十二章IP电话.ppt

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1、第十二章 IP电话,IP电话,概述体系结构相关协议基于SIP的IP电话系统NAT穿越,主要内容,IP电话,概述体系结构相关协议基于SIP的IP电话系统NAT穿越,主要内容,1.概述,IPTel：IP Telephony也称为VoIP(Voice over IP)，在IP网络主要是Internet上传输话音业务IP电话面临的最大挑战之一是话音质量，而决定话音质量的关键因素之一是带宽IP提供的是一种尽力(best-effort)传送的服务，为适应IP电话业务，须引入：服务质量解决方案，包括接纳控制和带宽管理服务提供商之间的服务等级协定(SLA:Service-level Agreement),IP

2、电话,1.概述,为什么能用IP承载话音?Internet支持任何业务的接入话音为Internet提供一种新的业务模式Voice已经成为Internet的关键性业务之一为什么话音要承载在IP上?传统电话使用电路交换来承载话音业务,但是电路交换不适合多媒体通信IP的优势：更低设备成本和运营开销、集成话音和数据、更低的可能带宽需求、IP的广泛部署PSTN交换采用专用设备，购买、操作和维护成本高，IP网络采用标准的计算机设备，可以通过软件增加新的业务，而且更加开放，竞争更多PSTN采用G.711(PCM,64kbps)，VoIP会话的在两端可以协商编码方法，根据需要采用灵活的编码策略,IP电话导入,P

3、STN:Public Switched Telephone Network,1.概述,最初的IP电话是PC-to-PC的通信模式随着IP电话的发展，引入了PC-to-Phone通信模式，使得IP电话能够与位于传统公用电话交换网(PSTN)中的电话终端通信后来又推出了Phone-to-Phone通信模式，通过Internet来传输话音业务，降低长途话费,IP电话通信模式,IP电话,概述体系结构相关协议基于SIP的IP电话系统NAT穿越,主要内容,2.体系结构,IP电话网组成,SIP:Session Initiation Protocol MGCP:Media Gateway Control Pr

4、otocol,RTP:Real-time Transport ProtocolRTCP:RTP Control Protocol,2.体系结构,话音传输处理和传输,Low-pass filterSampling&A/D convert,Silentdetection,Compression,RTP packetencapsulation,RTP packetdecapsulation,Decompression,Timing reconstruct,D/A convert,Internet,电话交换机,电话交换机,IP电话网关,IP电话网关,电话机,电话机,2.体系结构,保证一定话音质量的前提

5、下尽可能的降低编码比特率话音编码静音检测在IP网络环境下保证一定的通话质量回波抵消延迟和延迟抖动处理,话音处理,2.体系结构,话音处理编码压缩,G.723.1和G.729在IP电话中最常用,2.体系结构,电话统计表明，用户时间在通话过程中实际占用通信线路的时间40%静默状态：当用户的话音信号的能量低于给定门限值时，不再发送话音分组静音检测的两个问题背景噪声：如何在较大的背景噪声中检测静音前后沿剪切问题：用户开始讲话到编码器检测到话音信号之间由于有判定门限，因此存在着延迟，也就是说话音波形的开始和结束部分会被作为静音丢掉，解决方法是在突发话音分组的前面或者后面增加一个话音分组进行平滑,话音处理静

6、音检测,2.体系结构,如果通话双方有一方在电话网络中，则将会产生回音问题主要原因是因为在电话网络中，涉及到混合线圈的2/4转换电路，如果和混合线圈的阻抗不完全平衡，那么会有一部分信号漏到对端的IP电话回波抵消：通过自适应方法估计回波信号的大小，然后在接收到的信号中减去估计值，该功能由网关完成,话音处理回波抵消,网关,PC,回波,2.体系结构,话音处理延迟和抖动,2.体系结构,延迟：ITU G.114 要求单程延迟在150 ms200 ms是可接受的IP网络延迟变化很大,话音处理延迟和抖动,IP based networkvariable delay 20300 or more ms,2.体系结

7、构,抖动：数据到达速率的变化,话音处理延迟和抖动,2.体系结构,TCP(可靠)还是UDP(不可靠)？话音业务具有实时性，因此重传没有意义话音业务能够容忍少量的信息丢失时间同步信息重建采用RTP/UDP/IP封装RTP/RTCP保证数据的可靠性和顺序，携带时戳信息和序列号通常话音分组为20ms左右,话音传输话音封装,IP header(20 bytes),UDP header(8 bytes),RTP header(12 bytes),media payload,2.体系结构,RTP协议RFC 3550,话音传输话音封装,2.体系结构,信令：Signaling寻址(Addressing)呼叫控制

8、(Call control)能力交换(Capabilities exchange)H.323、SIP、MGCP/Megaco等,信令,2.体系结构,网关：Gateway连接IP网和PSTN，包括呼叫控制(H.323/SIP)和控制PSTN接口的硬件划分为两个逻辑部分MGC：Media Gateway Controller/Call Agent，呼叫控制逻辑/呼叫代理MG：Media Gateway，与PSTN的接口,网关,Call Agent or Media Gateway Controller(MGC),Call Agent or Media Gateway Controller(MGC)

9、,SIPH.323,MGCP,MGCP,Media Gateway(MG),Media Gateway(MG),PSTN,IP,IP电话,概述体系结构相关协议基于SIP的IP电话系统NAT穿越,主要内容,3.相关协议,SIP协议MGCP和Megaco协议,相关协议,3.相关协议,SIP：Session Initiation ProtocolIETF SIP Working Group提出RFC 3261应用层信令协议，其中定义了在用户间发起、修改和终止多媒体通信会话会话发起多用户交互多媒体应用，包括Instant Messaging、Personal Mobility、Voice Calls等

10、,SIP协议概述,3.相关协议,SIP协议组件,Redirect Server,3.相关协议,用户代理：User Agent发起、接收和终止会话的应用用户代理客户端(UAC：User Agent Clients)发起会话的实体用户代理服务器(UAS：User Agent Server)接收会话的实体,SIP协议用户代理,UAC和UAS都能够终止会话,3.相关协议,代理服务器(Proxy Server)能够同时作为服务器或者客户端，当为客户端时，可代表其它客户生成请求对于接收到的请求或者自己处理，或者转发给其它服务器，在转发时可能先进行转换、改写重定向服务器(Redirect Server)接受

11、SIP请求，将消息的下一跳地址信息(服务器或者UAS)返回给客户端与代理服务器不同，重定向服务不会发起自己的SIP请求与UAS不同，重定向服务器不接受或者终止会话注册服务器(Registar)接受注册请求可以支持认证通常与代理或者重定向服务在一起，可以提供位置服务定位服务(Location Service)Location service是一个抽象概念，提供保存用户SIP地址和当前位置(用SIP或者SIPS URI来表示)的绑定信息的数据库服务,SIP协议服务器,3.相关协议,SIP地址通过一个SIP URL来标识，格式为：userhostsip:hostnamevovida.orgsip:h

12、ostname192.168.10.1sip:14083831088vovida.orgSIP也提供安全URL即SIPS URL，通过传输层加密(TLS)来保护所有的SIP消息sips:hostnamevovida.org,SIP协议寻址,URI:Uniform Resource Identifier,SIP通过DNS来实现SIP地址到IP地址的解析(RFC 3263),3.相关协议,消息一般格式以空格为间隔符，以CRLF为行结束符两种类型的消息请求消息：客户端发往服务器应答消息（状态消息）：服务器发往客户端,SIP协议消息,Message=Start-line*message-headerC

13、RLFmessage-body,3.相关协议,SIP协议消息,SIP Methods:INVITE 发起呼叫邀请用户参加会话.ACK 确认客户端最终收到了对INVITE请求应答.BYE 终止呼叫.CANCEL 取消一个待定请求.REGISTER 注册用户代理.OPTIONS 用来询问服务器的能力.INFO 用来携带带外信息.,SIP Responses:1xx 信息消息.2xx 成功应答.3xx 重定向应答.4xx 请求失败应答.5xx 服务器失效应答.6xx 全局失效应答.-SIP-Version SP Status-Code SP Reason-Phrase CRLF例如：SIP/2.0

14、SP 180 SP Ringing CRLF,SIP消息中的起始行对于请求消息为请求行，Methods指明了请求服务器执行的操作，对于应答消息为状态行，指明请求执行的结果,Method SP request-URL SP SIP-Version CRLF,3.相关协议,SIP协议消息实例,3.相关协议,SIP协议直接呼叫实例,能够直接进行呼叫的前提是知道被呼叫方的地址,3.相关协议,用户打开SIP客户端(SIP IP Phone,PC等)，客户端向registrar注册当客户端需要告诉registrar自己位置时也可以发起注册过程通常registrar将注册信息转发到提供location se

15、rvice的数据库中保存,SIP协议注册,Registrar,SIP PhoneUser,Location service,(domain:iptel.org),3.相关协议,代理模式,SIP协议通信模式,Proxy Server（iptel.org）,Location service,C,jiriiptel.org,INVITE消息包含Via头标域，其中包含上一跳地址，以便应答消息返回,3.相关协议,重定向模式,SIP协议通信模式,Redirect Server,C,Location service,3.相关协议,代理模式和重定向模式的比较在代理模式中，proxy server是一个中间设备

16、，它接收来自客户端的SIP请求消息，并且代表客户端转发、修改或者生成新的请求消息，可以对客户端进行认证、授权接入控制等功能在重定向模式中，Redirect server向客户端提供消息的下一跳服务器或者UAS的地址信息，并不参与呼叫的建立过程,SIP协议通信模式,Redirect server开销小，具体的功能由客户端执行,Proxy server可以提供灵活的网络服务，但是开销较大,3.相关协议,与已有的IETF协议集成RSVP、RTP、RTSP、SDP(Session Description Protocol)等可扩展性和简单性SIP体系结构具有可扩展性Proxying、redirecti

17、on、location或者registration等功能可以位于不同的物理设备功能分散允许在不影响其它组件的情况下增加新的处理能力基于文本的消息格式使得SIP易于实现和调试移动性SIP通过redirecting请求到用户的新位置来支持用户移动性易于生成特征和服务例如特征和服务可以使用CPL(Call Processing Language)和CGI(Common Gateway Interface)来快速生成,SIP协议总结,3.相关协议,MGCP：Media Gateway Control ProtocolRFC 3435 用来从外部的呼叫控制实体例如MGC(Media Gateway Co

18、ntroller)/Call Agent来控制电话网关(MG:Media Gateway)的协议Master/Slave协议，用于MGC/Call Agent和MG之间MGC/Call Agent：为MG提供呼叫信令、控制和处理智能；向MG发送或者接收来自MG的命令MG：提供电路交换网络和分组交换网络之间的转换；向MGC/Call Agent发送关于端点事件的通告；执行来自MGC/Call Agent的命令可以和SIP、H.323一起使用,MGCP和Megaco,3.相关协议,源自MGCP，由ITU和IETF联合制定MegacoIETF RFC 3015H.248/H.GCP ITU,MGCP

19、和Megaco,IP电话,概述体系结构相关协议基于SIP的IP电话系统NAT穿越,主要内容,4.基于SIP的IP电话系统,IP电话系统,4.基于SIP的IP电话系统,IP电话系统,H.323 Translator:Acts as a Gatekeeper to control H.323 endpoints.Talks SIP to the rest of the network for routing and features.,4.基于SIP的IP电话系统,IP电话系统,MGCP Translator:Acts as a call agent to control MGCP end poi

20、nts.Talks SIP to the rest of the network for routing and features.,4.基于SIP的IP电话系统,IP电话系统,SIP proxy Server:Acts as a trusted boundary for calls entering or leaving a network.Provides authentication and collects billing information for the CDR(Call Detail Records)server.,4.基于SIP的IP电话系统,IP电话系统,4.基于SIP的

21、IP电话系统,IP电话系统,4.基于SIP的IP电话系统,IP电话系统,Feature Server:Provide CPL based or XML scripts that run basic telephony features.,IP电话,概述体系结构相关协议基于SIP的IP电话系统NAT穿越,主要内容,5.NAT穿越,SIP是一个应用层协议，在其消息中包含有IP地址/端口号信息，而NAT只能修改消息的IP头标和TCP/UDP端口号SIP信令Via、Contact等头标域可能包含有需要进行NAT的IP地址/端口号如果采用代理模式，经过NAT之后的第一跳就是Proxy ServerProxy Server将接收到的SIP消息的源IP地址/端口号作为应答消息的目的IP地址/端口号在接收到的消息头标中添加received和rport标记，包含接收到的SIP消息的源IP地址/端口号，以便返回应答消息,SIP和NAT,5.NAT穿越,问题举例,SIP和NAT,发送INVITE消息的UAC位于NAT之后，使用内部地址10.0.0.1/5060Proxy Server在Via域中添加了received和rport标记，包含接收到的INVITE消息的源IP地址/端口号，以便返回应答消息,总结,IP电话网络的体系结构SIP协议,本章要点,