1、第五章 VoIP 技術及應用第五章 VoIP 技術及應用VoIP 技術簡介5.1VoIP（Voice over IP）又稱 IP（IPphone），是在 IP 上提供語音服務的技術。它對于廣大用戶來說最吸引人的地方在于價格的低廉。本章將從 VoIP 技術的發展背景、原理及關鍵技術、實現方案及比較三個方面來介紹該技術。5.1.1 VoIP 技術的發展背景 語音技術和 IP 技術的發展Voice over IP 技術，離不開語音技術和 IP 技術。IP 技術的發展在此勿需多費筆墨，在本書的其他章節讀者可以看到更為詳細的資料。這里需要著重提出的是語音技術。聲音作為一種可聽波，是屬于模擬

2、信息，它的幅度在最大值和最小值之間連續變化。在量化技術上把聲音分成大振幅的濁音、小振幅的清音。人類聲音的頻率范圍從 10Hz 到10000Hz，且幾乎 80%的能量集中在 300Hz33000Hz 的范圍之內。在 1875 年貝爾發明以前，人類的語音交流一直只能發生在比較近的距離下。把聲波的模擬信號轉換成為電波的模擬信號，但是卻可以傳幾公里遠。到 1962 年左右，差不多每個人都能十分方便地用到模擬、模擬鏈路和模擬交換機組成的 PSTN。在六十年代后期，一種數字設備連到 PSTN 中，那就是計算機。數字計算機和模擬網絡之間的接口設備是調制解調器，由貝爾公司發明，它能把計算機的數字信號調制成準模

3、擬信號以便在模擬線路上傳輸，同時能把到達目的地準模擬信號解調成數字信號供計算機使用。在六十年代出現了模擬語音數字化技術，語音數字化有諸多好處。比如復用方便、信令容易實現、可以使用計算機作為終端、交換可以由計算機完成，線路數字化、線路噪聲低、且可以更嚴密地監測線路質量、便于提供新業務、線路對噪聲的容限大且加密成為可能等。DSP（Digital Signal Processing）的出現使得語音數字化成為可能。110第五章 VoIP 技術及應用采用 DSP 對語音數字化有 3 步：抽樣、量化、編碼。64kbit/s 的 PCM 信號就是這樣產生的。但 64kbit/s 的速率在多路語音復用時顯得如

4、此龐大。因此產生了 ADPCM（自適應差分 PCM）和 ADM（自適應增量調制）技術，它們能夠將語音的工作速率降低到 32kbit/s 甚至 16kbit/s。但更低的工作速率下的語音則需要源編碼技術，或者結合波形編碼和源編碼技術的混合編碼技術，可以達到 1kbit/s 的工作速率 ，當然同時提供可以接受的語音質量。分組語音技術的出現解決了 VoIP 的另一技術難題傳輸問題。在本章后面將有進一步的描述。經過幾年的技術積累，將語音轉化成 IP 包的技術變得更為實用和便宜；此外，集成電路（IC）技術的高速發展，使得 IP的元件數字信號處理器（DSP）的價格也大幅度下降。這些無疑為 VoIP 的實用

5、化準備了技術條件。IP從 90 年代初發展至今，已由初期的IP軟件時期進入到 IP網關時期，而目前的 VoIP 技術也已從具有語音服務的 PC 初級和僅限定在 IP 網絡內部范圍發展到具有多業務、高可靠性以及較好服務質量的含話音、傳真、數據傳送功能的電信業務。目前，通過 IP網關（Gateway）來實現 PSTN 和 Internet互通，從而實現 PC 到、到 PC 和到之間的呼叫的技術已經成熟，并且話音通信的質量也大大得到，完全能夠滿足的要求。的需求以及設備生產商的支持市場利益的驅動也是 IP迅速發展的重要。通過網關等設備組建的 VoIP 網絡，以 PSTN 作地用戶的接入，

6、用 IP 網絡代替了昂貴的長途傳輸網絡，可以大大節省通信線路的成本。而成本的降低就意味著通話價格的下降，用戶可以直接受益。所以，未來 IP的市場潛力是巨大的。由于巨大的潛在市場，網絡設備、通信設備廠商競相希望在這個市場中取得立足之地，將 VoIP 功能盡可能地內置到的網絡設備中。所以，制造商的各種不同的 VoIP紛紛111第五章 VoIP 技術及應用進入市場，各家運營商亦紛紛開展這方面的業務。目前提供 IP服務的運營商主要來自大的 ISP 以及電信公司，它們提供的服務包括 IP話音和傳真業務。Forrester 研究公司估計 1998 年長途 IP業務已達到 3 千萬，到2001 年將達到 1

7、0 億。IDCIP呼叫量將會以每年 220的速度增長。ATT 公司 1997 年 11 月在 Intranet 上進行了 IP實驗。1998 年 5 月，在亞特蘭大、波士頓和舊金山三個城市推出 IP服務，現已大面積開展 IP業務。Bell Atlantic 和 GTE 兩家公司合并后資產高達 530 億，超過 ATT 成為美國最大的通信公司。GTE 的 IP實驗還僅限于公司內部，但已于 1998 年第 4 季度提供的 IP傳真業務。VocalTec 公司宣布了“Next Gen”計劃，和幾個 ITSP 達成了市場合作協議。該計劃PC 用戶撥號到這些 ITSP，并利用其網關連接到一臺普通機。這一

8、業務已在全世界很多地方提供，包括、莫斯科、巴黎、倫敦、東京、北京和美國的一些主要城市。Global Exchange Carrier 公司和 11 個 ISP 宣布要建立一個全球的網絡，提供 IP服務，覆蓋包括美國、英國、德國、澳大利亞、新西蘭、韓國和以色列。目前除了直接提供 IP業務的運營商之外，也出現了一些進行 IP業務批售、交換和結算的運營者。前者在各地安裝的網關設備，后者一般具有的可以通達全球的骨干網絡和結算中心，它類似一種會員組織，負責為加入到其中的會員提供全球的 IP的漫游和結算。提供這種服務的公司有 ITXC、GRIC、VIP Calling 等，通過加入這些組織便可以獲得通達全

9、球的 IP服務。國內 IP業務的需求很大，開放 IP業務的呼聲很高。1999 年，在中國全面開始了 IP網的試驗建設。4 月 16 日，上海電信部門宣布，本市用戶只要使用專門的 IP卡，就能在市內任何一部普通機上撥打 IP。4 月 27 日，信息正式批準中112第五章 VoIP 技術及應用國電信、中國、吉通三家公司進行 IP業務的試驗，試驗期為半年，各公司在 6 月底前開通試驗，12 月底結束試驗。4 月 28 日，中國電信率先開通 IP業務，共有包括北京在內的 14 個內地城市、地區和美國、德國、法國等 16 個已首批接通，其余內地試驗城市于 5 月上旬接通。IP業務在 6 月中旬宣布正式開

10、通，吉通也在 5 月 17 日開通試驗網。自 2000 年 4 月正式開通以來，我國 IP發展保持較高的發展速度。根據統計，2001年上半年我國 IP業務總量超過了 80 億分鐘，是 2000 年全年業務量的 2 倍多。巨大的市場推動著 IP的發展。5.1.2 VoIP 的技術標準 VoIP 的標準化組織目前參與 IP標準制定和推廣工作的組織超過 20 家，其中最有影響力的是 ITUT、IETF、IMTC 和 ETSI。ITUT 側重于電信標準，IETF 側重于 IP 標準，IMTC 側重于互操作性，ETSI 側重于商業實現。由于 IP技術涉及多個領域，這幾家組織其實是相互協作、

11、共同對IP技術進行標準化工作的。1、ITU（國際電信）：ITU 前身是 CCITT（國際電報咨詢委員會），是的一個分支機立于 1865年。ITU 下屬的組織包括電信標準部、電信開發部和無線通信部。其標準部（ITU-T）負責網絡通信方面標準的制定，主要側重在公共網絡方面。ITUT 對 IP的標準化工作是由 16 研究組來完成的，相關標準主要是 H.323 協議族。1996 年通過了 H.323V1，標題是基于局域網的會議系統；1998 年 2 月完成了 H.323V2，標題也變成了基于包交換網絡的多通信系統。今年 5 月份通過了 H.323V3，主要對 H.323的系統結構進行了部分修訂，使其更

12、適合開展 IP業務，但這一版本仍有許多善的地113第五章 VoIP 技術及應用方，需要進一步進行標準化。H.323 協議族是基于包交換的多通信系統的，將其中的語音部分拿出，并且承載網絡選擇 IP 網絡，即 IP系統。2、 IETF（Internet 工程任務組）：IETF 負責標準化 Internet 的協議，成立于。IETF 中有幾個小組開發的標準都直接或間接地涉及到 IP技術，如 AVTRTP、IPTEL、MMUSIC、PINT 等小組。其中 AVTRTP 小組的RTPRTCP 標準已成為 H.323 協議堆棧中很重要的部分；MMUSIC 小組的 SIP協議也越來越被廠商重視。SIP 是一

13、種用于建立、維持與終止多呼叫的應用層協議。3、 IMTC（國際多通信）：IMTC 是一個由來自、歐洲、亞洲和太平洋地區的 140 多個成員組成的。它的目標是提高和鼓勵具有互操作能力的多會議解決方案的開發和實現。IMTC 就 IP技術成立了一個 VoIP，主要負責定義和建立一系列在 IP 網上進行通信的設備實現的開放性和互操作性。IMTC 在 1997 年提出了 IA1.0，它主要以 H.323為基礎，以 G.711 和 G.723.1 作為互操作應該支持的基本語音編碼算定舒適噪聲的生成、DTMF 信號的傳輸、動態地址和網關的互操作要求。目前該組織正在制定 IA2.0它將解決安全框架、計費結算、

14、語音流復用、漫游用戶標志和呼叫報告技術。4、ETSI（歐洲電信標準）：ETSI 的主要目標是決定和產生電信標準。是一個擁有 34 個的 490 個成員的開放論壇，這些成員包括管理者、網絡運營者、廠家、服務提供商和用戶。它現在有一個稱為 T的工程，專門IP的商業化做相關的研究和試驗，它保證連接到 IP 網絡的用戶可以與SCN 網絡（如 PSTN、ISDN、）用戶相互通信。T工程組希望向各類網絡運營者都提供面向業務的解決方案，其工作主要基于 H.323 系列建議和現有的電路交換網標準。除了以上標準化組織，現在還有一些由廠商或運營商發起的組織或在進行 IP相114第五章 VoIP 技術及應用關技術或

15、互操作性的研究和試驗，如由 Lucent、Vocaltec 等公司發起的 iNOW，AT&T 的全球 IP Telephony 互連性等。 VoIP 的相關協議由于 Internet 的飛速發展以及網絡語音業務的巨大前景，在各廠商的積極推動下，上述組織積極推進了 IP協議的標準化進程。目前主要涉及 IP的協議如圖 5.1 所示：RISPRSVP圖 5.1 IP的協議棧根據制定的協議情況和各標準組織的工作重點，與 IP相關的協議主要可分為兩大類：H.323 協議和 SIP 協議。目前各組織對在 IP 網絡商承載實時業務（語音、等）的方式大體相同，均是利用了源自 IETF 的

16、 RTP 協議，但是在呼叫建立和方面則有不同的方案，其代表有 H.323 和 SIP。5.1.3H.323 標準H.323 是 ITU 的一個標準協議族。它制定了無服務質量（QoS）保證的分組網絡 PBN（Packet Based Network）上的多通信系統標準。這些分組網絡主宰了的桌面網絡系統，包括基于 TCP/IP、IPX 分組交換的以太網、快速以太網、令牌網、FDDI 網。因此 H.323標準為 LAN、WAN、Intranet、Internet 上的多通信應用提供了技術基礎和保障。115V.34EthernetATMSonetIPv4,IPv6PPPAAL5AAL3/4PPPUDP

17、TCPRTPRTCPSIPH.323H.251,MPEG第五章 VoIP 技術及應用 H.323 通信協議棧H.323 屬于 ITU 多通信協議系列 H.32X 的一種，提供基于分組網絡的語音、數據和等協議。H.323 支持點對點通信及在 MCU 支持下的點對多點通信，H.323 作為一個協議框架，提供了系統及組成部分描述、呼叫方式描述以及呼叫信令程序。H.323 相關的協議包括 H.263、H.261編碼標準、G.711、G.723、G.722、G.728 音頻編碼標準、T.120多點數據會議系列標準、H.225.0 分組和同步標準、H.245 系統標準等。H.323 系統中的

18、通信可以看成是、音頻、信息的混合，其協議棧如圖 5.2 所示：會議和數據音頻呼叫信令圖 5.2 H.323 的協議棧H.323 協議棧可作如下分類：1 、系統：系統是 H.323 終端的，它提供了H.323 終端進行正確操作的信令。這些功能包括呼叫（建立與拆除）、能力切換、命令和指示信令以及用于開放和描述邏輯信道內容的報文等。整個系統由 H.245信道、H.225.0呼叫信令信道以及 RAS 信道提供。2 、分組與同步：H.225.0 標準描述了在無 QoS 保證的 LAN 上流的打包分組與同116T.126T.127H.245*G.711* G.722 G.728 G.723.1 G.729

19、.AH.261 H.263T.324H.225.0* RAS*T.124,T.125T.123RTP*,RTCP*TCPUDP網絡層IP鏈路層物理層第五章 VoIP 技術及應用步傳輸機制。H.225.0 對傳輸的、音頻、數據與流進行格式化，以便輸出到網絡接口，同時從網絡接口輸入報文中補償接收到的、音頻、數據與流。另外它還完成邏輯幀、順序編號、糾錯與檢錯功能。3、音頻編器標準：音頻編器對從麥克風輸入的音頻信息進行編碼傳輸，在接收端進行以便輸出到揚聲器。音頻信號包含了數字化且壓縮的語音。H.323 支持的壓縮算法符合 ITU 標準。為進行語音壓縮，H.323 終端必須支持 G.711 語音標準，傳

20、送和接收按照A 律和 律。其他音頻編器標準如G.722、G.723.1、G.729.A、MPEG-1 則可選擇支持。編碼器使用的音頻算法必須由 H.245 來確定。H.323 終端應能對本身所具有的音頻編能力進行非對成操作，如以 G.711，以 G.728接收。4、編標準：編器在源處將信息進行編碼傳輸，在接收端進行顯示。雖然功能可選，但任何具有功能的 H.323 終端必須支持 H.261QCIF 格式；支持 H.261 的其他格式以及可選擇支持 H.263 標準。在分組網絡上，使用 H.261、H.263 編器無需 BCH 糾錯和糾錯幀。5、數據會議標準：數據會議標準 T.120 是可選功能。

21、當支持數據會議時，數據會議可實現協同工作。如白板、應用共享、文件傳輸、靜態圖像傳輸、數據庫、音頻圖像會議等。通過 H.245 處理后也可使用其他的數據應用協議。6、IP 網絡中的多通信協議：在 H.323 多通信系統中，信令和數據流的傳送利用了面向連接的傳輸機制。在 IP 協議棧中，IP 與 TCP 協作，共同完成面向連接的傳輸。可靠的傳輸保證了數據包傳輸時的流量、連續性以及正確性，但也可能引起傳輸時延以及占用網絡帶寬。H.323 將可靠的 TCP 用于 H.245信道、T.120 數據信道、呼叫信令信道、而信息采用不可靠的、面向非連接的傳輸方式，117第五章 VoIP 技術及應用即利用 UD

22、P。UDP 無法提供很好的 QoS，只提供最少的信息，因此傳輸時延較 TCP 小。實時協議 RTCP 用于 RTP 的。RTCP 監視服務質量以及網絡傳送的信息，并定期將包含服務質量信息的信息包分發給所有通信節點。在大型數據報網絡如 Internet 中，為一個多呼叫保留足夠的帶寬是很重要的，也是很的。另一個 IETF 協議RSVP接收端為某一特殊的數據流申請一定數量的帶寬，并得到一個答復，確認申請是否被。雖然 RSVP 不是 H.323 標準的正式組成部分，但大多數 H.323都支持它，因為帶寬的預留對 IP 網絡上多通信的。RSVP需要得到終端、網關、裝有多點處理器的 MCU 以及中間路由

23、器或交換機的支持。 H.323 協議的發展H.323 協議經過多年發展，功能不斷增強，受到廣大廠商的支持。IMTC 下的 VoIP已決定采用 H.323 作為 Internet技術的基礎。H.323 協議一直處在發展變化和改進完善之中，諸如 Fast Connect 方式的推出、GK 與GK 之間通信協議的爭論等。H.323 標準的內容不斷豐富。如下：H.323 Annex D(Real Time Internet Fax)H.323 Annex E(Call Connection over UDP)H.323 Annex F (Signal Use Terminal)H.323

24、 Annex G(Communication between Administrative Domains)H.450.1(Supplementary Services)H.450.2(Call Transfer)H.450.3(Call Diversion)118第五章 VoIP 技術及應用H.450.4(Call Hold)H.450.5(Call Park/Pickup)H.450.6(Call Waiting)H.450.7(Message Waiting)等。ITU-T 于 1996 年 11 月公布了第一版 H.323V1，即“不保證服務質量的局域網上的可視系統與設備”標準。它當初

25、的目的是定義一種在局域網絡內進行多通信應該遵循的標準，這也是適應了當時網絡技術的實際情況。當時的網絡還沒有現在這么高的速度，也沒有支持一定服務質量（QoS）的技術。隨后出現了許多采用 V1 標準的多通信系統，如微軟的 NetMeeting,VCON 的會議電視系統，同時也出現了許多通過 IP 網絡進行雙向語言通信的軟件 InternetPhone，后來又出現了和 PSTN 網絡相結合的 IP網關。這些地應用于用于局域網，專有的 IP 網，Internet 網。其實專門為局域網制定的 H.323 協議應用范圍不止局限在局域網內。隨著技術的進步和對 V1 擴展新功能的需求，1998 年 1 月IT

26、U-T 推出了第二版 H.323V2，此時名稱變成“基于包的多通信系統”，V2 提出了在終端（或網關）和路由器中采用 RSVP協議實現一定的 QoS。V2 增加了安全、性能、補充呼叫業務，可擴展性方面的內容。可以看出，H.323 從第 2 版開始增加了構筑電信級 IP網的特性。1999 年 9 月，ITU-T 通過了第三版 H.323V3，V3 在 V2 基礎上又進了一大步。V3 增加了 H.323 和 H.225.0 的幾個附錄，這樣加強了 H.323 的系統結構以更好地適應和 PSTN 的綜合。這樣從第三版開始 H.323 具備做電信級大網的特征。由于 VOIP 技術的大量使用，ITU-T

27、 于 2000 年 11 月通過了第 4 版 H.323V4。V4 比 V3在很多重要的領域都有增強，比如：可靠性，可擴展性，適應性。這些新的特點使得網關以后的升級更容易以滿足日益增長的市場要求。119第五章 VoIP 技術及應用 H.323 系統的從協議的觀點看，H.323 為基于 IP 網絡的通信系統定義了四個主要的組件：終端、網關、關守和多點單元。如圖 5.3 所示：Scope of H.323H.323終端H.323終端H.323終端H.323終端H.323終端H.323終端Guaranteed QoS LANPSTNN-ISDNB-ISDN圖 5.3基于 IP 網絡的

28、H.323 的系統終端是 PBN 中能提供實時、雙向通信的節點設備。下一小節將作進一步介紹。網關是 H.323 會議系統的一個可選組件。網關能提供很多服務，其中包含 H.323 會議節點設備與其他 ITU 標準相兼容的終端之間的轉換功能。這種功能包括傳輸格式的轉換（如H.225.0 到 H.221）和通信規程的轉換（如 H.245 到 H.242）。另外，在 PBN 端和電路交換網絡 SCN 端之間，網關還執行語音和圖像編轉換工作，以及呼叫建立和拆除工作。終端使用 H.245 和 H.225.0 協議與網關進行通信。采用適當的器，H.323 網關可支持符合H.310、H.321、H.322 以

29、及 V.70 標準的終端。關守也是 H.323 系統的一個可選組件，其功能是向 H.323 節點提供呼叫服務。當系統中存在 H.323 關守時，它必須提供以下四種服務：地址、帶寬、及區管理功能。帶寬管理、呼叫鑒權、呼叫和呼叫管理等為關守的可選功能。雖然從邏輯上，120H.321終端H.320終端語音終端H.323終端語音終端H.323終端V.70終端H.321終端第五章 VoIP 技術及應用關守和 H.323 節點設備是分離的，但是生產商可以將關守的功能融入 H.323 終端、網關和多點單元等物理設備中。由單一關守管理的所有終端、網關和多點單元的集合，被稱為 H.323 區。多點單元（MCU）

30、支持三個以上節點設備的會議。在 H.323 系統中，一個多點單元由一個多點器 MC 和幾個多點處理器 MP 組成，但也可以不包含 MP。MC 處理終端間的 H.245信息，從而決定它對和音頻的通常處理能力。在必要的情況下，MC還可以通過哪些流和音頻流需要多點廣播來會議。MCU 并不直接處理任何信息流，而將它留給 MP 來處理。MP 對音頻、或數據信息進行混合、切換和處理。MC 和 MP 可能存在于一臺設備或作為其他的 H.323 組件的一部分。 H.323 終端的終端是分組網絡中能提供實時、雙向通信的節點設備，也是一種終端用戶設備，可以和網關、多點接入單元通信。所有終端都必須支持

31、語音通信，和數據通信可選。H.323規定了不同的音頻、或數據終端協同工作所需的操作模式。它將是下一代因特網、音頻會議終端和會議技術的主要標準。圖 5.4 所示為 H.323 終端的組成框圖：話音編G.711 G.723 G.729.A音頻I/O設備接受路徑時延(RTP圖像編器RTCP）I/O設備H.261 H.263數據設備數據接口T.120H.225.0LAN系統層接口系統控制用戶呼叫H.225.0接口RASH.225.0121H.245系統第五章 VoIP 技術及應用圖 5.4H.323 終端組成在發端，從輸入設備獲取的和音頻信號，經編碼器壓縮后，按照一定格式打包，通過網絡出去，在收端，來

32、自網絡的數據包首先被解包，獲得的、音頻壓縮數據經解碼后送入輸出設備，用戶數據和數據也得到了相應的處理。它所包含的各個功能單元及其標準備或協議分別是：編（H.263/ H.261）：完成對碼流的冗余壓縮編碼。音頻編（H.723.1 等）：完成語音信號的編，并在接收端可選擇地加入緩沖延遲以保證語音的連續性。所采用的標準為 ITU-T 的 H.723.1，它提供 5.3kbit/s 和 5.3kbit/s 兩種碼率，采用線性綜合分析編碼方法，分別使用代數碼本激勵線性和多脈沖最大似然量化，從而各自獲得編碼復雜度和質量的優化。各種數據應用：包括電子白板、靜止圖像傳輸、文件交換、數據庫共存、數據會議、運程

33、設備等，可用的標準為 T.120、T.84、T.434 等。單元（H.245）：提供端到端信令，以保證 H.323 終端的正常通信。所采用的協議為H.245（多通信協議），它定義了請求、應答、信令和指示四種信息，通過各種終端間進行通信能力協商，打開/關閉邏輯信道，命令或指示等操作，完成對通信的。H.225 層：將、音頻、等數據格式化并，同時從網絡接收數據。另外，還負責處理一些諸如邏輯分幀、加序列號、錯誤檢測等功能。5.1.4SIP 標準SIP(Session Initiation Protocal)稱為會話發起協議，是由 IETF（Internet EngineeringTask Force）

34、組織于 1999 年提出的一個在基于 IP 網絡中，特別是在 Internet 的網絡環境中，實現實時通訊應用的一種信令協議。而所謂的會話（Session），就是指用戶之間的。在基于 SIP 協議的應用中，每一個會話可以是各種不同的數據，可以是普通的文本數據，也122第五章 VoIP 技術及應用可以是經過數字化處理的音頻、數據，還可以是諸如等應用的數據，應用具有巨大的靈活性。作為一個 IETF 提出的標準，SIP 協議在很大程度上借鑒了其他各種廣泛存在的 Internet協議， 如 HTTP（超文本傳輸協議）、SMTP（簡單郵件傳輸協議）等，和這些協議一樣 SIP也采用的基于文本的編碼方式，這

35、也是 SIP 協議同通訊領域其他現有標準相比最大的特點之一。 SIP 通信協議棧SIP 是一個分層結構的協議，這意味著它的行為根據一組平等的處理階段來描述，每一階段之間只是松耦合。協議分層描述是為了表達，從而功能的描述可在一個部分幾個元素。它不指定任何方式的實現。當我們說某元素包含某層，我們是指它順從該層定義的規則集。不是協議規定的每個元素都包含各層。而且，由 SIP 規定的元素是邏輯元素，不是物理元素。一個物理實現可以選擇作為不同的邏輯元素，甚至可能在一個個事務的基礎上。SIP 的最底層是語法和編碼。它的編碼使用增強 Backus-Nayr 形式語法（BNF）來規定。第二層是傳

36、輸層。它定義了網絡上一個客戶機如何請求和接收響應以及一個服務器如何接收請求和響應。所有的 SIP 元素包含傳輸層。第三層是事務層。事務是 SIP 的基本元素。一個事務是由客戶機事務給服務器事務的請求（使用傳輸層），以及對應該請求的從服務器事務回客戶機的所有響應組成。事務層處理應用層重傳，匹配響應到請求，以及應用層超時。任何用戶客戶機（UAC）完成的任務使用一組事務產生。用戶包含一個事務層，有狀態的也有。無狀態的不包含事務層。事務層具有客戶機組成部分（稱為客戶機事務）123第五章 VoIP 技術及應用和服務器組成部分（稱為服務器事務），每個代表有限的狀態機，它被構造來處理特定的請求。事務層之上的

37、層稱為事務用戶（TU）。每個 SIP 實體，除了無狀態，都是事務用戶。當一個 TU 希望請求，它生成一個客戶機事務實例并且向它傳遞請求和 IP 地址，端口，和用來請求的傳輸機制。一個 TU 生成客戶機事務也能夠刪除它。當客戶機取消一個事務時，它請求服務器停止進一步的處理，將狀態恢復到事務初始化之前，并且生成特定的錯誤響應到該事務。這由 CANCEL 請求完成，它的事務，但涉及要取消的事務。SIP通過形式的地址來標明用戶地址。每一用戶通過一等級化的 URL 來標識，它通過諸如用戶號碼或主機名等元素來構造（例如：SIP:user）。因為它與地址的相似性，SIP URLs 容易于用戶的地址關聯。SI

38、P提供它的可靠性機制從而于分組層，并且只需不可靠的數據包服務即可。SIP可典型地用于 UDP 或 TCP 之上。SIP 提供必要的協議機制以保證終端系統和服務器提供以下業務：用戶、用戶能力、用戶可用性、呼叫建立、呼叫處理、呼叫前轉（包括：等效800 類型的呼叫；無應答呼叫前轉；遇忙呼叫前轉；無條件呼叫前轉）、呼叫號碼傳遞（該號碼可以是任何命名機制）、個人移動性（例如通過一個單一的、位置無關的地址來到達被呼叫方，即使被呼叫方改變了終端）、終端類型的協商和選擇（呼叫者可以給出選擇如何到達對方，例如通過因特網，移動或應答業務等）、終端能力協商、呼叫者和被呼叫者鑒權、不知情和指導式的呼叫轉移、多播會議

39、的邀請等。當一用戶希望呼叫另一用戶，呼叫者用 INVITE 請求初始呼叫，請求包含足夠的信息用以124第五章 VoIP 技術及應用被呼叫方參與會話。如果客戶機知道另一方的位置它能夠直接將請求到另一方的 IP 地址。如果不知道，客戶機將請求到本地配置的 SIP 網絡服務器。如果服務器是服務器它將被呼叫用戶的位置并且將請求給它們。有很多方法完成上步，例如搜索 DNS 或訪問數據庫。服務器也可以是重定向服務器，它可以返回被呼叫用戶的位置到呼叫客戶機用以它直接與用戶。在用戶的過程中，SIP 網絡服務器當然能夠或重定向呼叫到其它的服務器，直到到達一個明確地知道被呼叫用戶 IP 地址的服務器。一旦發現用戶

40、地址，請求就給該用戶，此時將產生幾種選擇。在最簡單的情況，用戶客戶機接收請求也就是，用戶的振鈴。如果用戶接受呼叫，客戶機用客戶機軟件的指定能力響應請求并且建立連接。如果用戶拒絕呼叫，會話將被重定向到語音郵箱服務器或另一用戶。“指定能力”參照用戶想啟用的功能。例如，客戶機軟件可以支持會議，但用戶只想使用音頻會議，那則只會啟用音頻功能。SIP 還具有另外兩個有重要意義的特征。第一個是有狀態 SIP服務器具有分割入呼叫或入呼叫的能力，從而可以同時運行幾個擴展分支。第一個應答的分支接受呼叫。該特征在用戶工作在兩位置之間（例如和辦公室）或者同時對經理和其振鈴時是非常便利的。第二個特征是 SIP 獨特的返

41、回不同類型的能力。舉個用戶公司的例子。當SIP 服務器接收到客戶機的連接請求，它能夠通過 WEB 交互式語音響應頁面來返回到顧客的客戶機，該頁面具有可獲得的部門分支或提供在列表上的用戶。點擊適當的后將一請求到所點擊選擇的用戶從而建立起呼叫。 SIP 協議的發展SIP 協議的提出和發展，是伴隨著 Internet 的發展而發展的，到目前為止它走過了以下幾個階段：125第五章 VoIP 技術及應用1996 年首先出現了 SIP 的概念，這時 SIP 的主要應用是Internet 上的各種文本應用，如電子郵件、文字聊天等；1999 年 3 月，ITEF 的多方多會晤（MMUSIC）工作

42、組提出了 RFC2543 建議，供各廠商和機構討論；1999 年 9 月，SIP 工作組從 MMUSIC 中分離并出來，成立了 SIP 工作組，并與 2000年 7 月了 SIP 的草案；2002 年 6 月，ITEF 的 SIP 工作組又了 RFC3261 建議，以取代 RFC2543。由于網絡環境以及相關多技術的不足，在 SIP 協議首次提出的時候，僅僅各種文本應用，隨著技術的發展，并通過和 IETF 中 IP工作組（IPTEL）、IP 網中選路（TRIP）工作組等兄弟工作組配合工作，在 SIP 協議中大大加強了對多通訊的支持。由于 Internet 的飛速發展，在最近的兩年時間內， SI

43、P 已經開始被 ITU-T SG16、ETSITIPON（歐洲標準化組織），IMTE 等各種標準化組織所接受，并在這些組織中成立了與 SIP相關的工作組。特別是作為 ITU-T SG16 主要成員的 RADVISION 公司，在多年發展 H323應用的基礎上，SIP 應用在領域的特點，提出了 SIP 的應用指導，并推出了相應的SIP 協議棧，使得 ITU 的成員實現了這兩種協議之間的互通性。并且在該技術的指導下，RADVISION 公司的 ViaIP極大地豐富了基于 SIP 協議在通訊領域地應用，不但解決了 SIP終端無法實現多方會議的缺陷，同時實現了在同一個會議中，SIP 終端和 H323終

44、端互通這一性的應用，從而極大地擴展了 SIP 協議在通訊領域的生命力。 SIP 系統的按邏輯功能區分，SIP 系統由 4 種元素組成：SIP 用戶，SIP服務器，重定向服務器以及 SIP服務器。SIP 用戶：又稱為 SIP 終端，是 SIP 系統中的端用戶，在 RFC3261 中將它們定義為126第五章 VoIP 技術及應用一個應用。根據它們在會話中扮演的的不同，又可分為用戶客戶機（UAC） 和用戶服務器（UAS）2 種。其中前者用于發起呼叫請求，后者用于響應呼叫請求。SIP服務器（SIP Proxy Server）：是一個中間元素，它既是一個客戶機又是一個服務器，具有名字的能力

45、，能夠前面的用戶向下一跳服務器發出呼叫請求。然后服務器決定下一跳的地址。重定向服務器 （Redirect Server）：是一個SIP 呼叫路徑的服務器，在獲得了下一跳的地址后，立刻告訴前面的用戶，讓該用戶直接向下一跳地址發出請求而則對這個呼叫的。SIP服務器 （SIP Register Server）：用來完成對 UAS 的登錄，在 SIP 系統的網元中，所有 UAS 都要在某個登錄服務器中登錄，以便 UAC 通過服務器能找到它們。SIP 在設計上充分考慮了對其它協議的擴展適應性。它支持許多種地址描述和尋址，包括用戶名主機地址：被叫號碼PSTN 網關地址：Tel:普通的描述等。這樣，SIP

46、主叫按照 被叫地址就可以識別出被叫在傳統網上的位置，然后通過一個與傳統網相連的網關發起并建立呼叫。SIP 最強大之處就是用戶功能。SIP 本身含有向服務器的功能，也可以利用 其它服務器 DNS、LDAP 等提供的服務來增強其定位功能。SIP 共規定了六種信令：INVITE、ACK、CANCEL、OPTIONS、BYE、REGISTER。其中 INVITE 和 ACK 用于建立呼叫，完成三次握手，或者用于建立以后改變會話屬性；BYE 用以結束會話；TIONS 用 于服務器能力；CANCEL 用于取消已經發出但未最終結束的請求；REGISTER 用于客戶出向服 務器用戶位置等消息。SIP 協議支持

47、三種呼叫方式：127第五章 VoIP 技術及應用1、由用戶服務機（UAC）向用戶服務器（UAS）直接呼叫；2、由 UAC 在重定向服務器的輔助下進行重定向呼叫；3、由服務器代表 UAC 向被叫發起呼叫。圖 5.5 所示為一個 SIP 呼叫建立過程的示意圖，一個 SIP 終端發起呼叫后，通過SIP服務器以及重定向服務器，找到目標終端，并實現連接。圖 5.5 SIP 的呼叫建立過程5.2VoIP 原理及5.2.1IP通信原理及體系結構 Internet 語音通信概述Internet 是由眾多不同的計算機網絡互聯組成的，遍布世界各地，使用標準的 TCP/IP 協議相互通信和交換數據。T

48、CP/IP 協議將要傳輸的計算機數據分組排隊，每個組均包含地址及數據重組信息，確保數據安全和數據包交換正確無誤。Internet 語音通信基本過程可以作如下描述：首先，雙方用戶都通過計算機向 ISP 發出業務請求，ISP 經過認證后，與計算機建立連接，并為計算機提供數據轉發。當呼叫開始后，端通過語音輸入設備（麥克風等）將語音信號傳送到計算機內，計算機經過處理形128第五章 VoIP 技術及應用成 IP 包，然后通過 ISP到 Internet 上。IP 包內含目的地地址信息，供 Internet 選路用。數據到達接收端后，由接收方 ISP 轉接到被叫終端。然后，被叫端將 IP 數據包還原成語音

49、信息，經由語音輸出設備（音箱等）發出。如此這樣，就完成了一個 Internet 的語音通信過程。與電路交換的語音通信不同，Internet 語音通信是面向無連接的，它具有如下特點：(1) 通信雙方不需要進行鏈路建立的初始化過程，可以隨時數據。(2) Internet 內所有路由都是共享的，聯入 Internet 網的計算機均不獨占路由。(3) 由于數據包需要排隊傳輸，會產生時延。(4) 用戶計算機至 ISP 的通信通過公眾網（PSTN），所以仍然會獨占該段通信路由。由于 IP是基于 Internet 傳輸的，所以 IP的通信原理與 Internet 數據通信原理很類似，區別在于要考慮和 PST

50、N 的連接，所以也存在鏈路建立和方面的問題。 分組交換的特點IP網絡是基于分組交換的體系結構的系統，而分組交換既解決了電路交換不利于實現不同類型的數據終端設備之間的相互通信的，又克服了報文交換信息傳輸時延太長、不滿足許多數據通信系統的實時性要求的缺點。分組交換仍舊采用了報文交換的"一轉發"方式，但不像報文交換那樣以報文為交換，而是把報文截成許多比較短的、被規格化了的"分組（packet）"進行交換和傳輸。由于分組長度較短，具有統一的格式，便于在交換機中和處理，"分組"進入交換機后只在主存儲器中停留很短的時間，進行排隊和處

51、理，一旦確定了新的路由，就很快輸出到下一個交換機和用戶終端，"分組"穿過交換機或網路的時間很短（"分組"穿過一個交換機的時延平均為數毫秒或更短），能夠滿足絕大多數數據通信用戶對信息傳輸的實時性要求。分組交換的主要優點是：(1) 為用戶提供了不同速率、不同代碼、不同同步方式、不同通信規程的數據終端之129第五章 VoIP 技術及應用間能夠相互通信的靈活的通信環境。(2)信息的傳輸時延較小，而且變化范圍不大，能夠較好地滿足會話型通信的實時性要求。(3)實現線路的動態統計時分復用，通信線路的利用率很高。在一條物理線路上可以同時提供多條信息通路。(4)可靠性高。

52、每個分組在網絡中傳輸時可以在網絡上分段地進行差錯校驗，使信息在分組交換網中傳輸的比特誤碼率大大降低，一般可達 10 以下，由于"分組"在分組交換網中傳輸的路由是可變的，當網中的線路或設備發生故障時，"分組"可以自動地選擇一條新的路由避開故障點，使通信中斷。(5)性好。信息以"分組"為在交換機中和處理，不要求交換機有很大的容量，降低了網內設備的費用。對線路的動態統計時分復用也大大降低了用戶的通信費用。分組交換網通過網絡和管理中心（NCC）對網內設備實行比較集中的和維護管理，節省維護用。分組交換的主要缺點是：(1)由于網絡附加的傳輸信息很多，長報文通信的傳輸效率比較低。當把一份報文劃分成許多分組在交換網內傳輸時，為了保證這些分組能夠按照正確的路徑安全準確地到達終點，要給每個數據分組加上信息（分組頭），除此之外還要設計許多不包含數據信息的分組，用它們來實現數據通路的建立、保持和拆除，并進行差錯以及數據流量等。在交換網內除了用戶數據傳輸外，還有許多輔助信息在網內，對較長的報文來說，分組交換的傳輸效率就不如電路交換和報文交換的高。(2)技術實現復雜。分組交換機要對各種類型的