摘要 當今VoIP技術正在世界范圍內迅速替代傳統(tǒng)的固話語音技術，本文從VoIP應用形式、簡單的呼叫模型、主要的VoIP協(xié)議、技術發(fā)展歷程等方面進行介紹，全面展示VoIP技術的現(xiàn)狀。
VoIP（網絡電話）是指將模擬的聲音訊號經壓縮與封包后，以數據封包的形式在IP網絡環(huán)境中進行語音訊號的傳輸。
目前，國外很多基于互聯(lián)網運營的VoIP電話系統(tǒng)都已取得成功，其巨大的市場潛力也吸引了眾多國際著名廠商，力圖在VoIP網絡電話市場搶占先機�，F(xiàn)以H.323協(xié)議為模型，對VoIP系統(tǒng)的原理進行簡單說明。
1、典型的VoIP網絡構成及呼叫過程
（1）網絡構成
VoIP網絡主要由主、被叫接入終端；主叫網關、網守；被叫網關、網守組成，如圖1所示。
圖1 VoIP系統(tǒng)結構（以H.323協(xié)議為模型）
①網關的主要功能是實現(xiàn)PSTN網到IP網的轉換，包括ISDN信令處理、H.323協(xié)議功能、語音編解碼和路由協(xié)議處理功能等。對外分別提供與PSTN網連接的中繼接口以及和IP網絡連接的接口。很多網關都支持PPP/PPPOE廣域網接入功能，并支持基于WEB的管理方式和具有內建的IP路由、NAT、NAT穿透功能，且很多網關也提供FXS接口，可直接接入普通電話。另外，若主叫本身就是網絡電話類的智能終端，一般也都提供支持PP-POE接入的能力，則不再需要源網關。
②網守的主要功能是用戶認證、地址解析、帶寬管理、路由管理、安全管理和區(qū)域管理。
（2）呼叫過程
呼叫由PSTN發(fā)起，通過中繼接口接入到網關，也可能是網關直接連接的普通電話發(fā)起。網關獲得用戶希望呼叫的被叫號碼后，向網守發(fā)出接入請求，申請地址解析，網守根據被叫號碼查找被叫網關的IP地址，并根據網絡資源情況來判斷是否應該建立連接，若可建立連接，則將被叫網關的IP地址通知給主叫網關。主叫網關在得到被叫網關的IP地址后，通過IP網絡與對方網關建立起呼叫連接，被叫側網關向PSTN網絡發(fā)起呼叫并由交換機向被叫用戶振鈴。被叫摘機后，被叫側網關和交換機之間的話音通道被連通。
在以上過程中，若無網守，網關也可單獨組網，因為網關本身可配置號碼路由，自身完成選路功能。但該路由表容量有限，且這種方式維護比較困難，因此只適合于網關數目較少的情況，以節(jié)省網守的成本。網守是管理設備，一般網關規(guī)模數在15-20個以上時建議使用網守，便于網絡管理維護以及網絡擴容。此外，當網關使用撥號方式接入，其IP地址是動態(tài)申請的，也必須使用網守，因為網關配置號碼路由必須配置靜態(tài)IP地址，而通過網關向網守動態(tài)注冊IP地址，可由網守完成呼叫選路。
2、VoIP應用形式
VoIP的應用形式豐富，目前主要是以下幾種：
（1）PCTOPHONE
PCTOPHONE就是主叫方是PC終端上網，利用VoIP語音軟件進行通話，被叫方是普通電話用戶。這種應用形式在國外相當流行，代表軟件有Net2Phone、VoxBar、Skype等。其特點是發(fā)話端是互聯(lián)網用戶，受話端是PSTN電話用戶，即“INTERNET+PSTN”形式。需要說明的是，目前已出現(xiàn)了很多功能很好的網絡電話機，電話機本身即提供PPPOE撥號功能、配置靜態(tài)IP地址功能和動態(tài)獲得IP地址功能。只要接入INTERNET就可以打電話，這種情況也還算此類應用范疇。
（2）PHONETOPHONE
PHONETOPHONE就是主、被叫方均為PSTN電話用戶，主叫用戶需撥打短號碼并進行卡號和密碼認證。這種應用形式出現(xiàn)較早，當前各大電信運營商都提供此類服務，如IP電話卡等。特點是發(fā)、受話端均是PSTN電話用戶，在主、被叫端之間經有IP網絡（既可是專用IP網也可是互聯(lián)網），即“PSTN+IP網絡+PSTN”形式。
（3）PCTOPC
PCTOPC就是主、被叫方均為PC終端上網，利用即時通訊軟件的語音功能進行語音通話。代表軟件有QQ、MSN、ICQ、Skype等。
（4）企業(yè)用戶的應用方式
當總部城市A的員工需要撥叫企業(yè)分部城市B的本地電話時，總部語音網關首先將呼叫轉移到分部城市B的語音網關，再由分部城市B網關通過連接在其上的本地PSTN通路發(fā)起對被叫方的呼叫。也就是說，若企業(yè)所在地安裝了VoIP語音網關設備，全國范圍內，只要在有分支機構的城市，企業(yè)中的任何一人需要給企業(yè)有分支機構的任何城市用戶打電話，企業(yè)所要付出的只是當地的電話費。
我國現(xiàn)有很多擁有自己專網的行業(yè)和較多分支機構的大企業(yè)，如金融、能源、政府機構、跨國公司等，利用電信運營商提供的DDN、幀中繼、ATM等網絡組網或通過INTERNET建造自己的IPVPN網絡實現(xiàn)內部通話。它們目前也正是中國VoIP市場的主力，已擁有一套運營級的VoIP網絡。
3、VoIP協(xié)議介紹
語音通信仍是電信運營商的主要業(yè)務，只有通過為用戶提供更個性化、更多樣的業(yè)務，才能創(chuàng)造新的業(yè)務增長點，為企業(yè)創(chuàng)造更多利潤。本著技術服務于市場的原則，下一代VoIP的發(fā)展方向需按業(yè)務個性化和多樣性的特點發(fā)展。選擇什么技術，應具備怎樣的特點，是運營者必須關注的重點。目前，可用來實現(xiàn)VoIP的協(xié)議有H.323、SIP、H.248、MGCP、P2P類語音協(xié)議等。
（1）H.323協(xié)議簇
國內早期運營商的VoIP網絡幾乎全部基于H.323協(xié)議集構建的。H.323協(xié)議集是ITU-T為基于分組交換網絡而開發(fā)的多媒體通信系統(tǒng)。呼叫控制是其中的重要組成部分，可用以建立點到點的媒體會話和多點間媒體會議，主要應用于視頻會議系統(tǒng)。它并不是一個獨立的協(xié)議，而是由多種協(xié)議組成，包括H.225、H.245、RTP、RTCP等。H.323定義了4個主要部件構筑基于網絡的通信系統(tǒng)：終端、網關、網守、多點控制單元（MCU）。
H.323定義了介于電路交換網和分組交換網之間的H.323網關、用于地址翻譯和訪問控制的網守、以及后臺認證、計費等支撐系統(tǒng)組成。在VoIP系統(tǒng)中，沒涉及H.323協(xié)議的多點會議控制功能部分功能。網關是完成協(xié)議轉換和媒體編解碼的主要設備，而網守則是完成網關之間的路由交換、用戶認證和計費的控制層設備。H.323協(xié)議集的設計本身就是從電信級網絡的角度出發(fā)的，易于構建大規(guī)模網絡，網絡的可運營、可管理性及不同廠商設備之間的互通性較好。H.323在分組網絡上模擬了PSTN的結構，本身也是分層、主從、集中式的控制方式。
（2）SIP協(xié)議
SIP（初始會話協(xié)議）是IETFSIP工作組提出的基于文本編碼的IP電話/多媒體會議應用層控制協(xié)議。用于建立、修改并終止多媒體會話。SIP協(xié)議還可用于發(fā)起會話或邀請成員加入已用其他方式建立的會話。
自3GPP在Release5的IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）中宣布以SIP為核心協(xié)議，及ETSI在其NGN體系中采用IMS以來，SIP協(xié)議就成為關注熱點。最初只有國外的小廠商將SIP協(xié)議開發(fā)和使用在企業(yè)的小型網絡中，以提供電話業(yè)務。第二版本發(fā)布后，SIP協(xié)議得到了更廣泛的應用，基于該協(xié)議開發(fā)的系統(tǒng)，用戶終端無論在何處接入互聯(lián)網，都可通過域名找到其歸屬的服務器，以進行語音和視頻通信。
SIP協(xié)議的特點如下：
①既可支持點到點的話音通信或視頻通信，也可支持多點參與的話音或視頻會議等。
②透明地支持名字映射和重定向服務，便于實現(xiàn)ISDN，智能網及個人移動業(yè)務。
③可用MCU或全互聯(lián)的方式代替組播發(fā)起多方呼叫，與PSTN相連的IP電話網關也可用SIP協(xié)議來建立普通電話用戶之間的呼叫。
④采用基于文本的UTF-8編碼方式和ISO10646字符集，易于實現(xiàn)，易于調試、靈活和擴展性好。這種方式理解容易、實現(xiàn)簡單，方便設備商的產品開發(fā)。
⑤對個人移動業(yè)務提供了很好的支持。對主叫發(fā)出的請求，被叫可以重定向到多個點位，這些點位可以是任意一個URL，并且電話類型（移動、固定）、應用類型（商用、家用）和被叫優(yōu)先級列表等附加信息將被傳回主叫方，這使得主叫方可以靈活地選擇與哪一個點位通話。
⑥采用Client/Server結構的消息機制，將UA分為兩個部分：呼叫方發(fā)出邀請（或呼叫）；被叫方接受或拒絕邀請（或呼叫）。這種Client/Server的關系不固定，其工作方式對等，當A向B發(fā)送請求消息時，A作為Client，B作為Server。反之，當B向A發(fā)起請求時，它們之間的Client-Server關系又相反。
⑦低層協(xié)議可為SIP協(xié)議層提供可靠或非可靠業(yè)務，也可為分組或字節(jié)流業(yè)務。Internet環(huán)境下，SIP協(xié)議層可使用UDP協(xié)議或TCP協(xié)議，它首選UDP協(xié)議，當不能使用UDP協(xié)議時，使用TCP協(xié)議。
⑧SIP協(xié)議的可擴展性主要體現(xiàn)在：不可識別的頭域可以忽略；用戶可指示SIP服務器必須理解的消息內容；新的頭域容易引入；狀態(tài)碼采用分層編碼方式進行編碼。
可見，SIP協(xié)議沿用了計算機網絡設計的思想。協(xié)議設計靈活，可很方便地開展新業(yè)務。SIP協(xié)議完全傳承了Internet的特點，終端高度智能化，網絡結構相對簡單。智能化有很多智能化的優(yōu)點：開發(fā)眾多業(yè)務、進行呼叫控制和信令處理、使網絡控制簡單；但終端智能化也存在缺點：成本高、使用相對復雜、網絡控制簡單的代價是網絡本身不可靠性。
（3）Skype協(xié)議
盧森堡Skype網絡電話公司開發(fā)了一種集語音和IM功能于一體私有P2P應用協(xié)議，又因其在國外提供了廉價的網絡電話服務，語音通話質量較好、使用方便，所以它一出現(xiàn)便廣為流傳，業(yè)務增長迅速，受到業(yè)界的普遍關注。從技術上講，Skype使用P2P原理傳輸語音，能夠輕松通過NAT/防火墻，采用的語音編解碼算法具有較高的效率，使用安全性極高的私有加密方法對端到端語音信息加密。
Skype以P2P的方式提供四類服務：“PCTOPC”；“PCTO PHONE”；“PHONE TO PC”；“語音信箱”。Skype網絡結構是一個由普通主機和超級節(jié)點、Skype登陸服務器組成。
一個Skype客戶端通過監(jiān)聽特殊的端口來接受打入電話，維護一個稱作主機緩存的節(jié)點表。所謂得主機緩存就是一個超級節(jié)點和其開放端口，被定期刷新的列表。使用多種方式的語音編碼方式，在本機保留一個好友列表，對信息進行端到端的加密。當Skype客戶端被執(zhí)行后，首先要判斷出是否自己在NAT設備，若在，則按不同方式去應對NAT連接造成的問題，Skype客戶依據主機緩存地址和端口發(fā)送UDP包到超級節(jié)點。若UDP包被NAT設備限制，則轉而使用TCP協(xié)議跨過NAT設備，若采用端口連接無效，就試圖分別采取80端口（HTTP端口）和443端口（HTTPS端口）躲過防火墻的干預。Skype被人稱道的是其使用AES算法對每個電話和即時信息使用256bit加密，使用1536bit～2048bit RSA去協(xié)商對稱AES密鑰。用戶的公鑰在進行登陸服務認證時鑒定。
Skype使用其全局索引技術來搜索Skype用戶，并宣稱這種技術是分布式的，若用戶存在且在最近72小時登陸過，就保證能夠查找到。
Skype語音信令使用TCP協(xié)議來傳輸，宣稱其通信占用帶寬只有3Kbit/s～16Kbit/s。不同的主、被叫用戶的位置情況不同，Skype采用的技術方式也不同，分為：
①主、被叫用戶都使用公網IP地址，信令使用TCP方式連接，媒體流使用UDP方式。
②主叫用戶在端口受限的NAT設備后，接收者是一個公網IP用戶，通過已在線的公網的其他Skype節(jié)點，以TCP方式轉發(fā)信令、媒體流，轉發(fā)信令，以UDP方式轉發(fā)媒體流。
③主、被叫用戶都在端口受限的NAT設備后，則通過已在線的公網其他Skype節(jié)點，以TCP方式來轉發(fā)信令、媒體流。
由于其隨機連接其他Skype節(jié)點，使用隨機IP地址和端口連接Skype網絡，有時還使用知名端口（80或443）跳過防火墻聯(lián)接，因此鑒別Skype流量是很困難的。
（4）H.248和MGCP協(xié)議
H.248和MGCP不能成為獨立的VoIP協(xié)議，只是軟交換的網絡中的一種承載控制協(xié)議，一種主從協(xié)議。所謂軟交換，其核心思想是控制、承載和業(yè)務分離，采用軟交換做控制，不同媒體網關做媒體處理來提供話音、數據、視訊等多媒體業(yè)務的實現(xiàn)方式。其核心協(xié)議是ITU-T制定的H.248和IETF制定的MGCP。
MGCP是為媒介網關和語音IP終端設備提供信令和呼叫控制的主從設備控制協(xié)議（MGC控制MG），是簡單網關控制協(xié)議和IP設備控制規(guī)范的結合。H.248/MeGaCo是MGCP的后繼協(xié)議和最終替代者，但協(xié)議概念完全不同，隨NGN的不斷發(fā)展，MGC與MG之間的媒體控制協(xié)議將逐步統(tǒng)一到H.248。
4、結束語
目前，VoIP技術還處在關鍵的發(fā)展階段，并正迅速地向下一代VoIP技術演化�，F(xiàn)階段，以軟交換為基礎的NGN網絡技術得到業(yè)界的廣泛關注，因此軟交換的技術能夠實現(xiàn)很多基于IP電話的補充和增值業(yè)務，發(fā)揮好這種技術優(yōu)勢，大力開發(fā)增值業(yè)務，才是這一階段的核心價值。而如何整合數據網絡、融合移動業(yè)務則是下一階段的技術核心問題，運營商將在IPDiffServe、MPLS、SIP等技術方面進行大量研究實踐為下一步發(fā)展做好技術儲備。
運營商目前大部分的長途VoIP網、NGN網絡等都建設在專用通信網上。IP地址、安全、服務質量這樣的問題并不突出。專網的方式只是一個過渡方式，隨著三網融合的趨勢，IP電話必然要融入到公共IP網當中。無論是長途網還是本地網，這些問題都必須解決。語音網絡將變得越來越具有開放性、豐富性，而不僅僅是從電路交換域變?yōu)镮P交換域。而在享受VoIP技術帶來豐富、廉價的同時，如何從政策、技術等層面更好的控制引導便成為VoIP技術發(fā)展中應把握的重點。
來源：酷網學院
