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IP电话原理
马可主讲
IP电话原理
IP电话原理
简介:
本文从以下几个方面阐述了Internet电话的研究发展状况:
1、Internet电话带来的冲击
2、Internet电话的原理
3、Internet电话前景展望
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,FederalCommunicationCommission)提交诉状,起诉几家在Internet上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VocalTec(产品InternetPhone)、ThirdPlanetPublishingInc.(产品DigiPhone)、InternetTelephone(产品WebPhone)、Quarterdeck(产品WebTalk)等。
这一举动表示,Internet上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。
另外,很多中小企业纷纷在他们的Internet/Intranet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Internet电话业务。
最近,CISCO宣布将在其3600路由器上增加模拟话音接口,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ActionInformationServices估计,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Internet传送,到2005年将达到10%~16%,到2010年则达到28%。
(最新的统计数字,IP电话$600亿)
驱使Internet话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Internet的话音收费不到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Internet的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,Internet电话的发展速度也就可以理解了。
驱使Internet话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、经常断。
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Internet电话的规范逐步完善,各厂商的设备可以互通;另一方面,Internet的大力兴建及硬件设备性能的提高为Internet电话的顺畅提供了保证;
二、Internet电话的原理
1、Internet电话的基本组成及标准:
在1996年之前,各厂商就纷纷推出了Internet电话软件,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MMUSIC(MultipartyMultimediaSessionControl)工作组,IMTC成立了VoIP论坛,在这些组织推出的草案中,都将H.323作为Internet电话标准的执行规范。
H.323标准提供了基于IP网络(包括Internet)的传送声音、视频和数据的基本标准,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2-1(表中还包含了多媒体在其余网络中(如ISDN、PSTN)的系列协议)。
H.323定义了网络传输系统中的四种基本的构成单元:
终端(Terminal)、网关(Gateway)、GateKeeper和多点控制单元(MCU,MultipointControlUnit),它们之间及与别的网络的组网图原理一般如图2-1所示。
H.323
H.320
H.321
H.322
H.324
ApprovalDate
1996
1990
1995
1995
1996
Network
Non-Guaranteedbandwidthpacketswitchednetworks
NarrowbandSwitcheddigitalISDN
BroadbandISDN,ATMLAN
Guaranteedbandwidthpacketswitchednetworks
PSTNorPOTS,theanalogphonesystem
Video
H.261,
H.263
H.261,H.263
H.261,H.263
H.261,
I.H.263
H.261,H.263
Audio
G.711,G.722,G.728,G.723,G.729
G.711,
G.722,
G.728
G.711,
G.722,
G.728
G.711,
G.722,
G.728
G.723
Multiplexing
H.225.0
H.221
H.221
H.221
H.223
Control
H.245
H.230,
H.242
H.242
H.242,
H.230
H.245
Multipoint
H.323
H.231,
H.243
H.231,
H.243
H.231,
H.243
I.
I.
I.
Data
T.120
T.120
T.120
T.120
T.120
Comm.Interface
TCP/IP
I.400
AAL,
I.363,
AJMI.361,
PHYI.400
I.400&
TCP/IP
V.34Modem
表2-1Multimedia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.323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;另外,和GateKeeper进行通信的RAS(Registration/Admission/Status)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),通信控制过程的转换(如H.245到H.242)。
另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Internet),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:
GateKeeper提供区域内的终端、MCU和网关的注册、更新、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,那么可以不含MCU。
2、一般的Internet电话的组网图:
(见图2-3)
图2-3Internet电话组网图
一般,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。
特别地,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RASDirectoryServer可以在一个服务器上,有时甚至可以和DNSServer合并。
而上图的GateKeeper或RASDirectoryServer也可包含MCU的功能。
3、传输协议
在IETF的MMUSIC工作组的草案《TheInternetMultimediaConferenceArchitecture》中定义的视讯会议的协议栈如下图2-4所示:
|<---ConferenceManagement--->|<---MediaAgents--->|
|||
|Conference|Conference|Audio/|Shared|
|Setup&Discovery|CourseControl|Video|Applications|
+-------------------------+------+--------+-+--------+------------++
|SDP||Distr.|RTP/|Reliable||
|SAP|SIP|HTTP|SMTP|RSVP|Ctrl
(1)|RTCP|Multicast
(2)||
+-----+--+--+------+------++--+--------+----------+------------+--+
|UDP|TCP||UDP|
+--------+----------------+---+--------------------------------------+
|IP+IPMulticast|
+--------------------------------------------------------------------+
|IntegratedServicesForwarding|
+--------------------------------------------------------------------+
图2-4InternetMultimediaConferencingprotocolstacks
一般说来,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:
(ResourceReservationProtocol)一般说来,在IP网络上保留足够的带宽用于多媒体的传送是十分困难的,为此IETF定义了资源预留协议(RSVP)。
RSVP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(QualityofService)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,但大部分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、Gateway、MCU必须支持,IP网络上的路由器等也必须支持,RSVP在RFC2205~RFC2209中定义。
2)RTP/RTCP:
(real-TimeProcol/Real-TimeControlProtocol)RTP是IETF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Internet上视频会议的QoS。
RTP/RTCP协议见RFC1889和RFC1890。
另外,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-TimeStreamingProtocol)协议,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/s
G.72248~64kbit/s
GSM61013.3kbit/s
G.72816kbit/s
G.7235.3kbit/s或6.3kbit/s
G.7298或13kbit/s
H.323定义H.323终端必须支持G.711,IMTC的VoIP论坛建议将G.723.1定义为Internet电话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上背景噪声,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《RTPPayloadforDTMFDigits》草案,IMTC的VoIP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示等。
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信号通道一般在终端和Gatekeeper间建立,如果Gatekeeper不存在,那么就没有RAS通道。
一般地,两个通道终端间的H.323信息流如下图2-5所示:
图2-5H.323MessageFlow
7、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。
图2-6H.323CallSetup
8、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Internet目录服务;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Internet管理的一个非常重要的方面。
目前,Internet上流行许多种类的目录服务,(X.500,WHOIS++,LDAPNETFIND等等)。
IETF成立了两个工作组来进行目录服务的研究。
1)IDS(IntegratedDirectoryServece)。
2)ASID(Access,SearchigandIndcxingofDirectory)。
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Internet电话的一些主要的标准列出:
1)ITU-T(InternationalTelecommunicationUnion):
●ITU-TH.323:
VisualTelephoneSystemandEquipmentForLocalAreaNetworksWhichProvideANon-GuaranteedQualityofService.
●ITU-TH.245:
ControlofcommunicationsbetweenVisualTelephoneSystemsandTerminalEquipment.
●ITU-TH.225.0:
MediaStreamPacketizationandSynchronizationforVisualTelephoneSystemsonNon-GuaranteedQualityofServiceLANs.
●ITU-TT.120:
Transmissionprotocolsformultimediadata.
●ITU-TQ.931:
DigitalSubscriberSignalingSystemNo.1(DSS1)-ISDNUser-NetworkInterfaceLayer3SpecificationforBasicCallControl.
●ITU-TG.723:
DualRateSpeechCoderforMultimediaCommunicationsTransmissionAt5.3And6.3kbit/s.
●ITU-TG.729:
CodingofSpeechAt8kbit/sUsingConjugate-StructureAlgebraic-Code-ExcitedLinear-Prediction(CS-ACELP).
2)IETF(InternetEngineeringTaskForce)
●RFC1889:
RTP:
ATransportProtocolforReal-TimeApplications.Audio-VideoTransportWorkingGroup.
●RFC1890:
RTPProfileforAudioandVideoConferenceswithMinimalControl.
●RFC2205:
ResourceReSerVationProtocol(RSVP)–Version1FunctionalSpecification.
●RFC2206:
RSVPManagementInformationBaseusingSMIv2.
●RFC2207:
RSVPExtensionsforIPSECDataFlows.
●RFC2208:
ResourceReSerVationProtocol(RSVP)–Version1ApplicabilityStatementSomeGuidelinesonDeployment.
●RFC2209:
ResourceReSerVationProtocol(RSVP)–Version1MessageProcessingRules.
●RFC1777:
LightWeightDirectoryAccessProtocol.
●RFC1959:
AnLDAPURLFormat.
●RFC1823:
TheLDAPApplicationProgramInterface.
10、总结
以上简单介绍了以H.323为基础的Internet电话及音频、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、特定平台或电视机置顶盒中。
5)多点支持。
H.323支持三点或多点会议。
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(伸缩灵活)。
H.323提供了灵活的裁减方案,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、Internet电话参考资料:
1、组织:
●ITU-T(InternationalTelecommunicationUnion)
网址:
www.itu.int
●IETF(InternetEngineeringTaskForce)(ri.reston.va.us)
IETF成立了如下一些工作组用以研究VoiceOverNetwork(VON):
●IMTC(InternetMultimediaTelecoferencingConsortium)(
IMTC由几十家全球最主要的Internet、网络、软件和硬件厂商组成,IMTC专门成立了VoIP论坛,用以进行VON的研究,VoIP推出IA(ServiceInteroprabilityImplementationAgreement)建议,目前版本1.0,IMTC对Internet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:
InternationalTeleConferencingAssociation
IMA:
InternationalMultimediaAssociation
ETSI:
EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute
2、软件:
这里列出了1996年最好的10种InternetTelephony.(
1.VocalTecInternetPhone
2.TeleVox
3.NetMeeting
4.IntelInternetVideoPhone
5.CU-SeeMe
6.CoolTalk
7.WebPhone
8.Fr
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- IP 电话 原理