当前位置：文档之家› 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’s Carriers Telecommunication Association）向美国联邦通信委员会（FCC，Federal Communication Commission）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V ocalTec（产品Internet Phone）、Third Planet Publishing Inc.（产品DigiPhone）、Internet Telephone（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Action Information Services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ITU H.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 （Multiparty Multimedia Session Control）工作组，IMTC成立了V oIP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，Multipoint Control Unit），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 Approval Date 1996

1990 1995 1995 1996 Network Non-Guarantee d bandwidth

packet switched networks

Narrowband Switched digital ISDN Broadband ISDN, ATM LAN Guaranteed

bandwidth packet

switched networks

PSTN or POTS, the analog phone system 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, AJM I.361,

PHY I.400 I. 400 & TCP/IP V .34 Modem

表2-1 Multimedia 在各种网络传输中的协议

T 1521200-9e

图2-1 H.323终端与其它网络互联图

N O T E – A g a te w a y m a y s u p p o r t o n e o r m o r e o f th e G S T N , N -IS D N a n d /o r B -IS D N c o n n e c tio n s. 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。

Video I/O equipment H.225.0Layer

Receive Path Delay Video Codec H.261, H.263Audio Codec G. 711, G .722G .723, G .728

G .729Audio I/O equipment User Data App.

T.120, etc. H.245 Control Call Control H.225.0RAS Control H.225.0Local Area Network Interface System Control

System Control User Interface

图2-2 H.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ISDN H.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)

PPP Access Server H.323 PC Terminal H.323 PC Terminal

图2-3 Internet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RAS Directory Server可以在一个服务器上，有时甚至可以和DNS Server合并。而上图的GateKeeper或RAS Directory Server也可包含MCU 的功能。

3、传输协议

在IETF的MMUSIC工作组的草案《The Internet Multimedia Conference Architecture》中定义的视讯会议的协议栈如下图2-4所示：

|<--- Conference Management --->|<--- Media Agents --->|

| | |

+-------------------------+------+--------+-+--------+------------+ +

| S D P | | Distr. | RTP / | Reliable | |

+-----+--+--+------+------+ +--+--------+----------+------------+--+

| UDP | T C P | | U D P |

+--------+----------------+---+--------------------------------------+

| IP + IP Multicast |

+--------------------------------------------------------------------+

| Integrated Services Forwarding |

+--------------------------------------------------------------------+ 图2-4 Internet Multimedia Conferencing protocol stacks

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：（Resource Reservation Protocol）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（Quality of Service）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-Time Procol/Real-Time Control Protocol) 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（Time Stamp），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-Time Streaming Protocol）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.711 64 kbit/s

G.722 48

kbit/s

GSM610 13.3 kbit/s

kbit/s

G.728 16

G.723 5.3 kbit/s或 6.3 kbit/s

G.729 8或13 kbit/s

H.323定义H.323终端必须支持G.711，IMTC的V oIP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V oIP 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A VT工作组提出了《RTP Payload for DTMF Digits》草案，IMTC的V oIP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2-5 H.323 Message Flow

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V oIP 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。

H.323 Terminal #2H.323

H.323 Terminal #1

图2-6 H.323 Call Setup

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++, LDAP NETFIND等等)。IETF成立了两个工作组来进行目录服务的研究。1) IDS(Integrated Directory Servece)。2) ASID (Access, Searchig and Indcxing of Directory)。IMTC的V oIP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 (International Telecommunication Union)：

ITU-T H.323: Visual Telephone System and Equipment For Local Area Networks Which Provide A Non-Guaranteed Quality of Service.

ITU-T H.245: Control of communications between Visual Telephone Systems and Terminal Equipment.

ITU-T H.225.0: Media Stream Packetization and Synchronization for Visual Telephone Systems on Non-Guaranteed Quality of Service LANs.

ITU-T T.120: Transmission protocols for multimedia data.

ITU-T Q.931: Digital Subscriber Signaling System No. 1 (DSS 1) - ISDN User-Network Interface Layer 3 Specification for Basic Call Control.

ITU-T G.723: Dual Rate Speech Coder for Multimedia Communications Transmission At 5.3 And 6.3 kbit/s.

ITU-T G.729: Coding of Speech At 8 kbit/s Using Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction(CS-ACELP).

2) IETF (Internet Engineering Task Force)

RFC 1889: RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications.

Audio-Video Transport Working Group.

RFC 1890: RTP Profile for Audio and Video Conferences with Minimal Control.

RFC 2205: Resource ReSerVation Protocol(RSVP) – Version 1 Functional Specification.

RFC 2206: RSVP Management Information Base using SMIv2.

RFC 2207: RSVP Extensions for IPSEC Data Flows.

RFC 2208: Resource ReSerVation Protocol(RSVP) – Version 1 Applicability Statement Some Guidelines on Deployment.

RFC 2209: Resource ReSerVation Protocol(RSVP) – Version 1 Message Processing Rules.

RFC 1777: LightWeight Directory Access Protocol.

RFC 1959: An LDAP URL Format.

RFC 1823: The LDAP Application Program Interface.

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 (International Telecommunication Union)

网址：www.itu.int

IETF (Internet Engineering Task Force) (https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,)

IETF成立了如下一些工作组用以研究V oice Over Network(VON):

IMTC (Internet Multimedia Telecoferencing Consortium) (https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,/imtc) 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V oIP论坛，用以进行VON的研究，V oIP推出IA(Service Interoprability Implementation Agreement)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: International TeleConferencing Association

Association

IMA: International Multimedia

ETSI: European Telecommunications Standards Institute

2、软件：

这里列出了1996年最好的10种Internet Telephony.(https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,/reports列出)

1. V ocalTec Internet Phone https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

2. TeleV ox https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

3. NetMeeting https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,/netmeeting

4. Intel Internet Video Phone https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

5. CU-SeeMe https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

6. CoolTalk https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

7. WebPhone https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

8. FreeTel https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

9. VDOPhone https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

10. N et2Phone https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

3、网关

1. V ocalTec https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,/telephon.htm

2. Micom V/IP https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,/press/VIPintro.html

3. Webcentric Communications h ttp://https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

4. Netspeak https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

5. AlphaNet Telecom (Unipost) h ttp://https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

6. Telet Communications https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

7. CallWare https://www.doczj.com/doc/f51367251.html,

Http://www.phonet.co.il

8. Phonet

Ltd.

四、Internet电话的展望：

在第一节已经提到，到2010年，Internet电话将占到国际长话业务的28%，有50%的美国家庭将接入Internet。Internet电话随着Internet的飞速发展而发展，我们可以这样表示：A + B = C（Access + Bandwidth = Communications Revolution，即访问人数、接入方式 + 带宽性能改善 = 通讯方式变革）。

Internet发展趋势如下：

1） ATM、IP Switch、千兆以太网、SDH光传输技术等的发展，使得Internet 的性能和容量大大增强，RSVP、RTP/RTCP等技术的引入使得多媒体

视讯会议的QoS得到保证。

2）硬件技术的发展快速，主干节点的路由器的路由速度将是现在的10倍或更高，并出现了纯IP的路由器，而价格只为传统路由器的1/3，服

务器的速度更快，容量更大。

3） Internet进入家庭，个人PC、NC、电视机置顶盒、WebTV、DVD、HDTV 技术使得Internet将象今天的电视机一样成为家庭必不可少的组成。

4） Internet上的贸易、金融、信息、服务应用广泛，ISP厂商将象今天的旅行社、商店、银行一样普及。

5）以上的一切使得Internet电话向可视电话、多媒体视讯会议、多媒体VOD、高保真话音、HDTV的方向发展。

AS8010上Internet 电话原理如图所示：当用户A想通过Internet拨打电话给用户B时，首先，该用户拨打一个特服号码到本地的AS8010上，等连通后然后拨用户B的电话号码，A端AS8010则根据该电话号码查找出和用户B相连

的B端的AS8010的IP地址，然后通过Internet与B端的AS8010建立呼叫连接，然后告诉B端AS8010用户B的电话号码，B端AS8010则根据此号码呼叫电话用户B，如果B摘机则电话接通，B端AS8010就通知A端的AS8010，这样整个电话就接通了。通话时，A端的AS8010将用户A的声音压缩成G.729流并打成IP 包，然后通过实时传输协议RTP传送到B端AS8010，B端AS8010则将此包解开并解压缩成音频流传给用户B。反之亦然。

国内尚无此类产品问世。国外还没有和Access Server结合在一起的产品问世，但有单独的称为网关的产品问世，代表性产品有Micom公司的V/IP网关和V ocaltec公司的Internet Phone网关。Micom公司的V/IP网关采用PC插卡的形式，它提供了模拟电话接口/数字接口（E1或T1），每块卡可处理4路语音，话音压缩采用G.729标准。另外，CISCO在它的3600路由器中加入了模拟话音接口。

发展趋势：1、由于将来的Internet电话业务可能由ISP提供，因此应该向高容量、一体化（即路由器或接入服务器本身就带有Internet电话）方向发展。