說起VoIP，也許大家對“網(wǎng)絡(luò)電話”這個詞更熟悉一些。其英文原意是Voice Over IP，即承載于IP網(wǎng)上的語音通信。大家熟悉家庭用來上網(wǎng)的ADSL吧，也許有些人還記得前些年用過的吱吱叫的老“貓”。技術(shù)日新月異，前面的技術(shù)都是用電話線上網(wǎng)，現(xiàn)在，VoIP技術(shù)使我們可以在網(wǎng)上打電話，生活就是這樣。

所謂溫故而知新，在學(xué)習(xí)任何新東西以前，我們都最好了解一下其歷史，以做到心中有數(shù)。在了解VoIP之前，我們需要先看一下PSTN，那么，在PSTN之前呢？

PSTN起源

PSTN（Public Switched Telephone Network）的全稱是公共交換電話網(wǎng)，就是我們現(xiàn)在打電話所使用的電話網(wǎng)絡(luò)。

第一次語音傳輸是蘇格蘭人亞歷山大·貝爾(Alexander Granham Bell)在1876年用振鈴電路實現(xiàn)的。在那之前，普遍認為烽火臺是最早的遠程通信方式。其實峰火臺不僅具備通信的完整要素(通信雙方，通信線路及中繼器)，而且還屬于無線通信呢。當(dāng)時沒有電話號碼，相互通話的用戶之間必須有物理線路連接；并且，在同一時間只能有一個用戶可以講話(半雙工)。發(fā)話方通過話音的振動激勵電炭精麥克風(fēng)而轉(zhuǎn)換成電信號，電信號傳到遠端后通過振動對方的揚聲器發(fā)聲，從而傳到對方的耳朵里。

由于每對通話的個體之間都需要單獨的物理線路，如果整個電話網(wǎng)上有10個人，而你想要與另個9個人通話，你家就需要鋪設(shè)9對電話線。同時整個電話網(wǎng)上就需要 10×(10-1)/2=45 對電話線。

當(dāng)電話用戶數(shù)量增加的時候，為每對通話的家庭之間鋪設(shè)電話線是不可能的。因此一種稱為交換機（Switch）的設(shè)備誕生了。它位于整個電話網(wǎng)的中心，用于連接每個用戶。用戶想打電話時，先拿起電話連接到管理交換機的接線員，由接線員負責(zé)接通到對方的線路。這便是最早的電話交換網(wǎng)。

隨著技術(shù)的進步，電子交換機替代了人工交換機，便出現(xiàn)了現(xiàn)代意義的PSTN。隨著通信網(wǎng)絡(luò)的進一步擴大，便出現(xiàn)了許許多多的交換機。交換機間通過中繼線（Trunk）相連。有時一個用戶與另一個用戶通話需要穿越多臺交換機。

后來出現(xiàn)了移動電話（當(dāng)移動電話小到可以拿在手里的時候就開始叫“手機”），專門用于對移動電話進行交換的通信網(wǎng)絡(luò)稱移動網(wǎng)，而原來的程控交換網(wǎng)則叫固定電話網(wǎng)，簡稱固網(wǎng)。簡單來說，移動網(wǎng)就是在普通固網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加了許多基站（Base Station，可以簡單理解為天線），并增加了歸屬位置寄存器（HLR，Home Location Register）和拜訪位置寄存器（VLR，Visitor Location Register），以記錄用戶的位置（在哪個天線的覆蓋范圍內(nèi)）、支持異地漫游等。移動交換中心稱之為MSC（Mobile Switch Center）。

隨著下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）技術(shù)的成熟及下一代移動通信時代的到來，大眾對多媒體業(yè)務(wù)的需求越來越強烈。因而運營商又部署了IMS系統(tǒng)（IP Multimedia Subsystem）。 它運行于標(biāo)準(zhǔn)的IP網(wǎng)絡(luò)上，使用一種基于第三方伙伴計劃（3GPP）的SIP標(biāo)準(zhǔn)的VoIP實現(xiàn)方式。IMS的目標(biāo)不僅是在現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)上提供新的業(yè)務(wù)，而且它還要能提供現(xiàn)在以及未來因特網(wǎng)上能夠承載的所有的業(yè)務(wù)。現(xiàn)代最新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)是LTE（Long Term Evolution，長期演進），為現(xiàn)代的手機及其它移動設(shè)備提供高速的數(shù)據(jù)通信手段。

模擬與數(shù)字信號

現(xiàn)實生活中的一切都是模擬的。模擬量（Analog）是連續(xù)的變化的，如溫度、聲音等。早期的電話網(wǎng)是基于模擬交換的。模擬信號對于人類交流來講非常理想，但它很容易引入噪聲。如果通話雙方距離很遠的話，由于信號的衰減，需要對信號進行放大。問題是信號中經(jīng)常混入線路的噪音，放大信號的同時也放大了噪音，導(dǎo)致信噪比（信號量與噪聲的比例）下降，嚴重時會難以分辨。

數(shù)字（Digital）信號是不連續(xù)的（離散的）。它是按一定的時間間隔（單位時間內(nèi)抽樣的次數(shù)稱為頻率）對模擬信號進行抽樣得出的一些離散值。然后通過量化和編碼過程將這些離散值變成數(shù)字信號。根據(jù)抽樣定理[^1-1]，當(dāng)抽樣頻率是最高模擬信號頻率的兩倍時，就能夠完全還原原來的模擬信號。

[^1-1]: 又稱采樣定理或奈奎斯特·香農(nóng)定理，見 http://zh.wikipedia.org/wiki/采樣定理 。

PCM

PCM（Pulse Code Modulation）的全稱是脈沖編碼調(diào)制。它是一種通用的將模擬信號轉(zhuǎn)換成以0和1表示的數(shù)字信號的方法。

一般來說，人的聲音頻率范圍在 300*Hz* ~ 3400*Hz* 之間， 通過濾波器對超過 4000*Hz* 的頻率過濾出去，便得到 4000*Hz* 內(nèi)的模擬信號。然后根據(jù)抽樣定理，使用 8000*Hz* 進行抽樣，便得到離散的數(shù)字信號。

通過使用壓縮算法（實際為壓擴法，因為有的部分壓縮有的是擴張的。目的是給小信號更多的比特位數(shù)以提高語音質(zhì)量），可以將每一個抽樣值壓縮到8個比特。這樣就得到 8×8000=64000*bit* 的信號。通常我們就簡稱為64*kbit/s*（注意，通常來說，對于二進制數(shù)，1*kbit*=1024*bit*，但此處的k=1000）。

PCM通常有兩種壓縮方式：A律和μ律。其中北美使用μ律，我國和歐洲使用A律。這兩種壓縮方法很相似，都采用8bit的編碼獲得12*bit*到13*bit*的語音質(zhì)量。但在低信噪比的情況下，μ律比A律略好。A律也用于國際通信，因此，凡是涉及到A律和μ律轉(zhuǎn)換的情況，都由使用μ律的國家負責(zé)。

我國電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖中主體部分為一地市級電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。通常，話機（如c）通過一對電話線連接到距離最近的交換機上，該交換機稱為端局交換機（一般以區(qū)或縣為單位）。端局交換機通過局間中繼線連接到匯接局。為了保證安全，匯接局通常會成對出現(xiàn)，平常實行負荷分擔(dān)，一臺匯接局出現(xiàn)故障時與之配對的匯接局承擔(dān)所有話務(wù)。長途電話需要通過長途局與其它長途局相連。但根據(jù)話務(wù)量要求，匯接局也可以直接與其它長途局開通高速直達中繼。為節(jié)省用戶線，在一些人口比較集中的地方（如學(xué)校、小區(qū)），端局下會再設(shè)模塊局或接入網(wǎng)，用戶則就近接入到模塊局上。

智能網(wǎng)一般用于實現(xiàn)電話卡、預(yù)付費或400/800類業(yè)務(wù)，前幾年新布署的NGN（Next Generation Network，下一代網(wǎng)絡(luò)，一般指軟交換）則支持更靈活、更復(fù)雜的業(yè)務(wù)。

但是技術(shù)發(fā)展很快，響應(yīng)國家“光進銅退”^1-2的號召，直接光纖到戶，就全網(wǎng)都能IP化了。新技術(shù)代替舊技術(shù)，給用戶帶來了五彩斑瀾的業(yè)務(wù)，但老舊的技術(shù)永遠有讓人值得懷念的地方，那就是原來的電話線是帶電的，家里停電不影響打電話。但光纖是不能饋電的，因而沒有了銅線，停電以后用戶就不能打電話了（除非加UPS）。

時分復(fù)用與局間中繼

時分復(fù)用

通過將多個信道以時分復(fù)用的方式合并到一條電路上，可以減少局間中繼線的數(shù)量。通過將32個64*k*的信道利用時分復(fù)用合并到一條2M（ 64*k* × 32 = 2.048*M* ，通俗來說就直接叫一個2M）電路上，稱為一個E1（在北美和日本，是24個64k復(fù)用，稱為T1，速率是1.544*M*）。在E1中，每一個信道稱作一個時隙。其中，除0時隙固定傳同步時鐘，其它31個時隙最多可以同時支持31路電話（有時候會使用第16時隙傳送信令，這時最多支持30路電話）。

局間中繼

這些連接交換機(局)的2M電路就稱為局間中繼。隨著話務(wù)量的增加，交換機之間的電路越開越多，目前通常的做法是將63個2M合并到一個155M（2×63+P=155，其中P是電路復(fù)用的開銷）的光路（光纖）上，在SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字傳輸體系）技術(shù)中稱為STM-1（Synchronous Transfer Module，同步傳輸模塊）。

信令

用戶設(shè)備（如話機）與端局交換機之間，以及交換機與交換機之間需要進行通信。這些通信所包含的信息包括（但不限于）用戶、中繼線狀態(tài)，主、被叫號碼，中繼路由的選擇等。我們把這些消息稱為信令（Signaling）。

信令分類

信令主要有以下幾種分類方式：

按信令的功能分

• 線路信令：具有監(jiān)視功能，用來監(jiān)視主被叫的摘、掛機狀態(tài)及設(shè)備忙閑。
• 路由信令：具有選擇功能，指主叫所撥的被叫號碼，用來選擇路由。
• 管理信令：具有操作功能，用于電話網(wǎng)的管理和維護。

按信令的工作區(qū)域分

• 用戶線信令：是用戶終端與交換機之間的信令。它包括用戶狀態(tài)（摘、掛機）信號及用戶撥號（脈沖、 DTMF ）所產(chǎn)生的數(shù)字信號，以及交換機向用戶終端發(fā)送的信號（鈴流、信號音）。

• 局間信令：是交換機和交換機之間的信令，在局間中繼線上傳送，用來控制呼叫接續(xù)和拆線。

用戶線信令少而簡單，中繼線信令多而復(fù)雜。

按信令的信道分

• 隨路信令：信令和話音在同一條話路中傳送的信令方式。
• 公共信道信令：是以時分方式在一條高速數(shù)據(jù)鏈路上傳送一群話路的信令的信令方式。

隨路信令信令傳送速度慢，信息容量有限（傳遞與呼叫無關(guān)的信令能力有限）。而公共信令傳送速度快、容量大、具有改變或增加信令的靈活性，便于開放新業(yè)務(wù)。

其它分類

其它的分類方式有帶內(nèi)信令與帶外信令、模擬信令和數(shù)字信令、前向信令和后向信令、線路信令和記發(fā)器信令等，我們在這里就不多解釋了。有興趣的讀者可以自行搜索相關(guān)的關(guān)鍵詞進一步學(xué)習(xí)。

用戶線信令

用戶線信令是從用戶終端（通常是話機）到端局交換機之間傳送的信令。對于普通的話機，線路上傳送的是模擬信號，信令只能在電話線路上傳送，這種信令稱為帶內(nèi)信令。話機通過電壓變化來傳遞摘、掛機信號；通過DTMF（Dual Tone Multi Frequency，雙音多頻。話機上每個數(shù)字或字母都可以發(fā)送一個低頻和一個高頻信號相結(jié)合的正弦波，交換機經(jīng)過解碼即可知道對應(yīng)的話機按鍵）傳送要撥叫的電話號碼。另外，也可以通過移頻鍵控（FSK, Frequency Shift-keying）技術(shù)來支持“主叫號碼顯示”，俗稱“來電顯示”（Caller ID或CLIP，Caller Line Identification Presentation，主叫線路識別提示）。

與普通電話不同，ISDN（Integrated Service Digital Network，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）在用戶線上傳送的是數(shù)字信號。它的基本速率接口（BRI，Base Rate Interface）使用144k的2B+D信道---兩個64k的B信道及一個16k的D信道。其中B信道一般用來傳輸話音、數(shù)據(jù)和圖像，D信道用來傳輸信令或分組信息。

2B+D的ISDN最初為了解決用戶線上的語音與數(shù)據(jù)與同步傳輸問題，野心勃勃。但事實上，2B+D的ISDN并不像傳說中的那么美，而且需要專門的NT1終端設(shè)備，在我國并沒有發(fā)揮出它應(yīng)有的作用，后來很快被ADSL技術(shù)取代了。

局間信令

局間信令主要在局間中繼上傳送。一般一條信令鏈路通常只占用一個64k的時隙。一條信令消息通常只有幾十或上百個字節(jié)，一條64*k*的電路足以容納成千上萬路電話所需要的信令。但隨著技術(shù)的進步，話務(wù)量的上漲以及更多增值業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，完成一次通話需要更多的信令消息，因此出現(xiàn)了2M速率的信令鏈路，即整個E1鏈路上全部傳送信令。

目前常見的局間信令有ISDN PRI(Primary Rate Interface，基群速率接口）信令和七號信令。PRI是在跟話路同一個E1上傳送的，通常使用第16時隙，而0時隙傳同步信號，其它30個時隙可傳輸通話信息，因此又稱為30B+D（與上面的2B+D相對）。

與PRI信令不同，七號信令除可以與話路在同一個E1上傳送外，還可以在專門的用于傳送信令鏈路的E1中繼上傳送的，因而它組網(wǎng)更加靈活，支持更大的話務(wù)量。我國的電話網(wǎng)絡(luò)中有專門的七號信令網(wǎng)。

但支持七號信令的每個通信設(shè)備都需要有一個全局唯一信令點編碼，而信令點編碼資源是比較有限的。因而，七號信令主要在運營商的設(shè)備上使用，而運行商與用戶設(shè)備（如PBX）一般使用PRI信令對接。

七號信令

七號信令（SS7，Signaling System No. 7）是目前我國使用的主要的信令方式，用于局間通信。

用戶a A交換機 B交換機 用戶b| | | || 摘機 |------------>| | || 撥號音 |<------------| | || 撥號 IAM |------------>|------------>| || 回鈴音 ACM 振鈴|<------------|<------------|------------>|| 通話 ANC 接聽|<------------|<------------|<------------|| <========== 通 話 ==========> |-------------------------------------------------------| 主叫掛機 CLF 送催掛音 |------------>|------------>|------------>|| RLG| |<------------| | -------------------------------------------------------| <========== 通 話 ==========> || 送催掛音 CBK 被叫掛機 |<------------|<------------|<------------|| CLF || |------------>| || | RLG | || |<------------| |

我們來看一次簡單的固定電話的通話流程。如上圖。用戶a摘機，與其相連的A交換機根據(jù)電壓、電流的變化檢測到A摘機后，即送撥號音，同時啟動收號程序。a開始撥號，待A交換機號碼收齊后，即查找路由，發(fā)送IAM（Initial Address Message，初始地址消息）給B交換機。B向A發(fā)ACM（Adress Complete Message，地址全消息）并通知話機b振鈴，A向a送回鈴音。這時如果b接聽電話，則B向A發(fā)送ANC（Answer Charge，應(yīng)答計費消息），a與b開始通話，同時A對a計費^1-3。

通話完畢，如果主叫掛機，則本端交換機A向?qū)Χ薆發(fā)送CLF（前向釋放消息），B向A回RLG（Rlease Gard，釋放監(jiān)護消息），并向b送催掛音（嘟嘟嘟 ...）。

如果被叫掛機，則B向A發(fā)送CBK（Clear Backword，后向釋放消息），A回送CLF，最后B回RLG。

上面在交換機A與B之間傳遞的為七號信令中的TUP（Telephone User Part，電話用戶部分）部分。目前，由于ISUP（ISDN User Part，ISDN用戶部分）能與ISDN互聯(lián)并提供比TUP更多的能力和服務(wù)，已基本取代TUP而成為我國七號信令網(wǎng)上主要的信令方式。ISUP信令與TUP互通時的對應(yīng)關(guān)系如下：

端局A 匯接局TM 端局B| ISUP | TUP || | || IAM(IAI) | IAM ||------------>|------------>|| ACM | ACM | |<------------|<------------|| ANM | ANC ||<------------|<------------|| <====== 通 話 ======> |-------------------------------------------------------| REL | CLF | <-- 主叫掛機|------------>|<------------|| RLC | RLG ||<------------|-------------|-------------------------------------------------------| <====== 通 話 ======> || REL CBK | <-- 被叫掛機|<------------|<------------|| RLC CLF ||------------>|------------>|| | RLG || |<------------|

以上為端局A與端局B經(jīng)過匯接局TM匯接通信中ISUP與TUP信令轉(zhuǎn)換的例子。ISUP信令的初始地址消息有IAM和IAI（IAM With Additional Information，帶附加信息的IAM）兩種，后者能提供更多的信息（如主叫號碼等）。另外ISUP信令的拆線信號不分前向后向，只有REL（Release，翻譯）和RLC（Release Complete，釋放完成）。

電路交換與分組交換

電路交換

傳統(tǒng)的電話都是基于電路交換。由于電路交換在通信之前要在通信雙方之間建立一條被雙方獨占的物理通路（由通信雙方之間的交換設(shè)備和鏈路逐段連接而成），因而有以下優(yōu)缺點。

優(yōu)點：

• 由于通信線路為通信雙方用戶專用，數(shù)據(jù)直達，所以傳輸數(shù)據(jù)的時延非常小。
• 通信雙方之間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時通信，實時性強。
• 雙方通信時按發(fā)送順序傳送數(shù)據(jù)，不存在失序問題。
• 電路交換既適用于傳輸模擬信號，也適用于傳輸數(shù)字信號。
• 電路交換的交換的交換設(shè)備（交換機等）及控制均較簡單。

缺點：

• 電路交換的平均連接建立時間對計算機通信來說較長。
• 電路交換連接建立后，物理通路被通信雙方獨占，即使通信線路空閑，也不能供其他用戶使用，因而信道利用率低。
• 電路交換時，數(shù)據(jù)直達，不同類型、不同規(guī)格、不同速率的終端很難相互進行通信，也難以在通信過程中進行差錯控制。

分組交換

我們熟悉的IP交換就采用分組交換的方式。它仍采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)傳輸方式，但將一個長報文先分割為若干個較短的分組，然后把這些分組（攜帶源、目的地址和編號信息）逐個地發(fā)送出去，因此分組交換除了具有報文的優(yōu)點外，與報文交換相比有以下優(yōu)缺點：

優(yōu)點：

• 加速了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。因為分組是逐個傳輸，可以使后一個分組的存儲操作與前一個分組的轉(zhuǎn)發(fā)操作并行，這種流水線式傳輸方式減少了報文的傳輸時間。此外，傳輸一個分組所需的緩沖區(qū)比傳輸一份報文所需的緩沖區(qū)小得多，這樣因緩沖區(qū)不足而等待發(fā)送的機率及等待的時間也必然少得多。
• 簡化了存儲管理。因為分組的長度固定，相應(yīng)的緩沖區(qū)的大小也固定，在交換結(jié)點中存儲器的管理通常被簡化為對緩沖區(qū)的管理，相對比較容易。
• 減少了出錯機率和重發(fā)數(shù)據(jù)量。因為分組較短，其出錯機率必然減少，每次重發(fā)的數(shù)據(jù)量也就大大減少，這樣不僅提高了可靠性，也減少了傳輸時延。
• 由于分組短小，更適用于采用優(yōu)先級策略，便于及時傳送一些緊急數(shù)據(jù)，因此對于計算機之間的突發(fā)式的數(shù)據(jù)通信，分組交換顯然更為合適些。

缺點：

• 盡管分組交換比報文交換的傳輸時延少，但仍存在存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延，而且其結(jié)點交換機必須具有更強的處理能力。
• 分組交換與報文交換一樣，每個分組都要加上源、目的地址和分組編號等信息，使傳送的信息量大約增大5%～10%，一定程度上降低了通信效率，增加了處理的時間，使控制復(fù)雜，時延增加。
• 當(dāng)分組交換采用數(shù)據(jù)報服務(wù)時，可能出現(xiàn)失序、丟失或重復(fù)分組，分組到達目的結(jié)點時，要對分組按編號進行排序等工作，增加了麻煩。若采用虛電路服務(wù)，雖無失序問題，但有呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路釋放三個過程。

總之，若要傳送的數(shù)據(jù)量很大，且其傳送時間遠大于呼叫時間，則采用電路交換較為合適；當(dāng)端到端的通路有很多段的鏈路組成時，采用分組交換傳送數(shù)據(jù)較為合適。從提高整個網(wǎng)絡(luò)的信道利用率上看，報文交換和分組交換優(yōu)于電路交換，其中分組交換比報文交換的時延小，尤其適合于計算機之間的突發(fā)式的數(shù)據(jù)通信。

VoIP

維基百科上是這樣說的:

IP電話（簡稱VoIP，源自英語Voice over Internet Protocol；又名寬帶電話或網(wǎng)絡(luò)電話）是一種透過互聯(lián)網(wǎng)或其他使用IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，來實現(xiàn)新型的電話通訊。過去IP電話主要應(yīng)用在大型公司的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)內(nèi)，技術(shù)人員可以復(fù)用同一個網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)及語音服務(wù)，除了簡化管理，更可提高生產(chǎn)力。隨著互聯(lián)網(wǎng)日漸普及，以及跨境通訊數(shù)量大幅飆升，IP電話亦被應(yīng)用在長途電話業(yè)務(wù)上。由于世界各主要大城市的通信公司競爭日劇，以及各國電信相關(guān)法令松綁，IP電話也開始應(yīng)用于固網(wǎng)通信，其低通話成本、低建設(shè)成本、易擴充性及日漸優(yōu)良化的通話質(zhì)量等主要特點，被目前國際電信企業(yè)看成是傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)的有力競爭者。詳細內(nèi)容參見維基百科上的IP電話^1-4。

目前，VoIP呼叫控制協(xié)議主要有SIP、H323，以及MGCP與H.248/MEGACO等。H323是由ITU-T（國際電信聯(lián)盟）定義的多媒體信息如何在分組交換網(wǎng)絡(luò)上承載的建議書。它是一個相當(dāng)復(fù)雜的協(xié)議，使用起來很不靈活。而SIP則是IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）開發(fā)的（RFC3261），它是一種類似HTTP的基于文本的協(xié)議，很容易實現(xiàn)和擴展，被普遍認為是VoIP信令的未來。

轉(zhuǎn)自：?http://www.ituring.com.cn/article/33939

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的PSTN与VoIP的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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