1、1 of 39欢迎参加VoIP(Voice over IP)技术培训课程2 of 39v 课程概述1.电信发展史2.电路交换网3.ISO 七层通讯协议4.IP分组交换网络5.分组网络分析3 of 391.电信发展史操作控制 贝尔1876年2月14日申请电话专利 电话通过本地用户环连接到中心交换机 用户通过磁发电机给电话供电 接线员通过在操作面盘上插拔接头建立双方连接4 of 391.电信发展史机电交换 Almon Strowger 在1888年8月获得“步进制电话交换”专利 通过用户拨号识别被叫用户(431)，通过用户所拨号码控制交换电路的连接 通过每个数字控制一级的方式，逐级连接主叫用户和被
2、叫用户，直到通过整个交换矩阵1234123412345 of 391.电信发展史电路交换 20世纪60年代出现了基于微处理器的电路交换系统 采用微处理器控制模拟交换矩阵，通过连接交叉矩阵实现链路建立 更快的交换速度，高可靠，易维护，低成本 中继间通过SS7信令连接到 CCS(公共信道信令)DTMF拨号技术的引入提高了连接速度AB(A+B)uP地址总线地址总线时钟时钟数据总线数据总线6 of 391.电信发展史数字交换系统ts 1ts 2ts 3ts 4网络中传输的语音数字化话音信号被采样和量化采用时分复用（TDM）机制同时传输多路话音ISDN,综合业务数字网在20世纪80年代被引入 基本速率接
3、口（BRI）,2B+D 普通速率接口（PRI）,23B+D or 30B+2DB信道,64 Kbps 话音信道D信道,16或64 kbps信令信道 7 of 39负荷、分组报头和IP地址的压缩传送IBM公司于20世纪70年代开发的CSMA/CA和令牌协议使网络性能得到提升施乐公司的 CSMA/CD协议促进了以太网的发展并成为IEEE 802.1标准IP 网络是在用于军事的分布式分组通讯网络（ARPNET）基础上发展起来商业 IP LAN/WAN 迅速成长起来,以太网随处可见,数据业务已经逐渐超过语音业务 公司对数据业务的需求剧增 万维网的应用呈爆炸性增长1.电信发展史展望未来8 of 39根据
4、信号不同可分为以下模拟电话电路：用户环路,基本的FXS接口 基于中继或用户线连接 耳麦中继设备分析音频/脉冲信号话音和环路监控可用于其它的信令,如服务请求,告警,号码显示,释放等.MIC的话音通过馈电调制成电流信号,解调后的信号被送到扬声器.2.电路交换网络模拟电话PSTNNetworkFXS port(SubscriberInterface)BatteryFeedSwitchRing GeneratordialringerhandsetFXO port(PSTN OfficeInterface)TipTipRingRingSwitchHook-switch48V9 of 39T1最初设计为局
5、间的一级中继连接 E1 是和T1类似的欧洲标准话音数字化:按照Nyquist的8,000bps标准采样速率,并按照8bit进行量化,按照PCM编码.话音编码 T1U率,E1A率.PCM信号复用组帧:T1 在1.544 MHz 24时隙E1 在2.048 MHz 32时隙2.电路交换网络-PSTN、T1/E1、ISDNts 1ts 2ts 3ts 410 of 39线性编码,双极性信号有助于消除直流分量和确保和时钟提取和信号同步 -AMI-信号交替变换 每个信号码均交替变换一次 用于E1/T1 HDB3-高密度双极性3型码 每3个0插入1个1，输出时根据1的奇偶个数 用于E12.电路交换网络PS
6、TN、T1/E1、ISDN11 of 392.电路交换网络PSTN、T1/E1、ISDN按照帧的结构，需要区分时隙的开始和结束 D4,ESF 用于 T1 CRC4&NOCRC4用于 E1T1 的帧定时作为Bit193被加到帧的结束E1以时隙0作为一帧的起点E1用时隙16作为信令Simulate analog trunks Loop/Grd/E&MR2 信令用于呼叫控制和服务12 of 39ISDN PRI 使用T1/E1连接.ISDN 使用基于消息的信令CCS(公共信道信令)单独的分时时隙作为信令 T1:时隙24,E1:时隙16.2.电路交换网络PSTN、T1/E1、ISDN13 of 39国
7、际标准化组织制定的开放互连模型ISO标准七层协议在2个或多个实体之间定义相对应的功能层不同层之间的名称和功能如下：7应用层交互式语音(VoIP)6表示层编解码5会话层RTP，RTCP4传输层TCP，UDP3网络层IP2链路层以太网1物理层5类UTP3.七层通讯协议ISO标准七层协议14 of 39 VoIP 标准定义了每层消息和结构 OSI协议栈 用户应用按照从第七层协议到第一层协议的依次转换 接收端，数据是从第一层到第七层依次还原 常见VoIP标准:IEEE H.323 IETF SIP MGCP(Cable TV)Net2Phone 专有协议4.分组网络VoIP概念15 of 39定义物理
8、链路的共享和接入10/100M星型连接 LAN IEEE 802采用5类非屏蔽电缆全球唯一6字节MAC地址可以通过MAC层呼叫4.分组网络链路层16 of 39IP(因特网协议)和支撑它的低层协议相互独立IP分组包定义了IPv4头、源和目的地址、数据报内容IPv4包头包含20字节(5个32比特字):服务类型字节 包头和数据的总字节数 序号 分块标志和偏移 传输类型(TCP/UDP)CRC校验网络层路由协议4.分组网络网络层17 of 39传输层完成可靠性控制和其它路由特征VOIP基于TCP(传输控制协议)&UDP(用户数据报协议)TCP的可靠性是基于重传机制，它用于VoIP的呼叫信令UDP 基
9、于非可靠性传输，语音的实时传送使用UDP协议能取得较好的效果4.分组网络传输层18 of 39每个会话(呼叫或请求)携带唯一的IDRTP和RTCP会话统计接收请求和应用程序处理。例如，当延时太大时，应用程序能够修改编码类型呼叫(会话)控制信令消息:请求告警连接释放资源预留协议(RSVP),质量保证协议4.分组网络会话层19 of 394.分组网络表示层未来减少LAN/WAN带宽占用,采用以下几种编码方法：G.711,PCM编码,64 kbps G.726,ADPCM编码,16 to 32 kbps G.723.1,MP-MLQ/ACELP编码 5.3/6.4 kbps G.729A,CS-AC
10、ELP,8 kbps编码类型由“Capability”消息携带,也可以预先定义采用VAD(Voice Activity Detection)进行静音压缩，舒适噪声产生(Comfort Noise Generation).20 of 39交互式语音通讯:IP电话呼叫 办公传真 IP 电话会议 语音邮件 电子邮件传真4.分组网络应用层21 of 39 建立在“不可靠网络”通讯基础上的多媒体通信,采用基于IP的UDP协议 应用层控制协议 采用多个相关协议作为补充 H.225 呼叫信令-Q.931 H.245 呼叫控制 能力,介质,逻辑信道 H.235 安全协议 H.450 增值服务协议 呼叫转移 呼
11、叫保持 主叫显示 等等4.分组交换网络IEEE H.32322 of 39四个实体:网守网守区域控制器,RAS 信道(注册,状态,登记)网关网关连接两个协议独立的网络 终端终端(IP电话设备)用户接口设备 MCU(多点控制单元多点控制单元)会议控制和音频处理4.分组交换网络IEEE H.323InternetZoneGatewaysTerminalsGatekeeper W/MCUPSTNPSTN23 of 394.分组交换网络IEEE H.323架构 RTPG.711G.729G.723.1H.261H.263AudioAppsVideoAppsH.225.0CallsignalingTCP
12、UDP IPLink Layer 802.3RTCPH.225.0RASH.245ControlsignalingT.120DataTerminal control and managementH.323 Stack24 of 394.分组交换网络IEEE H.323 RAS 信道消息:发送请求到 GK并获取响应(证实/拒绝):GRQ-GCF/GRJ:GK接收到请求消息 RRQ-RCF/RRJ:端点注册请求、响应 URQ-UCF/URJ:端点释放请求、响应 LRQ-LCF/LRJ:端点登陆请求、响应 ARQ-ACF/ARJ:接入允许、拒绝 BRQ-BCF/BRJ:带宽请求、拒绝 DRQ-DCF
13、/DRJ:释放请求、响应 IRQ-IRR:消息请求、响应25 of 39网守必须提供:地址翻译接入控制域管理和带宽控制终端,网关,MCU注册以后必须受GK控制GK 可以在多级条件下管理呼叫:呼叫快速建立呼叫信令和控制模块GK呼叫信令和控制路由快速建立甚至直接建立呼叫4.分组交换网络IEEE H.32326 of 39 connect setup alerting4.分组交换网络IEEE H.323 media type capabilities RAS RAS audio codec27 of 394.分组交换网络IEEE H.323-Fast StartH.323 endpointH.323
14、 endpointGateKeepersetupARQACFARQACFalertingconnectend sessionend sessionRelease complete 端点获得GK的呼叫允许(ARQ/ACF).ARQ 消息携带目的点和介质类型直接启动呼叫 Setup消息包含介质类型和编码类型 后续消息(告警,连接)完成后打开语音信道 关闭语音信道(任一端点发起)去活连接,向GK返回空闲指示RAS=黑色H.225=蓝色蓝色H.245=绿色绿色AudioDRQDCFDRQDCF28 of 39SIP:建立在多媒体通信委员会 IETF的RFC-2543.基于文本的协议,类似于HTTP,S
15、IP URLs SIP:.底层独立,可靠连接(TCP)或不可靠连接(UDP),以分组或字节在网络中传输应用层采用客户机/服务器模式默认IP端口 5060SIP实体包含用户代理和代理服务器,注册,本地服务,重传服务呼叫由呼叫代理控制的按照一定的顺序独立的ID标示4.分组交换网络SIP(会话初始化协议)29 of 394.Packet Switched NetworksVoIP Protocols,SIP Protocol Architecture RTP/RTCPG.711G.729G.723.1H.261H.263AudioAppsVideoAppsUDP IPLink Layer,802.3
16、SDPTerminal control and managementSIP StackTCPSAP/Q.93130 of 39客户端请求:INVITE ACK CANCEL BYE OPTION REGISTER 4.分组交换网络SIP响应消息韩3个数字的状态吗:1xx 信息 2xx 成功 3xx 重定向 4xx 客户端错 5xx 服务器错 6xx 网络错 SIP消息:客户机到服务器“User Agent,Client”.服务器到客户机“User Agent,Server”.31 of 39用户代理 A,客户请求复位消息 INVITESDP(会话描述协议)定义介质类型,编码,兼容性等SDP消息
17、包括SIP INVITE或ACK消息用户呼叫代理B,服务器响应包含呼叫群受理,重定向,拒绝用户呼叫代理A,客户端在接受响应后发送ACKRTP会话(语音)建立任何一方用户代理通过BYE消息请求结束呼叫4.分组交换网络SIPINVITE+SDP200+SDPACKRTP/RTCPBYE200User Agent AUse r Agent BProxy32 of 39基于实现IP上的所有相关协议4.分组交换网络net2phone33 of 39IP 是一个“尽力而为”的网络,分组在经过路由器/交换机时可能被延时或丢弃集成(语音&数据)业务网必须支持 弹性应用,实时可接受应用和实时不可接受的应用交互式
18、语音RTI应用,时延 150 msec抖动延时 30 ms,网络拥塞和碰撞导致对时间敏感的语音业务包的损失 2%的包丢失将导致语音的质量难以接受5.分组网络分析QoS(服务质量)34 of 39两个QoS机制,预留带宽或包优先权分级(业务分组和排队).RSVP layer 4/5 带宽预留协议,PATH from sender&RESV request from receiver.层三的TOS指示不通的服务优先级：TOS字节编码:BEF(尽力)AF(确定)EF(畅通)IEEE的 802.1 p/Q,层二的优先级和队列,在以太网的分组包中携带TOS比特.5.分组网络分析QoS(服务质量)35 o
19、f 39 抖动(延时变化)需要缓冲对话音包进行重新排序 较长延时产生的回声导致语音质量恶化,G.168 回声抵消可以消除这一问题 编码,高压缩话音 较好的处理能力和时延,基于DSP处理器 723.1 时延 37.5 msec(30 msec 帧+7.5 msec查找同步)729A 时延 15 msec(10 msec帧+5 msec查找同步)UDP 分组w/voice负荷是短的,中继器和长线传输能造成碰撞,建议使用LAN交换机.带宽管理5.分组网络分析QoS(服务质量)36 of 39WAN的带宽要求能够根据编码和协议的不通满足语音业务的需要,带宽需求=(包头+负荷).负荷是编码的输出结果.G
20、.723.1 5.3/6.4 kbps30 msec frameG.711 64 kbps?5 msecG.729A 8 kbps10 msec frameIP/UDP/RTP 包头=40 字节,每帧30ms.1 帧/包 40*33.3=1332 Bps:10.656 kbps 3 帧/包 40*11.1=444 Bps:3.552 kbps 6 帧/包 40*5.55=222 Bps:1.776 kbps加上头和负荷,723.1 需要 17Kbps/帧.注意WAN通常是全双工的，LAN可能是半双工的.5.分组网络分析QoS(服务质量)37 of 39NAT(网络地址转换)服务解决公共IP地址
21、不足的问题NAT 通常和标准的VOIP协议不兼容.H.323 NAT 将内部的原数据包的IP地址和端口改成WAN的公有IP地址和端口 H.245和远端建立连接需要在同一个IP地址打开第二个端口.NAT不能在不同的端口上识别包并作为非法包予以丢弃.SIP 在建立话音通道时和NAT类似.5.分组网络分析其它特征38 of 39防火墙 阻止从WAN到LAN的访问 阻止从LAN的WAN的访问 通常对地址和端口使用允许或禁止选择表 允许访问已被定义的端口 IP地址能被允许双向访问 一些应用,如ftp,telenet等使用固定的端口.Call设置,拒绝或话音路径建立,对纯粹的VOIP设备满足最低安全要求.5.分组网络分析其它特征39 of 39谢谢！40 of 39演讲完毕，谢谢观看！
