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第16章IP电话技术第16章IP电话技术16.1IP电话概述16.2IP电话基本工作原理16.3IP电话的相关技术标准16.4IP电话的服务质量及发展前景16.5小资料——传真机的发明第16章IP电话技术16.1IP电话概述简单地说，所谓IP电话，就是利用计算机互联网进行的一种语音传输业务，或者更通俗形象地说，IP电话就是网络电话。其最大的特点就是比我们所熟悉的普通电话便宜，换句话说，IP电话在通信经济性方面为人们提供了一个不错的选择。1995年2月，以色列的VocalTec公司推出了客户端Internet电话软件──InternetPhone，率先成功地将IP电话推向市场，此后，IP电话便在全球范围得到迅速发展。16.1IP电话概述第16章IP电话技术IP电话（IPPhone）是利用IP网（互联网）进行的一种通信服务。最初它是在Internet上实现的，因此通常有人称它为Internet电话。IPPhone和VoIP（VoiceoverInternetProtocal）的称法，其实都是一个意思。不过，“IP电话”是现在使用最广、最科学的提法。IP电话具有以下特点：（1）产品采用统一的标准，全球网络实现互通。（2）话音质量近似于现有电话的质量。（3）大部分传统的电话运营公司提供IP电话业务。IP电话与公共电话网（PSTN，PublicSwitchedTelephoneNetwork）的电话成犄角之势，甚至有人估计可能在适当的时候取代PSTN电话。第16章IP电话技术16.2IP电话基本工作原理IP电话是利用Internet作为传输媒体实现计算机与计算机、普通电话与普通电话、计算机与普通电话之间进行语音通信的一种技术。第16章IP电话技术IP电话的原理是采用VoiceoverIP技术，先将PSTN电话传来的模拟话音转换为数字信号，经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TCP／IP标准进行打包，通过TCP/IP协议网络（包括Internet、Intranet、ATM、帧中继等）和其他种类的数据包（如数据、Email、视频、图片等）一同传送，在收信端重组这些语音数据包、再经解压、解码，转换为正常的实时语音，通过PSTN送到最终接收方。简言之，IP电话是一种数字型电话，其工作流程示意图如图16－1所示。第16章IP电话技术图16－1IP电话工作流程示意图第16章IP电话技术16.2.1IP电话的系统组成（1）终端设备是指IP电话的客户终端，可以是软件（如Microsoft的Netmeeting）或硬件（如电话机），它们直接连接在IP网上进行实时语音和多媒体通信。（2）网关是一台专门的机器运行编码软件用于控制语音呼叫的打包、压缩和解压缩。它具备与PSTN或者PBX相连的电路接口，以及配有与LAN相连的网络接口卡。此外还有专门的软件负责进程管理，网关与网关、网关与网闸（关守）之间的通信。网关应具有下列功能：第16章IP电话技术图16－2IP电话系统结构第16章IP电话技术①具有IP网络接口和与PSTN/ISDN/PBX交换机互连的接口；②完成实时语音压缩，将64kb/s的语音信号压缩成低码率语音信号；③完成寻址和呼叫控制。第16章IP电话技术网关通过模拟一个典型的电话网来“欺骗”PBX。当用户拨完号码开始呼叫时，信号被送到PBX，PBX将信息送到本地网关。本地网关查表得到远端网关的IP地址，两个网关建立一个连接，而接收端的网关请求当地的PBX来完成这个呼叫，然后电话振铃，受话方摘机。随着电话接通，开始发话的网关将来话流量送入编码系统编码之后将这些包通过Intranet或者Internet发送到接收的网关，接收的网关执行逆向的过程，重新排列并解压、封包，再将它们传送到接收者那里。第16章IP电话技术网关具有路由管理功能，完成寻址和呼叫控制。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，数据接续处理软件将完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。在用户拨打长途电话时，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，减少传输时延，IP数据包经Internet到达目的地的网关。在一些Internet尚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。第16章IP电话技术因此，网关是通过IP网络提供电话到电话、PC到电话的话音通信核心与关键设备，是IP网络与PSTN/ISDN/PBX网络之间的接口设备。电话进入Internet前是模拟信号，不能直接在Internet中传输，因此必须经过话音网关转换，将模拟信号转换成数字信号，然后压缩、打包，最终转变成适合Internet传输的IP报文数据；在接收端，话音网关则完成逆过程。网关可同时接入和转出电话语音信号，实现全双工通信。第16章IP电话技术决定IP电话质量的主要因素是时延和语音质量。时延指传输延时，它影响电话交谈的节奏。较长的时延会产生很强的回波，使网关回波消除电路的功能复杂化。目前，IP长途电话时延为235ms。但随着Internet数据信道的改善，IP电话数据包的传送延时和缓存延时将逐渐减少，将来总时延会减小到100ms左右。一般情况下，用户可接受的时延为250ms。语音质量指接收端合成语音的可懂度、自然度和清晰度，它反映了语音数据包所包括的内容，以及语音受干扰的程度。语音质量受两个因素的影响：采用低比特率语音编码器和语音分组丢失，造成的语音质量失真；长时延产生的会话动态损伤。此外，由于Internet传输信道不能保证传输质量，通常在语音质量和时延之间有一个折中的办法。为提高语音质量，可适当增加时延来等待网络中慢的数据包，但较大的时延又会给用户造成不便。第16章IP电话技术(3)MCU使IP电话在IP网络中可实现多点通信，支持如网络会议的多点应用。(4)网闸又称网络管理者或关守，负责用户的注册和管理。网闸主要完成的功能如下：①地址映射。将电话网的E.164地址映射成相应网关的IP地址。②呼叫验证和管理。对接入用户的身份进行认证，防止非法用户接入。③呼叫记录。使运营商有详细的数据进行收费。④区域管理。多个网关可由一个网闸来管理。需要说明的是，由于Internet采用分组交换技术，它不可能提供实时通信，所以，IP电话也不可能提供像线路交换那样真正的实时通信，它的实时性是相对的。第16章IP电话技术16.2.2IP电话的实现方式1.PC到PCPC到PC是PC电话最早、也是目前最容易实现的一种方式，它相当于一种联机应用，用户使用专用客户端IP电话软件，再配备麦克风、音箱、声卡等设备就可通过IP网实现这种应用。第16章IP电话技术2.电话到电话电话到电话是IP电话最主要的应用方式，IP电话市场收入的主要来源。这种应用需要通过网关将PSTN与IP网连接，网关的功能和质量至关重要。3.PC到电话PC到电话属于IP电话的附加应用，主要是为满足不同用户的需求，吸引更多用户而开展的。它需要客户端软件和网关双方的支持。第16章IP电话技术4.电话到PC电话到PC也属于IP电话附加的应用。但这种应用自身存在一些缺陷，开展较困难。主要是通话前要进行预约，而且预约非常不方便。本地网关与PC机上的应用软件之间互5.通过Web网页连接呼叫中心通过Web网页连接呼叫中心的实现方式是在Web网页上建立一个与电话中心连接的图标，用户只需点击这个图标就可以通过Internet连接到呼叫中心并实现通话。这种方式对那些有服务中心、技术支持和产品介绍的公司和企业来说非常有用，它加强了用户与企业之间的联系。第16章IP电话技术6.传真机到传真机IP电话网关通常还带有传真功能，网关可以辨别呼叫是电话还是传真从而分别处理。对于IP电话的业务商来说，IP传真已成为一项非常重要的收入来源。第16章IP电话技术16.3IP电话的相关技术标准1.国际标准化组织IP电话的国际标准化组织主要有：ITU－T（国际电信联盟标准化部门）、ETSI（欧洲电信标准协会）、IETF（Internet工程任务组）和IMTC（多媒体远程会议集团）。ITU－TSG16研究组：主要从事多媒体终端和安全问题的研究，它主要的工作就是制定H.323系列建议。第16章IP电话技术ETSITIPHON工程组：主要任务是规定一套业务互操作性要求，确定接口和功能方面的体系结构，对呼叫控制程序、E.164地址与IP地址之间的转换，同时规定计费和安全方面的问题。目的是向各类网络运营者提供面向业务的解决方案，其工作基于H.323和现有电路交换网标准。IETF：制定新的信令协议，包括会话初始协议（SIP）、Internet和PSTN的网络互通。其IPTEL工作组负责制定相关协议和框架文件，包括呼叫处理语法等。该工作组还写出了一些业务模型文件，描述由呼叫处理语法实现的业务，并讨论语法的使用方法。第16章IP电话技术IMTC：由来自北美、欧洲和亚太地区的150多个成员组成，旨在建立开放的国际标准，推动交互式多媒体远程会议解决方案的应用和实现。其VoIP论坛会不定期地进行一些活动来制定标准，促进IP电话业务。第16章IP电话技术2.IP电话技术的协议和标准IP电话技术的协议主要分为H.323协议和SIP协议两大类，二者的主要区别在呼叫建立和控制方面。目前IP网络上承载实时业务（话音、视频等）的方式并无不同，均是利用了源自IETF的RTP协议。SIP比H.323协议简单、灵活，但尚处于IETF的标准化阶段，支持厂家很少。ITU－T于1996年11月通过了H.323标准，目的是使得不同厂商的IP电话产品之间有良好的互连性。H.323标准描述了IP电话系统的基本构成和各部分功能，它支持点对点通信及在MCU支持下的多点通信协议。下面详细地介绍一下几种IP电话技术的协议和标准。第16章IP电话技术（1）H.323协议。为使各厂家的IP电话能够相互通信，相应的国际标准应运而生。在Intel和Microsoft公司的倡导下，由ITU推荐的H.323协议作为IP电话的基础协议。目前许多公司已向H.323标准靠拢，它们的产品均支持H.323协议。我国也采用H.232标准作为IP电话的国内标准。[JP]H.323协议是ITU多媒体通信协议族H.32x中的1个，它提供了窄带可视电话的技术要求，包括基于X.25网络的语音、视频、数据和控制等协议。H.323协议支持点到点通信和点到多点通信。第16章IP电话技术H.323不支持呼叫转移，多点间通信过程复杂。采用H.323协议的用户，只有先与MCU（多点控制单元）连接，才能进行多点通信，并且进行多点通信的用户数上限受限制。此外，端到端传送DTMF（DTMF信号不容易被编码、打包、拆包和解码）信号的协议以及PSTN到Internet的用户呼叫等问题也未解决。第16章IP电话技术（2）VoIP论坛的协议。针对H.323协议的不足，一些大公司如Cisco、MicrosoftDialogic等成立了VoIP（VoiceoverInternetProtocal）论坛。VoIP立足于现有的H.32x协议系列和电路交换网协议，并对它们进行完善。H.32x协议的目标是规定和发展基于开放性和一致性的通信规则，用于保证IP协议数据网上的，无缝电话通信设备间的互操作性和服务质量。第16章IP电话技术（3）SIP协议。H.323协议提供了窄带多媒体通信所需要的所有子协议，但它的控制协议非常复杂。而SIP协议只是简单的呼叫控制协议，仅提供了呼叫的建立、控制和拆除等功能。SIP协议工作在应用层上，可采用TCP或UDP作为其传输协议。由于SIP协议仅用于初始化呼叫，不涉及数据传输过程，因而造成的附加传输代价远远小于H.323协议。SIP协议是一种基于文本的协议，它由SIP规则资源定位语言描述，可嵌入Web网页或其他超文本链接中，用户只需用鼠标一点就可发出一个呼叫。SIP协议提供了其他协议类似的服务，但其更简单、扩充性好，适合大规模应用，SIP协