西电研究生软交换实验.docx
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西电研究生软交换实验
西安电子科技大学通信工程学院
《宽带通信网实验指导书》
软交换基本配置和操作实验
班级
学生
学号
教师
【实验目的】
了解软交换接入系统的基本知识，可以依托本实验室搭建接入系统。
并学会使用WEB网管和telnet来配置FHX1000。
（4课时）。
【预备知识】
1、软交换
软交换是一种功能实体，为下一代网络（NGN）提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。
简单地看，软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体，但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在—起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，而软交换则是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。
相信未来的软交换应该是尽可能简单的，智能控制功能则尽可能地移至外部的业务和/或应用层。
基于软变换的网络系统结构如下图所示。
从图中可看出，软交换位于控制层。
图1：
软交换系统结构示意图
软交换业务对用户来说是完全透明的，而且与网络结构无关。
它提供多协议控制并支持多媒体业务的应用。
用户接口与以前的电话系统很相似，用户不会感觉出有什么不同。
除了在费用更低的IP网络上实现传统的电话功能，服务提供商还可以开发提供新的业务。
使用软交换定义的应用编程接口（API）可以很方便地修改或增加新业务。
运营商也可以连接己有的服务器来实现来电显示和选择振铃方式等功能。
一般来说软交换可以提供以下这些基本业务：
●虚拟呼叫中心
●统一消息
●IPCentrex
●电话卡业务
●多媒体功能
●与PSTN互连
●4类和5类交换机功能
●800免费电话
●911紧急呼叫
●计费
●预付费电话卡
在电路交换网中，呼叫控制、业务提供以及交换矩阵均集中在一个交换系统中，而软交换的主要设计思想是业务/控制与传送/接入分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，以便在网上更加灵活地提供业务。
更具体地讲，软交换是基于“网络就是交换”的理念，它是一个基于软件的分布式交换/控制平台，将呼叫控制功能从网关中分离出来，利用分组网代替交换矩阵，开放业务、控制、接入和交换间的协议，从而真正实现多厂家的网络运营环境，并列以方便地在网上引入多种业务。
图2：
电路交换模式和软交换模式
软交换的设计思想十分符合已经提到的下一代网络的重要特点——开放式体系架构、业务驱动和分组化的网络，它吸取了IP、ATM、IN和TDM等众家之长，完全形成分层的全开放的体系架构，使得运营商可以根据自己的需要，全部或部分利用软交换体系产品，采用适合自己的网络解决方案，在充分利用现有资源的同时，寻找到自己的网络立足点。
所以我们说软交换是下一代分组网中语音业务、数据业务和视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备，同时也是电路交换网向分组交换网演进的重要设备。
主要特点：
●高效灵活
●开放性
●多用户
●强大的业务功能
主要功能：
●呼叫控制和处理功能：
软交换设备可以为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。
另外，软交换还可以支持两方呼叫控制和多方呼叫控制功能。
●协议功能：
开放性是软交换体系结构的一个主要特点，因此软交换应具备丰富的协议功能。
（1）呼叫控制协议：
ISUP、TUP、PRI、BRI、BICC、SIP-T、H.323等。
（2）传输控制协议：
TCP、UDP、SCTP、M3UA、M2PA等。
（3）媒体控制协议：
H.248、MGCP、SIP等。
（4）业务应用协议：
PARLY、INAP、MAP、LDAP、RADIUS等。
（5）维护管理协议：
SNMP、COPS等。
它们分别应用于软交换与网络中其他部件之间，如软交换与媒体网关之间、软交换与信令网关之间、软交换与软交换之间、软交换与H.323终端之间等等。
●业务提供功能：
下一代网络可以说是业务驱动的网络，软交换的引入主要是提供控制功能，而应用服务器则是下一代网络中业务支撑环境的主体，也是业务提供、开发和管理的核心，从这个角度来看，下一代网络是以软交换设备和应用服务器为核心的网络。
软交换的业务提供功能应主要体现在可以与第三方合作，提供多种增值业务和智能业务。
这样不仅增加了服务的种类，而且加快了服务应用的速度。
●业务交换功能：
所渭业务交换功能就是识别智能网呼叫，并把它上报给业务控制功能（SCF），最终由SCF控制整个呼叫，从而保证软交换网络内的用户享用现有智能业务。
SCF的主要功能是提供对智能业务进行逻辑控制的业务逻辑，处理与业务有关的行为。
业务交换功能与呼叫控制功能相结合提供了呼叫控制功能和业务控制功能之间进行通信所要求的一组功能，它主要包括：
业务控制触发的识别以及与SCF间的通信；管理呼叫控制功能和SCF之间的信令；按要求修改呼叫/连接处理功能，在SCF控制下处理IN业务请求；业务交互作用管理。
●操作维护功能：
操作维护系统是软交换设备中负责系统的管理和操作维护的部分，是用户使用、配置、管理、监视软交换设备的工具集合。
●计费功能：
软交换具有根据计费对象进行计费和信息采集的功能，并负责将采集信息送往计费中心。
●软交换与其他网络的互通：
软交换是下一代网络的核心设备，各运营商在组建以软交换为核心的软交换网络时，其网络体系架构可能有所不同，但必须考虑与其他各种网络的互通，如与现有7号信令网的互通、与现有智能网的互通，以及与采用H.323协议的IP电话网的互通等等。
主要协议：
●H.248/MEGACO：
H.248和MEGACO协议均称为媒体网关控制协议，应用在媒体网关和软交换之间、软交换与H.248/MEGACO终端之间。
图3：
H.248/MEGACO的应用范围
●MGCP：
MGCP应用在MGCP终端和软交换之间，当媒体网关支持MGCP协议时，也可以在MGCP媒体网关和软交换之间使用MGCP。
图4：
MGCP协议的应用范围
●SIP协议：
SIP（会话初始协议）是IETF另一个小组提出的在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，其设计思想与H.248/MEGACO/MGCP完全不同。
SIP协议采用基于文本格式的客户-服务器方式，以文本的形式表示消息的语法、语义和编码，客户机发起请求，服务器进行响应。
SIP主要用于SIP终端和软交换之间、软交换和软交换之间以及软交换与各种应用服务器之间。
SIP协议的出发点是想借鉴Web业务成功的经验，它通过使用SIP终端将网络设备的复杂性推向边缘，同时SIP可以充分利用已定义的头域，对其进行简单必要的扩充就能很方便地支持各项新业务和智能业务，有利于与Internet的各项应用集成开发VoIP的增值业务。
目前SIP受到许多设备制造商，特别是数据产品制造商和应用开发商的青睐。
图5：
SIP协议的应用范围
●BICC协议：
BICC协议的全称为与承载无关的呼叫控制协议，它是由ITU-T第11组提出的信令协议。
BICC协议属于应用层控制协议，可用于建立、修改和终结呼叫，可以承载全方位的PSTN/ISDN业务。
它采用呼叫信令和承载信令功能分离的思路，重新定义一个骨干网络中使用的呼叫控制信令协议，包括7号信令网络、ATM网络和IP网络在内的各种网络。
呼叫控制协议基于N-ISUP信令，沿用ISUP中的相关消息，并利用APM（ApplicationTransportMechanism）机制传送BICC特定的承载控制信息。
由于采用了呼叫与承载分离的机制，使得异种承载的网络之间的业务互通变得十分简单，只需要完成承载级的互通，业务不用进行任何修改。
BICC协议可以在软交换之间使用。
●SCTP协议：
SCTP是IETFSIGTRAN小组提出的流控制传送协议，主要是在无连接的网络上传送PSTN信令消息，该协议可以在IP网上提供可靠的数据传输协议。
SCTP用来在确认方式下，无差错、无重复地传送用户数据：
根据通路的MTU的限制，进行用户数据的分段；并在多个流上保证用户消息的顺序递交；把多个用户的消息复用到SCTP的数据块中；利用SCTP偶联的机制来提供网络级的故障情况下，用户信息可靠传送的保证，同时SCTP还具有避免拥塞的特点和避免遭受泛播和匿名的攻击。
SCTP可以在IP网上承载7号信令，完成IP网与现有7号信令网和智能网的互通。
同时SCTP还可以承载H.248、ISDN、SIP、BICC等控制协议，因此可以说，SCTP是IP网上控制协议的主要承载者。
●M2PA协议：
M2PA（MTP2层用户对等适配层协议）是把No.7MTP3层适配到SCTP层的协议，它描述的传输机制可使任何两个No.7节点通过IP网上的通信完成MTP3消息处理和信令网管理功能，因此能够在IP网连接上提供与MTP3协议的无缝操作。
此时软交换应具有一个独立的信令点。
M2PA提供的传输机制支持IP网络连接上的MTP3协议对等层的操作。
●M3UA协议：
M3UA（MTP3层用户适配层协议）是把No.7MTP3层用户信令适配到SCTP层的协议。
它描述的传输机制支持全部MTP3用户消息（TUP，ISUP，SCCP）的传送、MTP3用户协议对等层的无缝操作、SCTP传送偶联和话务的管理、多个软交换之间的故障倒换和负荷分担以及状态改变的异步报告。
M3UA和上层用户之间使用的原语同MTP3与上层用户之间使用的原语相同，并且在底层也使用了SCTP所提供的服务。
2、媒体网关
媒体网关在NGN中扮演着重要的角色．如果说软交换是NGN的“神经”，应用层是NGN的“大脑”，那么媒体网关就是NGN的“四肢”，任何业务部需要媒体网关在软交换的控制下实现。
媒体网关是将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式的设备。
媒体网关能够在电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间进行转换，可以处理音频、视频或T.120，也具备处理这三者任意组合的能力，并且能够进行全双工的媒体翻译，实现IVR功能，同时还可以进行媒体会议等。
根据媒体网关设备在网络中的位置，可以将其分为如下几类：
●中继媒体网关：
主要针对传统的PSTN/ISDN的中继媒体网关，负责PSTN/ISDN的C4或C5的汇接接入，将其接入到ATM或IP网络，主要实现VoATM或VoIP功能。
●综合接入媒体网关：
综合接入媒体网关负责各种用户或接入网的综合接入，如直接将PSTN/ISDN用户、Ethernet用户、ADSL用户或V5用户接入。
这类综合接入媒体网关一般放置在靠近用户的端局，同时它还具有拨号Modem数据业务分流的功能。
●小区或企业用媒体网关：
从目前的情况看，放置在用户住宅小区或企业的媒体网关主要解决用户话音和数据（主要指Internet数据）的综合接入，未来可能还会解决视频业务的接入。
主要功能：
●用户或网络接入功能：
媒体网关负责各种用户或各种接入网络的综合接入，如普通电话用户、ISDN用户、ADSL接入、以太网用户接入或PSTN/ISDN网络接入、V5接入和3G网络接入等。
媒体网关设备是用户或用户网络接入核心媒体层的“接口网关”。
具体来说，媒体网关能够和各种接入网络、各种用户进行互操作。
网关设备应具有DTMF检测和生成的功能。
对于模拟线用户，媒体网关应能够识别出用户摘机、拨号和挂机等事件，检测出用户占线、久振无应答等状态，并将用户事件和用户状态向软交换报告。
●接入核心媒体网络功能：
媒体网关以宽带接入手段接入核心媒体网络。
目前接入核心媒体网络主要通过ATM或IP接入。
●媒体流的映射功能：
在NGN中，任何业务数据都被抽象成媒体流，媒体流可以是话音、视频信息，也可以是综合的数据信息。
由于用户接入和核心媒体之间的网络传送机制的不一致性，因而需要将—种媒体流映射成另一种网络要求的媒体流格式。
但是由于业务和网络的复杂性，媒体流映射并不是简单的映射，它涉及到媒体编码格式、数据压缩算法、资源预约和分配、特殊资源的检测处理、媒体流的保密等多项与媒体流属性相关的内容。
此外，对不同的业务特性又有其持殊的要求，如话音业务对回声抑制、静音压缩、舒适噪音插入等有其特别要求。
媒体网关必须设有输入缓冲，以消除时延抖动对通话质量的影响，而且缓冲区大小能够根据网络状况动态调整。
●受控操作功能：
媒体网关受软交换的控制，它绝大部分的动作，特别是与业务相关的动作都是在软交换的控制下完成的，如编码、压缩算法的选择，呼叫的建立、释放、中断，特殊信号的检测和处理等。
媒体网关和软交换之间的特殊关系决定了它们之间控制协议的重要性，MGCP和H.248就是软交换和媒体网关之间的控制协议。
MGCP由IETF定义，实现相对简单，早期应用比较多，但目前的趋势则是转向了由ITU-T定义的H.248标准（可以说H.248是IETF与ITU-T结合的标准，IETF中叫MEGACO）。
●管理和统计功能：
作为网络中的一员，媒体网关同样受到网管系统的统一管理，媒体网关也要向软交换或网管系统报告相关的统计信息。
收集的统计信息包括：
设备相关的统计信息、端口相关的统计信息、连接或终结点相关的统计信息。
采用的技术：
●分组语音技术：
传统电话网以电路交换的方式传输语言，它需要的基本带宽为64kbps。
而要在基于IP、ATM的分组网络上传输语音，媒体网关就必须将模拟的语音信号转换为一长度的数字化语音分组，采用“存储-转发”的力法，以分组的形式在分组网络上进行交换和传输，这项技术称为分组语音技术。
转换需要采用一定的语音编码算法对语音信号进行处理，如常见的G.729、G.723等编码算法。
对语音处理时既要考虑采用较低比特率的编码算法以节省传输传道的资源，也要考虑如何在分组网络的环境下保证一定的语音质量。
图6：
分组语音信道
●语音编码技术：
模拟语音信号必须经过处理，转换成适合在IP网络上传输的IP数据包。
这个过程需要先进行AD转换，变成PCM码，然后经过数据压缩，最后打上IP包的标记形成正数据包在网络中传输。
目前，IP分组语音主要采用的编码技术有ITU-T定义的G.729、G.723.1等。
●实时传输技术：
实现实时传输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同一会话中不同数据流同步特性的机制，可以让接收端重组接收到的数据分组。
RTP是不可靠协议，在某些应用中可能需要重传丢失包。
而RTP包的头部信息如顺序号可用于错误恢复。
RTCP提供接收端到最近发送端的服务质量反馈，这与其它传输层协议的流量控制和拥塞控制相似。
●高速数据总线技术：
中继网关设备一般都作为局端设备使用，使用时为了达到高端口密度、支持大容量线速交换、提高内部数据传输速度、支持热切换插卡、降低语音包在网关内的传送时延．采用了高速数据总线技术。
媒体网关的总线用来提供用户接入模块、DSP模块、核心网接口模块之间交换内部数据，下图所示是总线和各个模块之间的关系的示意图。
目前中继媒体网关采用的总线标准有SCSA、MVIP、H.100、H.110等。
图7：
媒体网关总线与各个模块之间的关系
●IVR技术：
IVR（InteractiveVoiceResponse）即交互式语音应答，可以用来提高呼叫服务的质量并节省费用。
采用IVR技术可以根据用户输入的内容来传递并处理有关的信息，如操作提示或具体的信息内容。
下图所示是—种IVR系统的网络结构。
其中，AS（audioserver）是语音服务器，负责为附近的网关提供语音服务。
APS（audioprovisionserver）是语音提供服务器，负责向所有的AS提供话音服务。
图8：
IVR系统网络结构
主要协议：
●控制层接口协议：
目前主要控制协议有MGCP和H.248/MEGAC0两种。
MGCP是IETF较早定义的媒体网关控制协议。
主要从功能的角度定义媒体网关控制器（软交换）和媒体网关之间的行为，实现比较简单，没有H.248那样对包和属性的详细定义，事件交互的机制也比较简单。
H.248/MEGACO因其功能灵活、支持业务能力强而受到重视，而且不断有新的附件补充其能力，是目前媒体网关和软交换之间的主流协议，目前国内通信标准推荐软交换和媒体网关之间应用H.248协议。
H.248和MEGACO在协议文本上相同，只是在协议消息传输语法上有所区别，H.248采用ASNI语法格式，MEGACO采用ABNF语法格式。
●用户接入协议：
NGN的重要特点之一就是综合业务接入能力，媒体网关必须提供多种方式的用户接入，包括：
ISDN用户接入（BRA、PRA），对应于DSS1、IUA协议；V5用户接入，对应于V5.2、V5UA协议；模拟Z接口用户接入和集中的语音数字中继接入也对应于相应的协议。
●核心网接入协议：
主要是ATM协议和IP协议，这里不再详述。
另外，RTP用于一般多媒体通信（语音/图像/传真）信号的打包，它虽然能够为收发双方提供QoS的监测的能力，但本身不能提供保证服务质量的手段。
要解决NGN网络的服务质量问题，还必须采用其它技术来确保通信的QoS。
目前所提出的解决方案受到广泛关注的有两种，一是根据通信需要提前为呼叫准备足够的带宽的资源预留技术，主要采用的是RTF提出的资源预留协议（RSVP）；二是根据不同性质数据流的服务需求，为其提供不同的处理措施，就是业务区分技术（Diffserv）。
这两种技术都适用于媒体网关。
●媒体处理协议：
包括媒体编码协议和RTP协议。
对于前者，媒体流的映射功能是媒体网关的基本功能，由于用户接入和核心媒体之间的网络传送机制的不一致性，需要将一种媒体流映射成另一种网络要求的媒体流格式。
对于中继媒体网关，从用户接入（PSTN网）的一般是数字化的语音信号，映射到核心分组网时需要打包转换成分组语音流，采用的编码协议有G.711、G.729、G.723.1等等。
对于综合接入媒体网关，需要将用户的模拟语音、图像信号转换成分组的媒体流，采用的语音编码协议有G.711、G.729、G.723.1等等，图像编码协议有H.26l、H.263、H.263+等。
至于RTP协议，在前面已经有所叙述，需要了解详细信息的同学可以自己查阅有关的文献资料。
●网络管理协议：
目前网络使用最多的网管接口协议是SNMP。
SNMP协议是为采用TCP/IP协议的网络设计的管理协议，其目的是建立管理主机和被管主机之间的联系，并保证在这两实体间的管理数据的安全。
SNMP协议现已升级到V3版本（RFC2261系列）。
SNMPV2系列建议与SNMPV1（RFC1157）相比主要是对其网管的安全性做了重大改进，并对其协议、功能等方面进行了有限的扩充。
V3在此基础上进一步作了扩充。
【实验设备】
1、FHX8000媒体网关控制器
FHX8000主要完成呼叫控制、认证与授权、计费等基本业务，也可提供丰富的增值业务。
该设备提供丰富的互通模块，能够与PSTN/ISDN网、SS7信令网、智能网、H.248网络、H.323网络、SIP网络等等实现互联互通。
该设备还提供非常完备的网管接口，维护人员可以通过CLI、WEB、SNMP接口对设备实施维护管理。
FHX8000可以和国际、国内主流软交换厂商的设备互连互通。
主要功能：
●呼叫控制功能：
FHX8000内部有独立的呼叫控制核心，为针对不同的呼叫控制协议和信令，呼叫控制核心提供不同的适配功能模块，可完成基本呼叫的建立，保持和拆除，以及各种超时处理、负载保护处理；
●业务提供功能：
FHX8000能独立完成基本呼叫流程，提供基本业务，也可以与其他设备配合，从而提供丰富多彩的增值业务，还可通过媒体服务器提供语音交互业务；
●互通功能：
FHX8000内部统一的呼叫控制核心支持多种呼叫控制信令与协议，因此能很好的实现与各种网络的互通，也可以通过SIP协议与其它厂家的软交换设备互通；
●计费功能：
FHX8000能采集通话记录的详细信息，将话单传送到计费中心，并且支持实时计费方式，实现实时断线功能；
●认证与授权功能：
FHX8000可通过RADIUS协议与认证中心互通，对其管辖的终端用户、媒体网关信息进行认证，避免非法接入；
●地址解析功能：
FHX8000支持多种地址格式，可完成它们之间的相互转换；
●管理维护功能：
FHX8000提供三种网络管理接口，维护人员通过CLI、WEB浏览器、SNMP管理系统对其进行管理，包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理等。
系统特性：
●国际标准：
使用国际最新的协议标准,IP协议支持IPV4/IPV6。
●兼容性：
能轻松地与其它厂家支持对应协议的设置相连接。
●高可靠性：
提供安全可靠的热备份和日志服务，以及现场恢复，提供最可靠的服务。
●易维护性：
通过SNMP网管进行通信，能在线维护系统，管理资源，事后分析等。
●高扩展性和易升级性：
用户可定制各种增值服务；并能对系统进行在线更新。
2、FHX1000软交换媒体网关
FHX1000系列综合接入设备（IAD）是软交换系统的重要部件。
该设备基于ITU-TH.248、H.323、SIP等协议，以IP方式传输话音，同时提供数据接入，能满足用户对语音/传真/数据等综合业务接入的需求。
图9：
FHX1000
产品特点：
●多协议支持能力；
●为用户提供FXS（FXO）接口，IP语音通道，ADSL接口；
●支持回声消除（ECE），静音抑制；
●舒适噪音生成（CNG）；
●语音活动检测（VAD），输入输出增益控制；
●能够产生和检测DTMF，支持来电显示；
●呼叫进程音的产生及侦测功能：
可以产生、检测拨号音，忙音，回铃音等；
●支持静态IP地址和动态（DHCP）地址选择；
●内嵌WEB服务器供远程网络管理；
●良好的兼容性，可以和国际、国内主流软交换厂商的设备互连互通；
●灵活多变的拨号计划处理能力；
●语音清晰度高，自然度好，可达MOS4.0级语音质量。
接口：
●上行网络接口：
10/100MBASE-T，RJ45接口；
●下行网络接口：
10/100MBASE-T，RJ45接口；
●下行电话接口：
FXS（RJ11）；
●控制接口：
RS232（DB9）；
●网管接口：
SNMP和WEBSERVER。
支持协议：
●语音编码：
ITU-TG.711、G.723、G.726、G.729；
●传真：
ITU-TT.38、T.30；
●ITU-TH.323、H.248、SIP；
●RTP、RTCP；
●DHCP；
●HTTP/TFTP。
【实验原理】
1、搭建系统
图10：
软交换接入系统
2、原理
从FHX1000
（1）向FHX1000
（2）打电话时，话音信号通过FHX1000转换成IP包，通过以太网传输，当FHX1000
（1）下面接的电话拨号时，FHX1000发送信息到连接在R4001上的FHX8000服务器上寻找对应的电话号码，并建立链接，然后就可以通话了。
反之，过程相同。
3、FHX1000的WEB网管
●首先，打开IE浏览器，在地址栏中输入对应FHX1000的IP地址，FHX1000
（1）的IP地址：
192.168.6.232，FHX1000
（2）得IP地址：
192.168.15.233。
●弹出登录对话框，用户名：
zg，密码：
zg，然后登录。
●进入系统，选择Chinese。
图11：
FHX1000的WEB网管首页
●进入WEB网管，进行操作。
图12：
进入WEB网管
4、FHX1000的远程配置
●打开：
开始>运行，输入cmd。
●输入：
telnet192.168.6.232。
图13：
运行telnet
●用户名：
test，密码：
zhonggu
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