IP電話系統(tǒng)和呼叫路由技術（1）

2019-11-03 09:04:38

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供稿：網(wǎng)友

第2講 H.323 ip電話系統(tǒng)及域內呼叫路由
趙志峰1, 2, 3　楊永康2　　仇佩亮1

（1. 浙江大學博士后科研流動站　　杭州310027）

（2. 東方通信博士后科研工作站　　杭州310053）

（3. 解放軍理工大學通信工程學院　　南京210007）

　　摘要本文首先介紹了IP電話系統(tǒng)的發(fā)展概況。然后對業(yè)界提出最早也最為成熟的IP電話標準H.323進行了介紹，包括H.323的協(xié)議組成、系統(tǒng)結構等。在對RAS協(xié)議及其作用進行了介紹后，分析了H.323 IP電話系統(tǒng)的域內呼叫路由過程。文章的最后給出了H.323呼叫路由技術的最新進展。

　　關鍵詞 H.323 IP電話系統(tǒng) 呼叫路由 RAS 管理區(qū) 管理域

1 引言

　　對分組話音技術的研究最早由美國國防部于20世紀70年代發(fā)起。受硬件、軟件、網(wǎng)絡技術發(fā)展的限制，當時并沒有得到大規(guī)模的應用。進入20世紀90年代后，以TCP/IP為核心協(xié)議的因特網(wǎng)在全球范圍內得到了迅猛發(fā)展。隨著骨干網(wǎng)、接入網(wǎng)、局域網(wǎng)帶寬的成倍增長，因特網(wǎng)的傳送內容也從單純的數(shù)據(jù)業(yè)務進入包括聲音和圖像在內的多媒體通信領域?；贗P的分組語音業(yè)務——IP電話應用就是在這樣的背景下產(chǎn)生的[1]。

　　與傳統(tǒng)話音技術相比，IP電話采用了壓縮話音編碼和分組統(tǒng)計復用技術，帶寬利用率高，價格低廉。在基于IP這樣的開放網(wǎng)絡架構上，可以方便、快速、低成本地開展IP電話服務。這些特點使得IP電話在資費方面有天生的優(yōu)勢，其發(fā)展速度異常驚人。據(jù)報道，至2003年3月我國IP電話的通話時間已經(jīng)開始超過普通長途電話業(yè)務的通話時間。

　　目前實現(xiàn)IP電話系統(tǒng)的技術有兩種：H.323和SIP（session Initiation PRotocol）。其中H.323由ITU-T制定，1996年推出了協(xié)議的版本1，實現(xiàn)了通過局域網(wǎng)進行多媒體通信。后來ITU-T對H.323協(xié)議進行了修訂和改進，并先后推出了版本2、3和4[2]，可以支持廣域網(wǎng)上的多媒體通信。與此同時IETF也在積極地制定基于IP網(wǎng)的多媒體通信協(xié)議，并于1999年推出了SIP的第1版本。在對SIP進行了修訂后，又于2002年6月推出了第2版本[3]。

　　H.323經(jīng)過多年的發(fā)展和完善，比較完備。目前全球商用的IP電話系統(tǒng)大都采用H.323技術。但其缺點是協(xié)議過于復雜，且版本太多。由于SIP簡單高效得到了業(yè)界的普遍關注和認可，是IP電話技術發(fā)展的重要方向之一。

　　在IP電話系統(tǒng)中，話音和控制報文都是使用TCP / IP通過IP地址及端口號來尋址的。用戶的標識可以使用滿足E.164標準的電話號碼，也可以使用因特網(wǎng)中常用的各種別名地址。其呼叫路由要比普通電話系統(tǒng)復雜得多。本系列講座將對IP電話系統(tǒng)中的呼叫路由技術進行全面的闡述和分析。

2 H.323 IP電話系統(tǒng)

　　H.323標準是業(yè)界提出最早也最為成熟的IP電話標準。其設計目標是在分組網(wǎng)絡上提供話音、數(shù)據(jù)和視頻及其組合的多媒體通信服務。ITU-T于1996推出的H.323版本1的應用環(huán)境是局域網(wǎng)。1998年推出的版本2將應用環(huán)境擴展到了廣域的分組網(wǎng)絡。在版本2的基礎上增加了快速連接、帶寬管理等功能后，又于1999年推出了版本3，使H.323 IP電話系統(tǒng)的可擴展性得到了進一步提高。2000年推出的版本4加入了分離網(wǎng)關結構，并使用H.248協(xié)議來控制網(wǎng)關的行為。增加了H.323 IP電話系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡的互通性，并且順應了向軟交換架構演進的潮流。目前正在制定協(xié)議的第5個版本。

2.1 協(xié)議組成

　　H.323協(xié)議描述了在分組網(wǎng)上實現(xiàn)多媒體通信的系統(tǒng)定義和一般的控制過程。它需要一組協(xié)議的支持，包括呼叫控制協(xié)議、媒體控制協(xié)議和音視頻編碼協(xié)議等。它們和H.323組合起來構成了H.323系統(tǒng)的技術標準。

　　在H.323 IP電話系統(tǒng)中，話音編碼使用ITU-T G系列建議，其中G.711為必備編碼方式，其他的常用編碼方式有G.723.1、G.729A等。視頻編碼采用H.260系列建議，比如H.261、H.263等。音頻和視頻編碼后的信息都封裝在RTP中通過UDP來傳送。數(shù)據(jù)通信采用T.120建議，通過可靠的TCP來傳送。

　　H.225.0[4]和H.245[5]是H.323系統(tǒng)的兩個核心協(xié)議。H.225.0主要用于呼叫控制，而H.245用于控制媒體信道的建立、維護和釋放。

　　在H.323系統(tǒng)中，一個呼叫可以同時包含多種媒體信息（音頻、視頻等），每種媒體信息在一個邏輯信道上傳送。在發(fā)起呼叫時，首先使用H.225.0呼叫控制協(xié)議在主被叫之間建立呼叫聯(lián)系，同時建立H.245控制信道。然后使用H.245控制信道根據(jù)呼叫的特征建立不同的媒體信道（即邏輯信道），使得多媒體信息在不同的媒體信道上傳送。

2.2 系統(tǒng)結構

　　H.323系統(tǒng)結構，其中包括終端（terminal）、網(wǎng)關（gateway）、網(wǎng)守（gatekeeper）、多點控制單元（MCU,Multipoint Control Unit）等功能實體。

　　終端是H.323系統(tǒng)中面向用戶的設備，它可以與其他終端設備、網(wǎng)關或多點控制單元進行通信，支持語音、數(shù)據(jù)和視頻信息的交互。其要完成的主要功能包括：音頻編解碼、視頻編解碼、多媒體信息封裝傳送、終端接入控制、呼叫控制、邏輯信道控制等。

　　網(wǎng)關是H.323系統(tǒng)與現(xiàn)有電路交換網(wǎng)的互通點。其核心功能是對不同系統(tǒng)的媒體信息和信令信息進行轉換，以實現(xiàn)這些系統(tǒng)與H.323系統(tǒng)的互通。因此，除支持音視頻編解碼外，網(wǎng)關還要支持呼叫控制、邏輯信道控制等信令功能。由于網(wǎng)關的任務繁重，當容量要求較高時可以采用H.323版本4提出的分離網(wǎng)關結構，實現(xiàn)媒體信息和信令的分開處理。

　　網(wǎng)守是H.323系統(tǒng)中的管理實體，它提供對終端和呼叫的管理功能。其主要功能包括：地址翻譯、呼叫接納控制、帶寬控制、區(qū)域管理、呼叫控制、呼叫鑒權、帶寬管理等。H.323 IP電話系統(tǒng)中的呼叫路由就是由終端、網(wǎng)關和網(wǎng)守合作完成的。

　　多點控制單元（MCU）是H.323系統(tǒng)中實現(xiàn)會議通信的重要設備，它包含多點控制（MC）功能。通過H.245協(xié)議過程來實現(xiàn)對參加會議的多個成員進行控制。實現(xiàn)會議通信的另一個功能實體是多點處理（MP）功能，它接收參加會議成員的音視頻信息，經(jīng)過混合、交換等處理后回送給各成員。在集中式多點會議中，多點控制單元（MCU）應包含多點處理（MP）功能。

　　在H.323的功能實體中，與呼叫路由相關的功能實體包括了終端和網(wǎng)守。涉及到的協(xié)議主要是H.225.0中的RAS（Registration, Admission and Status）部分。因此，我們將在第3節(jié)對H.225.0的RAS協(xié)議及其作用進行介紹。2.3 管理區(qū)和管理域

　　在H.323系統(tǒng)中，網(wǎng)守是網(wǎng)絡的管理點。一個網(wǎng)守管理的所有終端、網(wǎng)關和MCU的集合稱為一個管理區(qū)（zone）。一個管理區(qū)中的各網(wǎng)絡單元通過下層的分組網(wǎng)絡進行通信，因此管理區(qū)的物理拓撲可以是多種多樣的。

　　在組網(wǎng)中，通常又將同屬于一個運營機構管轄的H.323實體的集合稱為一個管理域（domain）。在一個管理域中，可以包含多個管理區(qū)（即多個管理區(qū)），管理區(qū)間的終端通過各自所屬的網(wǎng)守間的配合實現(xiàn)相互間的通信。不同管理域之間則通過邊界網(wǎng)守實現(xiàn)業(yè)務互通。

3 RAS協(xié)議及作用

　　H.225.0是H.323系統(tǒng)的核心協(xié)議之一，它由三部分組成：呼叫控制、RAS和如何用RTP對音視頻信號進行封裝；H.225.0的呼叫控制信令源自Q.931，其功能是在H.323端點（包括終端和網(wǎng)關）之間建立呼叫聯(lián)系，包括呼叫的建立和拆除等流程；RAS是端點和網(wǎng)守之間的協(xié)議，主要完成登記、定位、呼叫接納等管理功能。它主要包含以下協(xié)議過程。

　　網(wǎng)守搜索：用于端點自動搜索其歸屬網(wǎng)守。使用的消息有GRQ（Gatekeeper Request）、GRJ（Gatekeeper Reject）、GCF（Gatekeeper Confirm）。端點采用多播地址發(fā)送GRQ尋找自己的歸屬網(wǎng)守，可用的歸屬網(wǎng)守以GCF回應。端點收到確認后，選擇自己的網(wǎng)守，獲得并記錄網(wǎng)守的RAS地址供后續(xù)RAS消息使用。

　　端點登記：用于端點向歸屬網(wǎng)守登記/去登記其自身的信息，包括別名地址（E.164地址或H.323標識）和呼叫信令運輸層地址。端點必須在登記后才能發(fā)起和接受呼叫，登記表明端點加入了某管理區(qū)。用于登記的消息有RRQ（Registration Request）、RCF（Registration Confirm）、RRJ（Registration Reject）。用于去登記的消息有URQ（Unregistration Request）、UCF（Unregistration Confirm）、URJ（Unregistration Reject）。端點使用RRQ向搜索到的歸屬網(wǎng)守登記，登記成功則網(wǎng)守以RCF回應。端點通過URQ向自己登記的歸屬網(wǎng)守去登記，去登記成功后網(wǎng)守以UCF響應。

　　呼叫接納：用于網(wǎng)守控制端點的呼叫接入，包括用戶接入認證、地址解析。使用的消息有ARQ（Admission Request）、ACF（Admission Confirm）、ARJ（Admission Reject）。當端點發(fā)起呼叫時，它首先向歸屬網(wǎng)守發(fā)送ARQ消息，包含認證信息、目的地地址和所要求的帶寬等。網(wǎng)守對用戶進行認證，對目的地址進行解析。如果網(wǎng)守同意發(fā)起此呼叫，就向端點回送ACF，包含允許分配的帶寬和翻譯后所得的被叫呼叫信令運輸層地址或網(wǎng)守的呼叫信令運輸層地址（取決于采用直選路由方式還是網(wǎng)守選路方式）。H.225.0呼叫控制協(xié)議就使用此呼叫信令運輸層地址來發(fā)起呼叫。當端點收到入呼請求時，也要向其網(wǎng)守發(fā)送ARQ消息進行認證。如果網(wǎng)守同意端點接收該呼叫，就回送ACF，端點才可繼續(xù)處理入呼流程。

　　定位功能：指請求網(wǎng)守提供地址翻譯功能。使用的消息有LRQ（Location Request）、LCF（Location Confirm）、LRJ（Location Reject）。當端點或網(wǎng)守知道某一端點的別名地址，需要知道其呼叫信令運輸層地址時，可向相應的網(wǎng)守發(fā)送LRQ消息。LRQ消息可以以單播或多播方式發(fā)送。當目標端點的網(wǎng)守收到LRQ消息后，通過LCF將該端點的呼叫信令運輸層地址或該網(wǎng)守的呼叫信令運輸層地址回送給請求者?；厮湍膫€地址取決于呼叫信令是采用直接選路方式還是網(wǎng)守選路方式。

　　呼叫退出：用于端點或網(wǎng)守切斷當前呼叫。使用的消息有DRQ（Disengage Request）、DCF（Disengage Confirm）、DRJ（Disengage Reject）。

　　帶寬管理：用于端點或網(wǎng)守在呼叫中途改變呼叫接納時確定的帶寬。使用的消息包括BRQ（Bandwidth Request）、BCF（Bandwidth Confirm）、BRJ（Bandwidth Reject）。

　　狀態(tài)功能：用于網(wǎng)守向端點查詢呼叫或端點狀態(tài)信息，端點也可以按照設置周期性地向網(wǎng)守報告狀態(tài)信息。使用的消息包括IRQ（Info Request）、IRR（Info Request Response）、IACK（Info Request Ack）、INAK（Info Request Nak）。

　　資源功能：用于網(wǎng)關向網(wǎng)守報告其當前可用資源的情況，包括可用的容量、支持的協(xié)議及數(shù)據(jù)速率等信息。使用的消息包括RAI（Resource Availa-ble Indication）、RAC（Resource Available Confirm）。

4 域內呼叫路由

　　在一個管理域內部，終端間的呼叫路由相對來說比較容易實現(xiàn)。與現(xiàn)有普通電話網(wǎng)中通過靜態(tài)配置局數(shù)據(jù)來實現(xiàn)呼叫路由不同。H.323系統(tǒng)管理域內的呼叫路由是通過端點的登記和地址解析過程來實現(xiàn)的。這種呼叫路由方式不僅可以對每個呼叫進行認證，還為將來提供終端的移動性支持打下了基礎。

4.1 登記與地址解析過程

　　當端點（終端或網(wǎng)關）啟動時，它先通過網(wǎng)守搜索過程尋找歸屬網(wǎng)守，并獲取網(wǎng)守的RAS地址。然后向網(wǎng)守發(fā)起登記過程，將自己的別名地址、呼叫信令運輸層地址等信息告知網(wǎng)守，將自己納入網(wǎng)守的管理之下。

　　只有成功登記后，端點才可發(fā)起和接收呼叫。若端點要發(fā)起呼叫，必須先通過呼叫接納過程來進行接入認證。將被叫地址和認證信息等發(fā)送給自己的網(wǎng)守，網(wǎng)守負責對端點進行認證并對被叫地址進行解析。認證成功后，端點通過H.225.0呼叫控制協(xié)議使用解析后的呼叫信令運輸層地址發(fā)起呼叫。如果端點收到呼入請求，也要執(zhí)行呼叫接納過程。只有在得到網(wǎng)守的允許后，端點才能接收并處理呼入。

　　RAS的端點定位功能提供了另一種靈活的地址解析手段。端點定位請求LRQ可以由終端和網(wǎng)守以單播或多播方式發(fā)起。被解析端點的網(wǎng)守將以適當?shù)暮艚行帕钸\輸層地址回應。在實際組網(wǎng)和使用過程中，端點定位功能可以靈活地加以運用。

4.2 區(qū)內呼叫路由

　　當主叫和被叫端點都屬于同一個網(wǎng)守時，我們稱之為區(qū)內呼叫。終端1（也可以是網(wǎng)關）和終端2啟動時，它們都要使用RRQ來向網(wǎng)守登記，報告自己的別名地址和呼叫信令運輸層地址。網(wǎng)守記錄這些信息后以RCF確認終端登記成功。

　　當終端1向終端2發(fā)起呼叫時，它向網(wǎng)守發(fā)送ARQ，包含被叫終端2的別名地址和認證及其他信息。網(wǎng)守收到ARQ后發(fā)現(xiàn)終端2也屬于本網(wǎng)守的管轄范圍，就通過查找登記信息獲取終端2的呼叫信令運輸層地址。網(wǎng)守通過認證確認終端1可以發(fā)起呼叫，就回送ACF。如果采用直接選路方式，網(wǎng)守就將在ACF中包含終端2的呼叫信令運輸層地址。如果采用網(wǎng)守選路方式，在ACF中包含網(wǎng)守自己的呼叫信令運輸層地址。終端1得到網(wǎng)守的確認消息ACF后，就向解析得到的呼叫信令運輸層地址發(fā)送Setup消息來發(fā)起呼叫。

4.3 區(qū)間呼叫路由

　　當主叫端點和被叫端點分屬不同的網(wǎng)守時，就需要端點定位功能的支持。終端1和終端2在啟動后分別向其所屬的網(wǎng)守注冊，收到網(wǎng)守的RCF后表明注冊成功。終端才可發(fā)起和接收呼叫。

　　當終端1想要呼叫終端2時，它向自己的網(wǎng)守發(fā)送ARQ，請求接入認證和地址解析。網(wǎng)守1分析被叫地址發(fā)現(xiàn)終端2不在自己的管轄范圍內，它無法解析地址，就發(fā)送LRQ消息。LRQ可以通過多播方式來發(fā)送，也可以經(jīng)過單播方式來發(fā)送。LRQ可能需要多個中間網(wǎng)守的轉發(fā)才能夠到達終端2的網(wǎng)守。LRQ的轉發(fā)路徑H.323未做規(guī)定，其最大轉發(fā)跳數(shù)可以在LRQ消息中指定。當轉發(fā)次數(shù)超過指定跳數(shù)時，將不再轉發(fā)，而以LRJ回應。

　　當網(wǎng)守2收到LRQ后，發(fā)現(xiàn)自己可以解析終端2的地址，就將適當?shù)暮艚行帕钸\輸層地址通過LCF回送給網(wǎng)守1（也可能經(jīng)過多個中間網(wǎng)守的轉發(fā)）。此LCF中包含的呼叫信令運輸層地址可以是網(wǎng)守2的，也可以是終端2的，這與被叫端采用的呼叫選路模式相關。

　　網(wǎng)守1收到LCF后，得知端點定位成功。根據(jù)采用的呼叫選路模式通過ACF將自己的呼叫信令運輸層地址或LCF中包含的呼叫信令運輸層地址返回給終端1。終端1收到ACF后，獲知被允許發(fā)起呼叫。就向ACF中包含的呼叫信令運輸層地址發(fā)送Setup消息來發(fā)起呼叫。

4.4 實例介紹

　　在我國信息產(chǎn)業(yè)部頒布的“IP電話/傳真業(yè)務總體技術要求”[6]中，規(guī)定了我國的H.323 IP電話網(wǎng)采用兩級網(wǎng)守的體系結構，即頂級網(wǎng)守和一級網(wǎng)守，在業(yè)務量大的地區(qū)可增加第三級網(wǎng)守。為了體現(xiàn)層次化網(wǎng)守的概念，下級網(wǎng)守在啟動時要向其上級網(wǎng)守注冊。當需要解析位于不同網(wǎng)守的終端的地址時，主叫網(wǎng)守使用LRQ消息按照層次化的結構先上行后下行將消息發(fā)送給被叫網(wǎng)守。解析結果通過LCF按原路返回到主叫網(wǎng)守，從而實現(xiàn)了區(qū)間路由。

5 呼叫路由的發(fā)展

　　H.323最初是為局域網(wǎng)應用設計的，因此對大規(guī)模組網(wǎng)、互通等問題考慮較少。雖然從版本2開始，H.323可以用于廣域網(wǎng)，但也沒有明確規(guī)定網(wǎng)守之間的通信。由于RAS協(xié)議中的LRQ具備終端定位功能，它可以用于網(wǎng)守之間的地址解析。我國的IP電話技術要求就在ITU-T的標準中加入了網(wǎng)守間的登記過程，使用LRQ來進行區(qū)間的呼叫路由。

　　ITU-T于2002年11月正式通過并且發(fā)布的H.225.0 Annex G Version 2[7]標準可以用于區(qū)間和域間的通信。但在其示例應用中，仍沿用了Version 1使用LRQ進行區(qū)間通信的方法。如何將H.225.0 Annex G應用于區(qū)間通信仍需進一步研究和明確。

參考文獻

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[2] ITU-T.Recommendation H.323 ( 2000 ), Packet-Based Multimedia Communications Systems

[3] IETF. RFC 3261: Session Initiation Protocol. June 2002

[4] ITU-T Recommendation H.225.0 ( 2000 ), Call Signalling Protocols and Media Stream Packetization for Packet Based Multimedia Communication Systems

[5] ITU-T.Recommendation H.245 ( 2000 ), Control Protocol for Multimedia Communication

[6] 中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部. IP電話/傳真業(yè)務總體技術要求（Version2）. 2001年

[7] ITU-T. Recommendation H.225.0, Revised Annex G ( Version 2 ) ( 2002 ), Communication between and within Administrative Domains

　　趙志峰，男，1975年3月出生。2002年獲解放軍理工大學通信工程學院通信與信息系統(tǒng)博士學位?，F(xiàn)在浙江大學博士后科研流動站&&東方通信博士后科研工作站從事下一代網(wǎng)絡技術的研究工作。研究方向為下一代網(wǎng)絡、軟交換技術、Ad hoc網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡技術。

　　楊永康，男，東方通信博士后科研工作站導師，東方通信網(wǎng)絡通信研究所副總工程師。

　　仇佩亮，男，浙江大學博士后科研流動站導師，浙江大學信息科學與工程學院常務副院長，博士生導師。

----《中國數(shù)據(jù)通信》