCU均被视为终端点。

　　会话发起协议（SIP）是建立VOIP连接的IETF标准。

SIP是一种应用层控制协议，用于和一个或多个参与者创建、修改和终止会话。

SIP的结构与HTTP（客户－服务器协议）相似。

客户机发出请求，并发送给服务器，服务器处理这些请求后给客户机发送一个响应。

该请求与响应形成一次事务。

　　媒体网关控制协议（MGCP）是由 Cisco 和Telcordia提议的VOIP协议，它定义了呼叫控制单元（呼叫代理或媒体网关）与电话网关之间的通信服务。

MGCP属于控制协议，允许中心控制台监测IP电话和网关事件，并通知它们发送内容至指定地址。

在MGCP结构中，智能呼叫控制置于网关外部并由呼叫控制单元（呼叫代理）来处理。

同时呼叫控制单元互相保持同步，发送一致的命令给网关。

　　媒体网关控制协议（Megaco）是IETF和ITU-T（ITU-T推荐H.248）共同努力的结果。

Megaco/H.248是一种用于控制物理上分开的多媒体网关的协议单元的协议，从而可以从媒体转化中分离呼叫控制。

Megaco/H.248说明了用于转换电路交换语音到基于包的通信流量的媒体网关（MG）和用于规定这种流量的服务逻辑的媒介网关控制器之间的联系。

Megaco/H.248通知MG将来自于数据包或单元数据网络之外的数据流连接到数据包或单元数据流上，如实时传输协议（RTP）。

从VOIP结构和网关控制的关系来看，Megaco/H.248与MGCP在本质上相当相似，但是Megaco/H.248支持更广泛的网络，如ATM。

VOIP的研究

　　语音质量――由于IP是用来传输数据的，所以它不能提供实时性保证，只能提供最有效的服务。

为使用户可以接受IP上的语音通信，数据包延时需要小于一个极限值。

　　互用性――在公共网络环境下，不同提供商的产品需要相互之间进行操作，推动VOIP更广泛的应用。

　　安全性――利用加密（如SSL）和隧道（L2TP）技术保护VOIP信令及控制流量。

　　公用交换电话网络（PSTN）的集成――因特网电话技术虽已引入，但它需与PSTN在可预见的将来能够协同工作。

网关技术用于连接这两个网络。

　　可扩展性――VOIP需要足够灵活，能与日渐增长的私有和公有用户市场共同成长。

为解决上述问题，许多网络管理和用户管理技术正在逐步形成。

VOIP的主要优点

　　把VOIP集成到集中器或RAS中，企业将进入一个充满机遇的新世界。

如果该企业是服务提供商或传输服务提供商，则能够向用户提供附加业务。

如果是远程用户，则访问过程将明显简化。

　　增加利润--造就机遇--企业不再单纯依靠从用户的按时计费应用或主机使用中获取利润。

服务提供商和传输服务提供商现在可以在传统业务基础上提供话音、传真、多媒体业务。

由于这些企业长期通过企业局域网和PSTN建立连接，这一连接关系可以随着业务的增长而继续。

　　例如，有了VOIP，接入业务提供商，包括互联网服务提供商（ISP）和传输服务者可以实现Points-of-Presence（POPs）和上下驿站网关服务。

VOIP网关功能支持PC-to-Phone和Phone-to-PC业务，可通过基于IP的网络进行实时通信，造就新的商业机会。

　　企业节支和接入的优点--对于依靠PSTN使用话音和传真业务的企业，节约的开支是十分可观的。

VOIP通过绕过PSTN的方式，最终减少计费。

用市话的价格，用户可以在任何时间向全球任何地方发送传真或拨打电话。

另外，新的HiPer接入的VOIP功能将使用户可以通过在POTS线上建立的连接，接入企业内部网络、检查电子邮件、使用互联网和收听话音邮件。

而且，话音邮件或电子邮件经过检查后，远程用户就可以接通从PC机上接入的电话了。

这一功能节约的费用和增加的就业机会将使该企业更具竞争力。

　　升级简单和可扩展性--由于TotalControlVOIP是建立在TotalControl服务器上的一种软件解决方案，所以升级和操作十分简单，而且节约时间和费用。

3Com充分开发了其产品的DSP软件引擎。

因此配备了DSP的3Com硬件，升级和进一步开发要比其他公司的DSP解决方案简单。

未来的VOIP产品，则由软件升级替代整套的硬件更换。

在系统升级时，这一功能既节省经费又节省时间。

VOIP电话原理结构及关键技术

　　随着光网络的飞速发展和数字传输技术的应用，原来在数据通信网中被视为应用“瓶颈”的带宽和服务质量等问题一一得到解决，推动了IP技术的飞速发展，带动各种应用向IP靠拢，VOIP电话/VOIP网络电话（又称IPPHONE或VoIP）业务就是其中一个典型的应用。

VOIP电话/VOIP网络电话的概念

　　VOIP电话/VOIP网络电话是一种利用Internet技术或网络进行语音通信的新业务。

从网络组织来看，目前比较流行的方式有两种：

一种是利用Internet网络进行的语音通信，我们称之为网络电话；另一种是利用IP技术，电信运行商之间通过专线点对点联结进行的语音通信，有人称之为经济电话或廉价电话。

两者比较，前者具有投资省，价格低等优势，但存在着无服务等级和全程通话质量不能保证等重要缺陷。

该方式多为计算机公司和数据网络服务公司所采纳。

后者相对于前者来讲投资较大，价格较高，但因其是专门用于电话通信的，所以有一定的服务等级，全程通话质量也有一定保证。

该方式多为电信运行商所采纳。

VOIP电话/VOIP网络电话与传统电话具有明显区别。

首先，传统电话使用公众电话网作为语音传输的媒介；而VOIP电话/VOIP网络电话则是将语音信号在公众电话网和Internet之间进行转换，对语音信号进行压缩封装，转换成IP包，同时，IP技术允许多个用户共用同一带宽资源，改变了传统电话由单个用户独占一个信道的方式，节省了用户使用单独信道的费用。

其次，由于技术和市场的推动，将语音转化成IP包的技术已变得更为实用、便宜，同时，VOIP电话/VOIP网络电话的核心元件之一数字信号处理器的价格在下降，从而使电话费用大大降低，这一点在国际电话通信费用上尤为明显，这也是VOIP电话/VOIP网络电话迅速发展的重要原因。

VOIP电话/VOIP网络电话的基本原理

　　VOIP电话/VOIP网络电话（又称IPPHONE或VoIP）是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术,其基本原理是：

通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理,然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包,经过IP网络把数据包传输到接收地,再把这些语音数据包串起来,经过解码解压处理后,恢复成原来的语音信号,从而达到由IP网络传送语音的目的。

VOIP电话/VOIP网络电话系统把普通电话的模拟信号转换成计算机可联入因特网传送的IP数据包,同时也将收到的IP数据包转换成声音的模拟电信号。

经过VOIP电话/VOIP网络电话系统的转换及压缩处理,每个普通电话传输速率约占用８～11kbit/s带宽,因此在与普通电信网同样使用传输速率为64kbit/s的带宽时,VOIP电话/VOIP网络电话数是原来的5～8倍。

VOIP电话/VOIP网络电话的核心与关键设备是VOIP电话/VOIP网络电话网关。

VOIP电话/VOIP网络电话网关具有路由管理功能,它把各地区电话区号映射为相应的地区网关IP地址。

这些信息存放在一个数据库中,有关处理软件完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。

在用户拨打VOIP电话/VOIP网络电话时,VOIP电话/VOIP网络电话网关根据电话区号数据库资料,确定相应网关的IP地址,并将此IP地址加入IP数据包中,同时选择最佳路由,以减少传输时延,IP数据包经因特网到达目的地VOIP电话/VOIP网络电话网关。

对于因特网未延伸到或暂时未设立网关的地区,可设置路由,由最近的网关通过长途电话网转接,实现通信业务。

VOIP电话/VOIP网络电话的基本结构

　　VOIP电话/VOIP网络电话的基本结构由网关（GW）和网守（GK）两部分构成。

网关的主要功能是信令处理、H.323协议处理、语音编解码和路由协议处理等，对外分别提供与PSTN网连接的中继接口以及与IP网络连接的接口。

网守的主要功能是用户认证、地址解析、带宽管理、路由管理、安全管理和区域管理。

一个典型的呼叫过程是：

呼叫由PSTN语音交换机发起，通过中继接口接入到网关，网关获得用户希望呼叫的被叫号码后，向网守发出查询信息，网守查找被叫网守的IP地址，并根据网络资源情况来判断是否应该建立连接。

如果可以建立连接，则将被叫网守的IP地址通知给主叫网关，主叫网关在得到被叫网关的IP地址后，通过IP网络与对方网关建立起呼叫连接，被叫则网关向PSTN网络发起呼叫并由交换机向被叫用户振铃，被叫摘机后，被叫侧网关和交换机之间的话音通道被连通，网关之间则开始利用H.245协议进行能力交换，确定通话使用的编解码，在能力交换完成后，主被叫方即可开始通话。

VOIP电话/VOIP网络电话的优点

　　VOIP电话/VOIP网络电话是语音数据集成与语音/分组技术进展结合的经济优势，从而迎来一个新的网络环境，这个新环境提供了低成本、高灵活性、高生产率及效率的增强应用等优点。

VOIP电话/VOIP网络电话的这些优点使企业、服务供应商和电信运营商们看到了许多美好的前景，把语音和数据集成在一个分组交换网络中的契机是由以下因素推动的：

（1）通过统计上的多路复用而提高的效率。

（2）通过语音压缩和语音活动检测（安静抑制）等增强功能而提高的效率。

　　（3）通过在私有数据网络上传送电话呼叫而节省长途费用。

　　（4）通过联合基础设施组件降低管理成本。

　　（5）利用计算机电话集成的新应用的可能性。

　　（6）数据应用上的语音连接。

　　（7）有效使用新的宽带WAN技术。

　　分组网络提高的效率和在统计学上随数据分组多路复用语音数据流的能力，允许公司最大限度地得到在数据网络基础设施上投资的回报。

而把语音数据流放到数据网络上也减少了语音专用线路的数目，这些专用线路的价格往往很高。

LAN，MAN和WAN环境中吉位以太网、密集波分多路复用和PacketoverSDH等新技术的实现，以更低的价位为数据网络提高更多的带宽。

同样，与标准的TDM连接相比，这些技术提供了更好的性价比。

VOIP电话/VOIP网络电话的种类

　　VOIP电话/VOIP网络电话就有4种：

电话到电话、电话到PC、PC到电话和PC到PC。

具体如下：

（1）PC到PC：

最初VOIP电话/VOIP网络电话方式主要是PC到PC,利用IP地址进行呼叫,通过语音压缩、打包传送方式,实现因特网上PC机间的实时话音传送,话音压缩、编解码和打包均通过PC上的处理器、声卡、网卡等硬件资源完成,这种方式和公用电话通信有很大的差异,且限定在因特网内,所以有很大的局限性。

（2）电话到电话：

电话到电话即普通电话经过电话交换机连到VOIP电话/VOIP网络电话网关,用电话号码穿过IP网进行呼叫,发送端网关鉴别主叫用户,翻译电话号码/网关IP地址,发起VOIP电话/VOIP网络电话呼叫,连接到最靠近被叫的网关,并完成话音编码和打包,接收端网关实现拆包、解码和连接被叫。

　　（3）电话到PC：

电话到PC是由网关来完成IP地址和电话号码的对应和翻译,以及话音编解码和打包。

　　（4）PC到电话：

PC到电话也是由网关来完成IP地址和电话号码的对应和翻译,以及话音编解码和打包。

VOIP电话/VOIP网络电话的关键技术

　　传统的IP网络主要是用来传输数据业务,采用的是尽力而为的、无连接的技术,因此没有服务质量保证,存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况。

数据业务对此要求不高,但话音属于实时业务,对时序、时延等有严格的要求。

因此必须采取特殊措施来保障一定的业务质量。

VOIP电话/VOIP网络电话的关键技术包括：

信令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量（QoS）保证技术、以及网络传输技术等。

　　1．信令技术

　　信令技术保证电话呼叫的顺利实现和话音质量,目前被广泛接受的VoIP控制信令体系包括ITUT

　　的H.323系列和IETF的会话初始化协议SIP。

　　ITU的H.323系列建议定义了在无业务质量保证的因特网或其它分组网络上多媒体通信的协议及其规程。

H.323标准是局域网、广域网、INTRANET和Internet上的多媒体提供技术基础保障。

　H.323是ITU－T有关多媒体通信的一个协议集,包括用于ISDN的H.320,用于Ｂ－ISDN的H.321和用于PSTN终端的H.324等建议。

其编码机制,协议范围和基本操作类似于ISDN的Q.931信令协议的简化版本,并采用了比较传统的电路交换的方法。

相关的协议包括用于控制的H.245,用于建立连接的H.225.0,用于大型会议的H.332,用于补充业务的H.450.1、H.450.2和H.450.3,有关安全的H.235,与电路交换业务互操作的H.246等。

H.323提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性。

它不依赖于网络结构,独立于操作系统和硬件平台,支持多点功能、组播和带宽管理。

H.323具备相当的灵活性,支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的会议。

H.323建议的多媒体会议系统中的信息流包括音频、视频、数据和控制信息。

信息流采用H.225.0建议方式来打包和传送。

　　H.323呼叫建立过程涉及到三种信令：

ＲＡS信令（R=注册：

Registration、A=许可：

Admission和S=状态：

Status）,H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。

其中ＲＡS信令用来完成终端与网守之间的登记注册、授权许可、带宽改变、状态和脱离解除等过程；H.225.0呼叫信令用来建立两个终端之间的连接,这个信令使用Q.931消息来控制呼叫的建立和拆除,当系统中没有网守时,呼叫信令信道在呼叫涉及的两个终端之间打开；当系统中包括一个网守时,由网守决定在终端与网守之间或是在两个终端之间开辟呼叫信令信道；H.245控制信令用来传送终端到终端的控制消息,包括主从判别、能力交换、打开和关闭逻辑信道、模式参数请求、流控消息和通用命令与指令等。

H.245控制信令信道建立于两个终端之间,或是一个终端与一个网守之间。

　　虽然H.323提供了窄带多媒体通信所需要的所有子协议,但H.323的控制协议非常复杂。

此外,H.323不支持多点发送（Multicast）协议,只能采用多点控制单元（ＭＣＵ）构成多点会议,因而同时只能支持有限的多点用户。

H.323也不支持呼叫转移,且建立呼叫的时间比较长。

与H.323相反,SIP是一种比较简单的会话初始化协议。

它不像H.323那样提供所有的通信协议,而是只提供会话或呼叫的建立与控制功能。

SIP可以应用于多媒体会议、远程教学及Internet电话等领域。

SIP既支持单点发送（Unicast）也支持多点发送,会话参加者和媒体种类可以随时加入一个已存在的会议。

SIP可以用来呼叫人或机器设备,如呼叫一个媒体存储设备记录一个会议,或呼叫一个点播电视服务器向会议播放视频信号。

　　SIP是一种应用层协议,可以用UDP或TCP作为其传输协议。

与H.323不同的是：

SIP是一种基于文本的协议,用SIP规则资源定位语言描述（SIPUniformResourceLocators）,这样易于实现和调试,更重要的是灵活性和扩展性好。

由于SIP仅作于初始化呼叫,而不是传输媒体数据,因而造成的附加传输代价也不大。

SIP的URLL甚至可以嵌入到web页或其它超文本链路中,用户只需用鼠标一点即可发出一个呼叫。

与H.323相比,SIP还有建立呼叫快,支持传送电话号码的特点

　　2．编码技术

　　话音压缩编码技术是VOIP电话/VOIP网络电话技术的一个重要组成部分。

目前,主要的编码技术

　　有ITU－T定义的G.729、G.723（G.723.1）等。

其中G.729可将经过采样的64kbit/s话音以几乎不

　　失真的质量压缩至8kbit/s。

由于在分组交换网络中,业务质量不能得到很好保证,因而需要话音的

　　编码具有一定的灵活性,即编码速率、编码尺度的可变可适应性。

G.729原来是8kbit/s的话音编

　　码标准,现在的工作范围扩展至6.4～11.8kbit/s,话音质量也在此范围内有一定的变化,但即使是

　　6.4kbit/s,话音质量也还不错,因而很适合在VoIP系统中使用。

G723.1采用5.3/6.3Kbit/s双速率话

　　音编码,其话音质量好,但是处理时延较大,它是目前已标准化的最低速率的话音编码算法。

　　3．实时传输技术

　　实时传输技术主要是采用实时传输协议RTP。

RTP是提供端到端的包括音频在内的实时数据传

　　送的协议。

RTP包括数据和控制两部分,后者叫RTCP。

RTP提供了时间标签和控制不同数据流同

　　步特性的机制,可以让接收端重组发送端的数据包,可以提供接收端到多点发送组的服务质量反

　　馈。

　　4．服务质量（QoS）保证技术

　　VOIP电话/VOIP网络电话中主要采用资源预留协议（RSVP）以及进行服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

　　VOIP电话/VOIP网络电话中网络传输技术主要是TCP和UDP,此外还包括网关互联技术、路由

　　选择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。

由于实时传输协议RTP提供具有实时特

　　征的、端到端的数据传输业务,因此VOIP电话/VOIP网络电话中可用RTP来传送话音数据。

在

　　RTP报头中包含装载数据的标识符、序列号、时间戳以及传送监视等,通常RTP协议数据单元是

　　用UDP分组来承载,而且为了尽量减少时延,话音净荷通常都很短。

IP、UDP和RTP报头都按最

　　小长度计算。

VoIP话音分组开销很大,采用RTP协议的VOIP电话/VOIP网络电话格式,在这种方

　　式中将多路话音插入话音数据段中,这样提高了传输效率。

此外,静音检测技术和回声消除技术也

　　是VOIP电话/VOIP网络电话中十分关键的技术。

静音检测技术可有效剔除静默信号,从而使话音

　　信号的占用带宽进一步降低到3.5ｋbit/s左右；回声消除技术主要利用数字滤波器技术来消除对

　　通话质量影响很大回声干扰,保证通话质量。

[编辑本段]

VOIP电话/VOIP网络电话需要解决的问题

　　VOIP电话/VOIP网络电话向本地的转移还有很多的问题需要解决。

会有很多政策方面的问题要

　　解决，比如运营许可证。

还有像号码资源、网络之间互通互连这样跨技术和政策领域的问题需要

　　解决。

撇开这些问题，在技术上还有很多地方需要突破。

其实这些技术问题也并非仅仅存在于

　　未来的IP市话方面。

现在国内运营商的长途VoIP网，多建设在专用通信网上。

IP地址、安全这

　　样的问题并不突出。

但是专网的方式毕竟只是一个过渡方式，从三网融合的角度看，VOIP电话

　　/VOIP网络电话必然要融入到公共IP网当中。

要达到这一目标，无论是长途网还是本地网，这

　　些问题都必须解决。

　　1．网络地址

　　对于如此大规模的一个VOIP电话/VOIP网络电话网络，IP地址资源的匮乏是首先要解决的问题。

　　其实这也是困扰着中国宽带接入发展的一个问题，只是在VOIP电话/VOIP网络电话通信方面会

　　更明显。

采用私有地址是运营商非常不愿意看到的事情，运营商不可能在每一个地方都采用私有

　　地址，这样在构建全国网络时就很不方便。

而整个大网采用私有地址，在网间互联也难以避免相

　　应的问题。

采用私有地址自然要涉及到NAT的问题，对于Web浏览和收发电子邮件一般的NAT

　　设备都可以支持，但是很多NAT不能支持VOIP电话/VOIP网络电话双向通信。

同样的问题在

　　PCtoPC和PCtoPhone形式的VOIP电话/VOIP网络电话服务方面也存在着。

比如，如果按照

　　现在ISP提供的拨号上网方式，上网的PC机一般只能获得一个动态分配的IP地址，用户只能

　　拨出，对方不能确切的知道主叫方的位置，结果是无法呼入。

　　IPv6自然是最佳的结果，但是现在还不能非常确切地知道在什么时间IPv6会在全球推广使用，

　　即使开始推广，必然需要一定的时间。

有些人认为现阶段还是应该在NAT上面下些功夫，比如

　　支持更多种的应用，像VOIP电话/VOIP网络电话通信。

　　2．安全问题

　　VOIP电话/VOIP网络