协议ip电话协议及其比较

IP电话协议及其比较

一、 IP电话业务发展现状

所谓IP电话是指主要以Internet作为传输媒介的一种新型电话系统。实际上是一种数字电话。从l995年提出到现在时间虽然不长但它的发展却非常迅速原因就是它的物美价廉。

从1999年4月开通IP电话试验网到l999年的9个月中 IP电话话务量总计达到10387万分钟。 2000年4月中国IP电话开始正式运营截止到2000年底 IP电话业务量增长到307492万分钟。 2O00年IP电话占国内长途比例达到4 3、港澳台电话比例达到5 4。 IP电话国际长途通话时长已经占到话务量的20 已经大量分流了中国国际话务量。

二、 IP电话的组成

IP电话系统一般由以下几部分组成终端、 IP电话网关、关守、 网管与监控系统、计费系统和数据库等。

IP电话的终端可以有多种类型其中包括传统的语音电话、 ISDN终端、 PC也可以是集语音、数据和图象于一体的多媒体业务终端。由于不同种类终端产生的数据在结构上是不同的要想在同一个网络上传输就要通过网关或适配器进行数据转换形成统一的IP数据包。

IP电话网关负责提供IP网络和传统PSTN的接口。 网关可以支持各种电话线路包括模拟电话线、数字电话线和数字中继线并提供语音编码压缩、呼叫控制、信令转换、动态路由计算等功能。 目标搜索、连接管理、 IP分组的封装与传输、支持高级信令、认证授权、接入、计费也是其功能。

关守是整个系统的服务平台负责系统的管理配置和维护充当整个IP电话网的“控制板” 。关守的主要功能包括IP电话网关的地址变换、用户认证、带宽控制和区域管理。此外关守还提供呼叫管理、记帐、类似目录服务等功能这些服务对那些在IP网络上安装多个电话网关的系统来说十分关键。关守在所管辖的区域范围内管理所有的IP电话网关并对IP电话网关发来的查询以适当的IP电话网关的IP地址回答。

网管与监控系统是为网络管理人员提供的管理工具用于实现对IP电话网络体系中各种组件的管理和监控工作。它提供良好的用户界面使网关人员可以方便地控制所有的系统组件包括网关、关守等。该系统的功能包括设备的控制及配置、数据配给、拨号方案管理及负载均衡、远程监控等。

计费系统实现对呼叫计费、漫游计费、数据计费等对从不同入口(公话网、数据网) 、不同类型用户(拨号用户、专线用户)等实现集中式计费并提供相应的单据和统计报表。

IP电话主要建立在目前公共电话网和IP网络互联的基础亡。因而解决好不同标准的网络系统的连接就变得非常重要。经过IP传送的话音可能需要经过公共电话网、因特网等不同的网络系统。对此不同网络系统的运营商可以有不同的解决方案。

三、 IP电话的标准

要使IP电话普及发展必须建立一个统一的国际标准使不同厂家的产品实现互通。 目前参与IP电话技术标准开发和推广的组织超过20家其中最具有影响力的国际标准化组织主要有四家 国际电信联盟电信标准部(ITU-T) 、欧洲电信标准协会(ETSI) 、 Internet工程任务组(IETF)和多媒体远程会议集团(IMTC-International Multimedia Teleconferencing Consortium) 。其中ITU-T从电信标准的角度以H 323系列标准构成了一套基于分组网络的多媒体方案IMTC侧重互操作性对IP网上的通信设备提出开放式的标准指南 以保证产品的横向兼容和互操作性 IETF是Internet的组织更多的是从IP发展的角度来论述与IP电话相关的协议和标准 ETSI则从工程建设的角度将Internet直接推向商业运营提出各种建设方案。 由于IP电话技术标准的开发涉及多个领域这几家开发组织相互之间建立了比较良好的协作关系而其它机构主要是发展、充实、实现相推广这些标准。

目前涉及IP电话的协议共分四层 网络媒质访问层(PPP、 AAL3/4/5 、网络层(IPv4、 IPv6) 、传输层(TCP、 UDP) 、应用层。每一层又由许多子协议构成。有关电话制定的标准主要体现在应用层。而应用层又分为信令控制协议、网关控制协议、媒体编码和传输协议。

1媒体编码和传输协议

媒体编码协议包括视频编码H 261、 H.263和音频编码G.711 (64kbit/s) 、

G.722、 G.728(16kbit/s采用低时延的代数编码激励一线性预测[LD—ACELP]数据压缩算法) 、 G 729、 G 723(5 3kbit s或6 4kbit/s) 。 G 729使用“可变结构一代数线性预测编码( (CS-ACELP)”技术对语音进行编码和压缩使语音的传输速率为8bit/s。 G 729B是G 729增补版它对分组大小、优先级、时延抖动缓冲区、实时协议的使用未作任何说明主要部分描述了实现VAD、 DTX、CNG的标准过程。它是对分组化语音技术进行全面标准化工作的开端。

传输协议包括实时传输协议、实时传输控制协议、实时流协议和资源预留协议。

实时传输协议(RTP)传输具有实时特性的数据。它提供端到端的实时音频和视频传输但RTP本身不提供任何机制保障媒体数据的及时传递和和丢包的恢复也不承诺某些特殊应用的带宽要求。 RTP和TCP除了有一点不同外其余的十分相似即当差错造成分组丢失时 RTP不要求进行重传它依赖底层协议来

提供这些服务。因为H.323系统基于在IP网络上传输数据因此RTP通常在UDP上传输数据包。 RTP和UDP一起提供传输协议的功能。在H.323系统中 RTP提供净荷类型、序号和时间戮等指示、进行发送控制、负载标识可控制不同媒体流的同步还允许建立点对点的多点语音连接具有较强的时间性。

实时传输控制协议(RTCP-real-Time Control Protocol)检测QoS和传送会议参与者的信息。它是RTP协议的一部分用于RTP的控制。 RTCP负责跟踪监视网络的服务质量、通信带宽和网上传送的信息并定期将包含服务质量信息的反馈信息分发给所有瑞点。例如一旦所传输的多媒体信息的带宽发生变化接收端就通知发送端发送端根据此信息进行调整然后继续通信。 RTCP还负责把传输等级的指示传送给RTP源点 以便于接收端同步音频和视频流。

实时流协议(RTSP-Real-Time Stream Protocol)用于控制具有实时特性的数据传送。该协议用于控制多类型数据传送的会话提供一种选择传送信道的方法。资源预留协议(RSVP)在实时音频和视频信号的传榆过程中提供资源保障信息。

2信令控制协议

信令控制协议主要包括H.323系列协议和31P系列协议。国际电联的H.323基本上是一种兼顾传统呼叫流程和IP网特点发展而来的成熟的开放标准体制代表了VoIP的大潮流。它的特别之处是吸取了许多电信网的组网、互联和运营经验能够与PSTN网 以及其他数据业务和应用网互联互通。采用H.323技术体制 VoIP运营商可以基本上继承传统运营商的管理不口运维模式。 SIP协议借助于互联网技术并且在发展初期的实现条件比较简单。 SIP技术基本上是基于动态Internet模式来建网的。它的网络不是一个多层次的网络而是一个扁平的单层次网络呼叫流程与PSTN网有所不同。但在SIP网上则靠动态数据库的方式来寻址甚至可以没有长途和短途之分。 SIP模式的优点是与Internet紧密结合适于开发新的、与互联网结合的语音应用其缺点是在组网、管理、运营、计费方面的考虑还有待成熟在与传统PSTN网的互联互通方面对一些非正常情况的处理还有待完善在组建VoIP大网的实践方面还有待积累经验。

H.323建议是ITU-T第16研究组(SG16)为多媒体会议系统而提出的一个建议书并不是专门为IP电话提出的它涉及的范围要远比IP电话更宽。只是IP电话特别是电话到电话经由网关的这种IP电话工作方式。可以采用H.323建议来实现 因此“借”过来作为IP电话的标准。 H.323是ITU多媒体通信系列标准H 32x的—部分该系列标准使得在现有通信网络上进行视频会议成为可能。 l996年发布第一版H 323协议 2000年l1月该协议第四版发布。起初H.323协议是为X.25网或ATM网络提出的现在广泛应用于Internet改网中。

H.323很大程度上建筑在ITU以前的有关多媒体的协议上包括用于ISDN的

H 320用于B-ISDN的H 321和用于G STN终端的H 324等建议的基础之上。其编码机制、协议范围和基本操作类似于ISDN的Q 93l信令协议的简化版本并采用了比较传统的电路交换的方法。相关的协议包括用于控制的H 245用于建立连接的H.225用于大型会议的H 332用于补充业务的H 450有关安全的H 235与电路交换业务互操作的H.246。 目前IP电话发展很快而IP网的多媒体会议系统发展得相对比较慢为了适应IP电话的应用 H 323也专为H 323电话增加了一些新内容(如呼叫的快速建立过程) 。对IP电话来说它用了一系列建议有H.323、H.225、H.245、H.235、H.450和H.341等。只是H 323建议是它的总技术要求 因而通常把这种方式的IP电话称为H.323 IP电话。

H 323建议是一个较为完备的建议书它提供了一种集中处理和管理的工作模式这种工作模式与电信网的管理方式是适配的、这就是为什么电信网中使用的IP电话几乎无例外地都采用了基于H 323的IP电话工作模式。它定义了在无服务质量保证的Internet或其它分组网络上多媒体通信的协议及其规程。Internet标准为局域网、广域网、 Intranet和Internet上的多媒体提供技术基础保障同时又发展成为满足Internet电话技术复杂要求的协议系列。 H 323提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性它不依赖于网络结构独立于操作系统和硬件平台支持多点功能、多播和带宽管理。 H 323具备相当的灵活性支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的会议。

H 323系统结构包括五个基本组件终端(Terminal) 、网关(Gateway) 、关守(Gatekeeper) 、多点控制单元(MCU)和边界单元(Border Elements) 。其中终端、网关和多点控制单元又统称为H 323端点。

H 322终端是遵守H 323协议进行实时通信的端点设备它可以是一个软件或语音信箱系统也可以是一个单独的设备如以太网电话或可视电话。网关用于连接H 323网络和其它网络如PSTN和ISDN。 H 323网关由媒体网关控制器和媒体网关组成它们可以存在一个物理实体中也可以独立存在。媒体网关控制器主要完成呼叫信令的转换功能。煤体网关则完成媒体编码的转换。多点控制单元用于支持三个以上终端参加的多点会议并实现多点会议。在H 323系统中一个MCU由一个多点控制器(MC)和几个多点处理器(MP)组成。 MC处理终端间的H.245控制信息从而决定它对视频和音频的处理能力。在必要的情况下 MC还可以通过判断哪些视频流和音频流需要多点广播来控制会议资源。 MC并不直接处理任何媒体信息流而将它留给MP来处理。 MP对音频、视频或数据信息进行混合、切换和处理。 MC和MP可能存在于一台专用设备中或作为其它的

H.323组件的—部分。关守的功能是向H.323节点提供呼叫控制服务。当系统中存在H.323关守时它必须提供以下四种服务地址翻译、带宽控制、许可控制与区域管理功能。带宽管理、呼叫鉴权、呼叫控制信令和呼叫管理等为关守的可选功能。虽然从逻辑上关守和H 323各种设备是分离的但是生产商可以将关守的功能融入H 323终端、网关和多点控制单元等物理设备中。关守是H 323网络的管理点一个关守管理的所有终端、 网关和MCU的集合称为一个H 323管理区而同属于一个运营机构管辖的H.323实体的集合称为一个H.323管理域一个管理域中可合有多个关守。不同的管理区的终端通过各自所属的关守间的配合实现相互间的通信。边界单元经常与关守共存于一个物理实体中是管理域和外界交互的控制功能部件。它的功能主要是参与不同管理域间的地址信息的交换和呼叫认证。

由于H 323是单域结构并且其地址解析命令LRQ用广播方式又进一步限制了它的工作范围。因此有人认为H.323模式只适用于小网不适宜大网。实际上在H.323的基础上采用多缎多域IP电话体系结构和多层非广播方式地址解析机理列以克服这个问题。 目前的理论和实践都表明H.323有能力做成任意规模的IP电话系统。还有人认为H 323建议过于复杂从而造成基于H 323建议的TP电话系统也过于复杂。对于任何——个通信系统来说在它的需求明确后、从系统角度来看它的系统复杂度已经确定剩下的只是功能分配问题是功能集中在中央还是功能分配到边缘这是要根据具体环境和管理体系而定的不可—概而论。对于从电话到电话的IP电话来说功能不可能分配到边缘只能用集中管理相处理方式 因而H 323模式实际上是一种很好的工作模式。

由于ITU发展的H 323协议更多地考虑满足传统通信的要求对以Web为基础的新应用考虑不足。为满足上述发展的需要 IETF近年来发展的SIP系列协议提出了另一套IP电话的体系结构是一个与H 323并列的协议。它是一个应用层控制协议用来创建、修改以及终结一个或多个参与者参加的会话进程。这些会话包括Internet多媒体会议、Internet电话、远程教育以及远程医疗等。

SIP(Session Initiation Protocol)协议是Internet多媒体通信和控制协议体系的一部分该协议族包括会话描述协议(SDP) 、会话发布协议(SAP)和会话启动协议。会话描述协议用于描述会话发布、会话邀请以及其他形式的多媒体会话。会话发布协议就是用于处理多播和单播会话描述分组的协议它定义了会话目录传送所使用的封装分组的格式。会话启动协议用于建立启动、维持和终止有一个或多个参与者的多媒体会话或呼叫。其他协议包括用于预留网络带宽资源的RSVP、用于多媒体数据传输并提供QoS反馈的RTPRTCP、用于多媒体流数据分发控制的RTSP。而且将来随着该体系结构的不断发展和完善还会有其他新的协议产生加入该协议体系。但SIP协议所规范的操作以及相应的功能独立于其他协议。这种会话可以是话音、视频、文字聊天、交互游戏甚至虚拟现实等。 SIP是一个基于文本的协议类似于HTTP和SMTP。

SIP协议借鉴Web业务成功的经验以现有的Internet为基础来构架IP电话业务网。 SIP有着与H 323完全不同的设计思想它要求网络的核心设备只有很少的智能或没有智能 网络的智能推向边缘。 SIP系统中核心网络服务器不保留状态 因为核心网络服务器需要处理大量的呼叫不保留每一呼叫的状态将大大提高系统的处理能力。边缘网络设备有状态业务网的管理功能也由边缘网络设备来完成。这种stateless和stateful结合的模式既可以充分发挥SIP的特点(如用户定位和查找) 又保留了Internet无连接数据报传送的设计思路。与H 323协议为基础的IP电话相比 SIP协议需要相对智能的终端。终端需要包含用户代理客户机和用户代理服务器两部分由这两部分实现呼叫请求、呼叫应答和一些用户的特定需要正是因为SIP系统有了相对智能的终端系统所以它才有可能实现用户个性化的需要。

对于用户终端是非智能终端的场合也可以使用SIP协议作为呼叫信令但这将大大削弱SIP协议特有的优势如支持用户的移动性、用户对来话的选择性以及与Web相结合的一些应用。普通电话终端的使用SIP协议的IP电话网络由普通电话、 PSTN网、 网关、 IP网络组成。其中网关设备应兼有UAC和UAS功能这时相当于将智能用户终端向网络中间推移由网关实现智能终端的功能。但在这种情况下 SIP协议所支持的用户个性化特点将大大地被削弱 因为在这种情况下 网关需要为多个用户服务而不是为单个用户设计。

SIP协议一方面借鉴了Internet其它的标准和协议的设计思想在风格上遵循Internet一贯坚持的简练、开放、兼容和可扩展等原则。另一方面它也考虑了对传统公众电话网的各种业务包括IN智能网业务和ISDN综合业务数字网业务的支持它也支持“个人移动” 。 SIP支持多媒体通信的五种信令功能用户定位(确定参与通信的终端) 用户通信能力的协商(确定通信的媒体类型和参数) 用户意愿的交互(确定被叫是否愿意参与通信) 建立呼叫(包括向被叫“振铃” 确定主叫和被叫的呼叫参数) 呼叫处理和控制(包括呼叫重定向、呼叫转移、咨询呼叫、 中止呼叫等) 。

SIP网络的基本结构由用户代理和IP网络组成。其中IP网络包含SIP系统所必需的各种网络服务器。用户代理有用户代理客户机(UAC)和用户代理服务器(UAS) 其中用户代理客户机用于发起呼叫而用户代理服务器则用于响应呼叫。用户代理客户机和代理服务器构成了用户端必备的应用程序由这两个应用程序完成呼叫的发起和接收。 网络服务器也有两类它们是代理服务器(proxy)和重定位服务器(redirect) 。代理服务器类似于HTTP的proxy和SMTP的MTA(MessageTransfer Agent) 它本身并不对用户请求进行响应只是转发用户的呼叫请求、然后将自身地址加入该消息的路径头部分以保证将响应按原路返回并防止环路的发生。重定位服务器非常类似于DNS它收到用户的请求后若判定自身不是目的地址则向用户响应下一个应访问服务器的地址而不是转发请求报文。一次正常接续的流程是

 UAC向网络服务器(proxy或redirect)发出呼叫请求

 网络服务器(proxy或redirect通过名字查找用户定位最终找到被叫UAS

 被叫UAS响应用户请求(拒绝或接受请求) 该响应沿原路返回

 主叫UAC收到响应后接通被叫或者终止这次呼叫请求。

与SIP系统可以类比的是Web系统 Web系统也是一个将智能分散到边缘的系统。在Web系统中 Web Server是没有智能或只有很低的智能它的全部工作是接收来自用户的URL(相当于文件系统的文件名) 根据URL查出相应文件再将文件发给用户。它不记录用户的检索过程不保留用户状态。因而它能处理的用户数大大多于传统信息检索数据库能处理的用户数。但不保留状态无法实现集中管理。在Web系统中、实现计费、监视等集中管理功能极为困难。与Web系统类同的SIP系统也一样 SIP系统同样无法实现对系统中设备及用户状态的监视、控制与管理。因此SIP有其适用范围 SIP协议更适用于以现有松散型Internet为基础核心网络设备不具有智能或极少智能智能集中干边端用户设备的场合。对于要求集中管理的电话网 SIP协议是不合适的。

3 SIP和H 323协议的对比

信令协议是实现IP电话的关键信令协议需要完成的功能可归纳为以下几方面

用户定位当A要与B通话时 A首先应查明B在网络的位置这样才能发起会话建立请求。在不同时间用户可能在不同位置在同一时间也可能通过多种方式联系。对于不具有固定IP地址的用户用户定位功能非常重要 因为几乎所有的Modem连接都是动态分配IP地址的。

会话参与者管没在通话期间可加入新成员 旧成员也可退出会话。

会话能力协商和调整多媒体会话可能由音频、视频、共享的应用程序等多个媒体流组成每个媒体流可能采用不同的语音、视频压缩算法也可能使用不同的多播或单播地址和端口。这样希望参与会话音能进行协商决定会话参数并要求能在会话期间动态调整参数。

呼叫处没具有呼叫转移、呼叫保持、群呼等功能。

SIP和H.323作为IP电话的信令协议分别是通信领域与Internet领域两大阵营摧出的建议它们的区别有以下几点

从信令协议的出发点来看 H 323试图把IP电话当作是众所周知的传统电话只是传输方式发生了改变 由电路交换变成了分组交谈。而SIP协议侧重于将IP电话作为Internet上的一个应用较其他应用(如FTP、 E-mail等)增加了信令和QoS的要求。它们支持的业务集基本相同也都利用RTP作为媒体传输的协议。

从消息的编码方法来看 H 323采用基于ASN 1和压缩编码规则的二进制方法表示其消息。 ASN 1通常需要特殊的代码生成器来进行词法和语法分析。而SIP是基于文本的协议类似于HTTP。基于文本的编码意味着头域的含义是一目了然的如From、 To、 Subject等域名。这种几乎不需要复杂的文档说明的标准规范风格其优越性已在过去的实践中得到了充分的证明。

从会话能力的协商和调整方法来看 H 323是采用H 245协议来进行能力协商的会话控制的而SIP的能力协商采用SDP(SessionDescriptionProtocol)进行描述 SDP中的每一项的格式为type=value也比较简单。

从会话管理的方式来看 H 323由于由多点控制单元(MCU)集中执行会议控制功能所有参加会议的端点都向MCU发送控制消息 MCU可能会成为瓶颈特别是对于具有附加特性的大型会议并且H 323不支持信令的多播功能其单播功能限制了可扩展性 降低了可靠性。而SIP设计上就为分布式的呼叫模型具有分布式的多播功能。其多播功能不仅便于会议控制而且简化了用户定位、群组邀请等、并且能节约带宽。但H 323的集中控制便于计费对带宽的管理也比较简单、有效。

在补充业务方面 H 323中定义了专门的协议用干补充业务如H.450. 1、

H.450.2和H.450.3等。 SIP并未定义专门的协议用于此目的但它能很方便地支持补充业务或智能业务。只要充分利用SIP已定义的头域并对SIP进行简单的扩展就可以实现这些业务。对于通过扩展头域较难实现的一些智能业务可在体系结构中增加业务代理提供一些补充服务或与智能网设备的接口。

另外 H.323中的呼叫建立过程涉及到三条信令信道 RAS信令信道、呼叫信令信道和H.245控制信道。通过这三条信道的协调才使得H.323的呼叫得以进行呼叫建立时间很长。在SIP中会话请求过程和媒体协商过程等一起进行。尽管H.323v2已对呼叫建立过程做了改进(H 245控制消息可以通过用H.225.0呼叫信道隧道来传送) 但较之SIP只需要1.5个回路时延来建立呼叫仍是无法相比的。

H.323的呼叫信令信道和H.245控制信道需要可靠的传输协议而SIP独立于低层协议一般使用UDP等无连接的协议用自己应用层的可靠性机制来保证消息的可靠传输。

总之 H.323沿用的是传统的实现电话信令的模式 比较成熟 已经出现了不少H 323产品。 H 323符合通信领域传统的设计思想进行集中、层次式控制采用H.323协议便于与传统的电话网相连。 SIP协议借鉴了其他Internet的标准和协议的设计思想在风格上遵循Internet一贾坚持的简练、开放、兼容和可扩展等原则比较简单但推出的时间不长协议并不是很成熟。它的优点是同Internet结合可以很方便地生成新的业务如Web呼叫点击拨号等。但是SIP协议需要相对智能的终端。

4网关控制协议

媒体网关控制协议是为了解决目前IP电话网关负担过重不能满足未来容量和业务扩展的要求而设计的。 Arango和Huitema提出了VoIP的新的体系结构它把网关分解为三部分媒体网关(MG)负责媒体变换以及PSTN和IP两侧通路的连接。信令网关(SG)负责信令转换。媒体网关控制器(MGC)负责根据接收到的信令控制媒体网关的连接建立和释放。这个体系结构的先进之处在于实观了呼叫和承载控制的相分离而在这两个分离的单元之间需要定义新的协议MGCP(Media Gateway Control Protocol)就是这个接口上的一个较通用的协议后来IETF MeGaCo工作组和ITU-T 16研究组在MGCP的基础上提出了H 248协议对MGCP进行了扩展。 MGCP属于应用层控制协议主要完成MGC对MG的控制 以实现网络中MG之间的连接并且处理MG与MGC的交互。