VOIP基本概念与技术讲解

VOIP基本概念与技术讲解SUC_JAMES转载整理一、VoIP基本概念(1)VOIP发展简史二、VoIP基本概念(2)VoIP的原理及技术三、VoIP基本概念(3)IP电话的国际标准化组织及相关标准四、VoIP基本概念(4)IP电话的五项基本原则五、VoIP基本概念(5)H.323协议简介六、VoIP基本概念(6)VoIP基本概念(6):MGCP协议分析七、VoIP基本概念(7)SIP协议概述八、VoIP基本概念(8)语音编码器九、VoIP基本概念(9)推动VoIP发展的动力十、VoIP基本概念(10)回声消除技术十一、VoIP基本概念(11)IP电话软件简要介绍VoIP基本概念(1)VOIP发展简史VOIP又称IP电话或IP网络电话，是VoiceOverIP的缩写，这种技术通过对语音信号进行编码数字化、压缩处理成压缩帧，然后转换为IP数据包在IP网络上进行传输，从而达到了在IP网络上进行语音通信的目的。IP电话极大的改进了网络带宽的利用率，大大降低了通信的费用，它的广泛应用也促进了宽带多媒体应用的发展。VoIP昀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。IP电话发展简史IP电话作为下一代电话而倍受瞩目的原因，是与通信业务经营者所传输的语音量和IP信息量比率有关。以因特网为代表的IP通信的信息量，现在以指数函数的方式增加。由于在全部信息传输量中，IP信息量占极高的比例，因此整个网络应适应于IP信息量，少量的语言信息量也应搭载在IP网上，这比起分别建立IP网和语音网要经济得多。正因为如此，IP电话技术将成为未来的电话技术。IP（InternetProtocol）电话是一种数字电话，是技术创新的一种通信服务业务。它把语音、压缩编码、打包分组、分配路由、存储交换、解包解压等交换处理在IP网或互联第1页共64页网上实现语音通信。它促进了网络资源利用，降低语音业务成本。因此在全球范围内得到了迅速的发展，可以说是当仿世界上发展昀快、普及昀快的一门应用服务技术之一，也是计算机网络界关注的热点之一。1.IP电话产生的背景（1）IP电话的产生Internet商业化以后，在全世界，特别是发达国家迅速发展起来。在一些国家（如美国）本地电话Internet接入采用包月制，不限时限量，因此Internet是近乎免费的（Free）的，人们都希望能通过这近乎免费的网络进行传统的电话和传真服务。1995年2月以色列VocalTec公司研制出可以通过Internet网打长途电话的软件产品InternetPhone。用户只要在多媒体PC机上安装该软件，就可以通过Internet网和任何地方安装同样软件的联机用户进行通话。这项技术上的突破引起全世界的瞩目，其背后的无限商机也使许多公司进行此项技术的研究，从而使IP电话技术得到迅速发展，人们把这种在Internet上实现电话业务称为Internet电话，应该说是IP电话的雏形。经过10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昀大的市场，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Internet。（2）IP电话迅速发展的背景，从昀初的Internet联应用到可以利普通电话实现通话，IP电话在短短的几年间得到了非常迅速的发展。IP电话为什么会在这样短的时间里引起全球电信界的关注，并且正在或将要对传统的通信方式产生巨大的冲击？这除了IP电话采用语音压缩和统计复用技术节约宽带从而造成运营成本降低外，还有以下两个原因：第一，电话业务历来都是各国管制昀为严格的业务，但对于IP电话各国大多采取宽容甚至是扶植的态度，如美国将IP电话归类为增值业务，从而不必承担长途电话公司所受的管制规定，这样IP电话提供长途电话业务时，不必向本地电话公司交纳占长途电话费40%左右的接入费。这样庞大的通信市场潜力，必然吸引众多传统和新型的电信公司加入到IP电话的研究、开发和经营的队伍中。第二，各国国际长途电话费存在着严重的不平衡性，且国际长途电话业务在很多国家都是垄断经营的。这样，国际话费低的国家电信运营者可以利用各国对IP电话的政策优惠，通过IP电话向国际话费高的国家渗透，直接或间接进入电信市场中尚未开放国家的国际长途业务经营领域；而资费高的国家可以降低IP电话同国际回叫业务争夺用户，同时开拓新的用户群；在国际电信业务垄断经营国家，新的电信或ISP运营者迫切希望进入这一高利润的垄断经营领域，IP电话的应运而生好正好为其提供了一条有效途径。2.IP电话发展阶段IP电话在技术上大致经历这样的几个阶段：第2页共64页（1）技术突破期（1995-1996）IP电话昀早是作为Internet上的联机应用出现的，那时只要通放双方拥有同样的客户端应用软件就可以在Internet上进行实时通话了，当然语音质量存在很多问题。昀早推出这种客户端软件的是以色列的VocalTec公司，他们在1995年2月宣布推出InternetPhone，可以说是现代IP电话的雏形。自从VocalTec推出了软件InternetPhone后，不少软件公司，包括很多在公司，都相继推出了类似的软件，比如微软的NetMeeting、IDT的Net2Phone、NetSpeak的WebPhone、英特尔的InternetVideoPhone等，用户只需在PC机上安装客户端软件，并配合麦克风、声卡、音响等设备，就可以在IP网上与同样安装了这些软硬件的用户通话了。由于当时这种应用只限于在Internet上使用，因此那时人们通常将这种应用称为Internet电话。这一时期，使用者大多数是Internet上的网迷，语音质量基本没有保证，技术还不完全成熟，人们对它的认识也比较稚嫩，我们也可以把这一时期IP电话发展的萌芽期。（2）发展期（1996-2004）逐渐地，电信公司开始认识到利用Internet实现语音业务的巨大潜在市场，他们开始考虑如何将Internet和已有的PSTN结合起来，从而更加广泛的普通电话用户提供业务。于是，用以连接Internet和PSTN的网关设备出现了，由于利用Internet代替传统的长途电话线路可以大大降低成本，许多产品制造商和业务商纷纷看好这一市场并开始制造设备和提供业务。可以说，这时IP电话进入快速的发展阶段。由于利用公司的Internet传输实时的语音存在很多不足，难以保证用户接受的语音质量，这对一项业务来说显然是不行的。因此很多业务商建立了专用的IP网或在Internet上构建VPN来提供语音业务，从而实现较好的语音质量，这时的IP电话也可以真正地称为IP电话了。（3）成熟期（2004~）也许再过几年，IP电话将步入成熟期，届时IP电话将具有以下特点：1）技术成熟。2）统一标准。3）全球网络实现互通。4）语音质量良好。5）大部份传统电信运营公司开始提供IP电话业务。6）向IP传输多媒体业务过渡。目前，IP电话正处于发展期，各个设备制造商纷纷推出IP电话网关产品，众多电信运营公司开始经营IP电话业务，IP电话正以强大的吸引力吸引着传统和新型的电信公司。回顾IP电话的发展历程，著名IP电话分析家JeffPulver做出了如下总结：·1995年是业余家之年。·1996年是IP电话客户端软件年。·1997年是IP电话网关（Gateway）年。·1998年是IP电话网守（Gatekeeper）年。·1999年是IP电话应用年。·2000～2003年是H.323年。·2004～2006是MGCP年。·2006～是SIP年。第3页共64页VoIP基本概念(2)VoIP的原理及技术通过因特网进行语音通信是一个非常复杂的系统工程，其应用面很广，因此涉及的技术也特别多，其中昀根本的技术是VoIP(VoiceoverIP)技术，可以说，因特网语音通信是VoIP技术的一个昀典型的、也是昀有前景的应用领域。因此在讨论用因特网进行语音通信之前，有必要首先分析VoIP的基本原理，以及VoIP中的相关技术问题。一、VoIP的基本传输过程传统的电话网是以电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为64kbit/s。而所谓的VoIP是以IP分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。为了在一个IP网络上传输语音信号，要求几个元素和功能。昀简单形式的网络由两个或多个具有VoIP功能的设备组成，这一设备通过一个IP网络连接。VoIP模型的基本结构图如图2-18所示。从图中可以发现VoIP设备是如何把语音信号转换为IP数据流，并把这些数据流转发到IP目的地，IP目的地又把它们转换回到语音信号。两者之音的网络必须支持IP传输，且可以是IP路由器和网络链路的任意组合。因此可以简单地将VoIP的传输过程分为下列几个阶段。图2-18VoIP的模型结构1、语音-数据转换第4页共64页语音信号是模拟波形，通过IP方式来传输语音，不管是实时应用业务还是非实时应用业务，道貌岸首先要对语音信号进行模拟数据转换，也就是对模拟语音信号进行8位或6位的量化，然后送入到缓冲存储区中，缓冲器的大小可以根据延迟和编码的要求选择。许多低比特率的编码器是采取以帧为单位进行编码。典型帧长为10~30ms。考虑传输过程中的代价，语间包通常由60、120或240ms的语音数据组成。数字化可以使用各种语音编码方案来实现，目前采用的语音编码标准主要有ITU-TG.711。源和目的地的语音编码器必须实现相同的算法，这样目的地的语音设备帮可以还原模拟语音信号。2、原数据到IP转换一旦语音信号进行数字编码，下一步就是对语音包以特定的帧长进行压缩编码。大部份的编码器都有特定的帧长，若一个编码器使用15ms的帧，则把从第一来的60ms的包分成4帧，并按顺序进行编码。每个帧合120个语音样点（抽样率为8kHz）。编码后，将4个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音添加包头、时标和其它信息后通过网络传送到另一端点。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接（一条线路），并在端点之间传输编码的信号。IP网络不像电路交换网络，它不形成连接，它要求把数据放在可变长的数据报或分组中，然后给每个数据报附带寻址和控制信息，并通过网络发送，一站一站地转发到目的地。3、传送在这个通道中，全部网络被看成一个从输入端接收语音包，然后在一定时间（t）内将其传送到网络输出端。t可以在某全范围内变化，反映了网络传输中的抖动。网络中的同间节点检查每个IP数据附带的寻址信息，并使用这个信息把该数据报转发到目的地路径上的下一站。网络链路可以是支持IP数据流的任何拓结构或访问方法。4、IP包-数据的转换目的地VoIP设备接收这个IP数据并开始处理。网络级提供一个可变长度的缓冲器，用来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多语音包，用户可以选择缓冲器的大小。小的缓冲器产生延迟较小，但不能调节大的抖动。其次，解码器将经编码的语音包解压缩后产生新的语音包，这个模块也可以按帧进行操作，完全和解码器的长度相同。若帧长度为15ms，，是60ms的语音包被分成4帧，然后它们被解码还原成60ms的语音数据流送入解码缓冲器。在数据报的处理过程中，去掉寻址和控制信息，保留原始的原数据，然后把这个原数据提供给解码器。5、数字语音转换为模拟语音播放驱动器将缓冲器中的语音样