第六章 路由及IP交换技术

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1、第六章 路由与 IP 交换技术6.1 TCP/IP 协议TCPIP 是上百个(用来连接计算机和网络的)协议合起来的共有名字，是把 计算机和通讯设备组织成网络的协议大家庭。我们经常用到两个TCP / IP协议：远程登录(Telnet)和文件传送协议(FTP)。TCPIP 的实际名字是来自最重要的两个协议： TCP 和 IP。 TCP( Transmission Control Protocol传输控制协议)和 IP(Internet Protocol一互联网 协议)。IP (Internet protocol)传输数据从一地到另一地；而 TCP( transmission control pro

2、tocol)保证它们都正确地工作。TCP/IP 协议的结构一、两种模型的比较OSI参考模型与TCP/IP模型的共同之处是：他们都采用了层次结构的概念，在 传输层定义了相似的功能，但是二者在层次划分与使用的协议上是有很大差别 的，也正是这种差别对两个模型的发展产生的两个截然不同的局面， OSI 参考模 型走向消亡而 TCP/IP 模型得到了发展。OSI 参考模型分为7 层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、 表示层、应用层。TCP/IP参考模型是因特网(In ter net)的基础。TCP/IP是一组协议的总称, TCP和IP是其中最主要的两个协议，TCP/IP体系还包含其他协议。和O

3、SI的 7层协议比较,TCP/IP参考模型中没有会话层和表示层。互联网协议IP(Internet Protocol)是网络层最主要的协议。传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol)和用户数据包协议UDP (User Datagram Protocol)是传输层的最主 要的协议。 TCP 是提供可靠服务、面向连接的协议； UDP 是不可靠、无连接的 协议。OSI 参考模型和 TCP/IP 参考模型比较OSI 参考模型和 TCP/IP 参考模型之共同点1) 都是基于独立的协议栈的概念；2) 它们的功能大体相似，在两个模型中，传输层及以上的各层都是为了通 信的

4、进程提供点到点、与网络无关的传输服务；3) OSI参考模型与TCP/IP参考模型传输层以上的层都以应用为主导。OSI 参考模型与 TCP/IP 参考模型的主要差别1) TCP/IP 一开始就考虑到多种异构网的互联问题，并将网际协议IP作为 TCP/IP的重要组成部门。但ISO最初只考虑到使用一种标准的公用数据网将各 种不同的系统互联在一起。2) TCP/IP 一开始就对面向连接各无连接并重，而OSI在开始时只强调面向 连接服务。3) TCP/IP有较好的网络管理功能，而OSI到后来才开始这个问题，在这方 面两者有所不同。OSI参考模型和TCP/IP参考模型评价对 OSI 参考模型的评价无论是O

5、SI参考模型与协议，还是TCP/IP参考模型与协议都是不完美的。 造成 OSI 参考模型不能流行的主要原因是之一是其自身的缺陷。会话层在大多 数应用中很少用到,表示层几乎是空的。在数据链路层与网络层之间有很多的子 层插入，每个子层有不同的功能。 OSI 模型将“服务”与“协议”的定义结合起来， 使得参考模型变得格外复杂，将它的实现起是困难的。同时，寻址、流控与差错 控制在每一层里都重复出现，必然降低系统效率。虚拟终端协议最初安排在表示 层，现在安排在应用层。关于数据安全性，加密与网络管理等方面的问题也在参 考模型的设计初期被忽略了。参考模型的设计更多是被通信思想所支配，很多选 择不适合于计算机

6、与软件的工作方式。很多“原语“在软件的很多高级语言中实现 起来很容易，但严格按照层次模型编程的软件效率很低。TCP/IP 模型的评价TCP/IP 参考模型与协议也有它自身的缺陷1) 它在服务、接口与协议的区别上不清楚。一个好的软件工程应该将功能 与实现方法区分开来，TCP/IP恰恰没有很好的做到这点，这就使得TCP/IP参 考模型对于使用新技术的指导意义不够。2) TCP/IP 的主机网络层本身并不是实际的一层，它定义了网络层与数据 链路层的接口。物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，一个好的参考模型 应该将它们区分开来，而TCP/IP参考模型却没有做到这点。结论OSI参考模型与TCP/IP

7、参考模型都不完美，但TCP/IP参考模型发展是因 为在ISO制定OSI参考模型过程中总是着眼于一次制定达到完美，所以的制定 过程中考虑的方面比较多，但去忽略了 IP这一协议的重要性，但当ISO认识到 时只好在网络层划出一个子层来完成类似的功能，在无连接服务一开始也不在考 虑之列，还有就是网络管理功能的过度复杂等，造成了 OSI 迟迟没有成熟的产 品推出的成因，进而影响了厂商对它的支持，而这时的TCP/IP通过实践得到到 不断的完善，也得到了大厂商的支持，所以TCP/IP参考模型得到了发展。 二、TCP/IP模型各层的功能1 应用层 应用层协议是特定的应用程序的协议。应用层的目的就是要告诉后面的

8、程序“我要干什么”，常见的应用层协议包括：(1) SNMP:简单网络管理协议(2) SMTP:简单邮件传输协议(3) FTP:文件传输协议(4) HTTP ;超文本传输协议2 传输层传输层在理解了应用层的请求后，将用户数据封装成数据包。封装后的数据包 才能被后面的协议理解。有 TCP 和 UDP 两种封装数据包的协议。3 网络层网络层包括IP协议、ICMP协议、IGMP协议。4 链路层链路层负责和物理最低端的物理层通信，检查和更正物理层可能 会发生错误， 负责将物理层传送的数据进行封装，封装后的数据包称为帧。常见的连接层协议 为 ARP 和 RARP。5 物理层物理层协议的主要功能就是完成比特

9、数据转换为物理数字线路上的电平信号。6.2 路由器工作原理路由器互联与网络的协议有关，我们讨论限于TCP/IP网络情况。1、路由与交换的概念路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是 分组转发。分组转发:将路由器某个输入端口收到的分组，按照分组要去的目的地（即 目的网络），将该分组从某个合适的输出端口转发给下一跳路由器。路由器的转发分组是网络层的主要工作。IP地址IP地址硬件地址首部首部应用层数据网络层及以上TCP报文IP数据报MAC帧尾部I 链路层及以下4321网络接口层网络层路由器_7网络层/虫口K.网络2接口层/路由器没有应用层和传输层通信的路径HT经过R1转发T再

10、经过R2转发TH2路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择交换是电信网的技术基础，路由是计算机网络的技术基础。区别：A电信网中的交换基本都是面向连接的，路由技术是无连接的。电信网有完善的信令机制，存在独立的控制层。交换机保存信令控制过程中确定的连接信息，路由器是无状态的。电信交换保证服务质量（QoS） 交换技术和路由技术相互结合是未来通信网络发展的方向。 其他观点：路由是第三层交换。6.2.1 路由器的功能1）在网络间截获发送到远地网段的报文，起转发的作用。2）选择最合理的路由，引导通信。为了实现这一功能，路由器要按照某种路 由通信协议，查找路由表，路由表中列出整个互联网络中包含的

11、各个节点， 以及节点间的路径情况和与它们相联系的传输费用。如果到特定的节点有一 条以上路径，则基于预先确定的准则选择最优（最经济）的路径。由于各种 网络段和其相互连接情况可能发生变化，因此路由情况的信息需要及时更新， 这是由所使用的路由信息协议规定的定时更新或者按变化情况更新来完成。 网络中的每个路由器按照这一规则动态地更新它所保持的路由表，以便保持 有效的路由信息。3）路由器在转发报文的过程中，为了便于在网络间传送报文，按照预定的规 则把大的数据包分解成适当大小的数据包，到达目的地后再把分解的数据包 包装成原有形式。4）多协议的路由器可以连接使用不同通信协议的网络段，作为不同通信协议 网络段

12、通信连接的平台。5）路由器的主要任务是把通信引导到目的地网络，然后到达特定的节点站地 址。后一个功能是通过网络地址分解完成的。例如，把网络地址部分的分配 指定成网络、子网和区域的一组节点，其余的用来指明子网中的特别站。分 层寻址允许路由器对有很多个节点站的网络存储寻址信息。6.2.2 路由原理当 IP 子网中的一台主机发送 IP 分组给同一 IP 子网的另一台主机时，它将 直接把IP分组送到网络上，对方就能收到。而要送给不同IP子网上的主机时， 它要选择一个能到达目的子网上的路由器，把IP分组送给该路由器，由路由器 负责把IP分组送到目的地。如果没有找到这样的路由器，主机就把IP分组送给 一个

13、称为“缺省网关(default gateway) ”的路由器上。“缺省网关”是每台主机上 的一个配置参数，它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址。路由器转发IP分组时，只根据IP分组目的IP地址的网络号部分，选择合 适的端口，把IP分组送出去。同主机一样，路由器也要判定端口所接的是否是 目的子网，如果是，就直接把分组通过端口送到网络上，否则，也要选择下一个 路由器来传送分组。路由器也有它的缺省网关，用来传送不知道往哪儿送的IP 分组。这样，通过路由器把知道如何传送的IP分组正确转发出去，不知道的IP 分组送给“缺省网关”路由器，这样一级级地传送，IP分组最终将送到目的地，送 不到目的地

14、的 IP 分组则被网络丢弃了。目前TCP/IP网络，全部是通过路由器互连起来的，I nter net就是成千上万 个IP子网通过路由器互连起来的国际性网络。这种网络称为以路由器为基础的 网络(router based network)，形成了以路由器为节点的网间网”。在“网间网” 中，路由器不仅负责对IP分组的转发，还要负责与别的路由器进行联络，共同 确定“网间网”的路由选择和维护路由表。路由动作包括两项基本内容：寻径和转发。寻径即判定到达目的地的最佳路 径，由路由选择算法来实现。由于涉及到不同的路由选择协议和路由选择算法， 要相对复杂一些。为了判定最佳路径，路由选择算法必须启动并维护包含路由

15、信 息的路由表，其中路由信息依赖于所用的路由选择算法而不尽相同。路由选择算 法将收集到的不同信息填入路由表中，根据路由表可将目的网络与下一站(nexthop)的关系告诉路由器。路由器间互通信息进行路由更新，更新维护路 由表使之正确反映网络的拓扑变化，并由路由器根据量度来决定最佳路径。这就 是路由选择协议(routing protocol)，例如路由信息协议(RIP)、开放式最短 路径优先协议(OSPF)和边界网关协议(BGP)等。转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查找，判 明是否知道如何将分组发送到下一个站点(路由器或主机)，如果路由器不知道 如何发送分组，通常将该分组

16、丢弃；否则就根据路由表的相应表项将分组发送到 下一个站点，如果目的网络直接与路由器相连，路由器就把分组直接送到相应的 端口上。这就是路由转发协议(routed protocol )o路由转发协议和路由选择协议是相互配合又相互独立的概念，前者使用后者 维护的路由表，同时后者要利用前者提供的功能来发布路由协议数据分组。下文 中提到的路由协议，除非特别说明，都是指路由选择协议，这也是普遍的习惯。路由器(Router)是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一 个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路 由器来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它

17、能在多网络 互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各 种子网，路由器只接受源 站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。路由 器分本地路由器和远程路由器，本地路由器是用来连接网络传输介质的，如光纤、 同轴电缆、双绞线；远程路由器是用来连接远程传输介质，并要求相应的设备， 如电话线要配调制解调器，无线要通过无线接收机、发射机。其工作原理如下：（1）工作站A将工作站B的地址12.0.0.5连同数据信 息以数据帧的形式发送给路由器1。 （2）路由器1收到工作站A的数据帧后, 先从报头中取出地址12.0

18、.0.5，并根据路径表计算出发往工作站B的最佳路径: R1-R2-R5-B；并将数据帧发往路由器2。 （3）路由器2重复路由器1的 工作，并将数据帧转发给路由器5。 （4）路由器5同样取出目的地址，发现 12.0.0.5就在该路由器所连接的网段上，于是将该数据帧直接交给工作站B。（5）工作站B收到工作站A的数据帧，一次通信过程宣告结束。事实上，路由器除了上述的路由选择这一主要功能外，还具有网络流量控制 功能。有的路由器仅支持单一协议，但大部分路由器可以支持多种协议的传输， 即多协议路由器。由于每一种协议都有自己的规则，要在一个路由器中完成多种 协议的算法，势必会 降低路由器的性能。因此，我们以

19、为，支持多协议的路由 器性能相对较低。用户购买路由器时，需要根据自己的实际情况，选择自己需要 的网络协议的路由器。近年来出现了交换路由器产品，从本质上来说它不是什么新技术，而是为了 提高通信能力，把交换机的原理组合到路由器中，使数据传输能力更快、更好。6.2.5路由器的体系结构 从体系结构上看，路由器可以分为第一代单总线单 CPU 结构路由器、第二 代单总线主从CPU结构路由器、第三代单总线对称式多CPU结构路由器；第 四代多总线多 CPU 结构路由器、第五代共享内存式结构路由器、第六代交叉开 关体系结构路由器和基于机群系统的路由器等多类。路由器的构成路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交

20、换开关和路由处理器。输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口通常由线卡提供，一块线卡一 般支持 4、 8 或 16 个端口，一个输入端口具有许多功能。第一个功能是进行数 据链路层的封装和解封装。第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决 定目的端口（称为路由查找），路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过 在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。第三，为了提供QoS （服务质量）， 端口要对收到的包分成几个预定义的服务级别。第四，端口可能需要运行诸如 SLIP （串行线网际协议）和PPP （点对点协议）这样的数据链路级协议或者诸 如PPTP （点对点隧道协议）这样的网络级协议。一旦路由查找完

21、成，必须用交 换开关将包送到其输出端口。如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共 享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源（如交换开 关）的仲裁协议。交换开关可以使用多种不同的技术来实现。迄今为止使用最多的交换开关技 术是总线、交叉开关和共享存贮器。最简单的开关使用一条总线来连接所有输入 和输出端口，总线开关的缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲 裁所带来的额外开销。交叉开关通过开关提供多条数据通路，具有NxN个交叉 点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉是闭合，输入总线上的 数据在输出总线上可用，否则不可用。交叉点的闭合与打开由调度器来控制，因

22、 此，调度器限制了交换开关的速度。在共享存贮器路由器中，进来的包被存贮在 共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但是，开关的速度 受限于存贮器的存取速度。尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的 存取时间每年仅降低 5%，这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以 支持优先级等要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装 和解封装，以及许多较高级协议。路由处理器计算转发表实现路由协议，并运行对路由器进行配置和管理的软 件。同时，它还处理那些目的地址不在线卡转发表中的包。6.3 IP 交换技术6.3

23、.1 IP 交换技术的发展6.3.2 IP 交换的基本构成及工作原理IP 交换机的体系结构IP 交换机的体系结构IP交换机由IP交换控制器和ATM交换器构成。IP交换控制器：驻存了控制软件的高性能处理机控制软件：选路软件+扩充软件（流的判别、Ipsilon流管理协议、通用交换 机管理协议）流的判别：用来判别是通过ATM连接传送的数据流还是采用传统的IP传输 方式传送的数据流。IP交换机由IP交换控制器和ATM交换器构成。IP交换控制器：驻存了控制软件的高性能处理机控制软件：选路软件+扩充软件（流的判别、Ipsilon流管理协议、通用交换机 管理协议）流的判别：用来判别是通过ATM连接传送的数据

24、流还是采用传统的IP传输 方式传送的数据流。Ipsilon流管理协议（IFMP）： IP交换节点之间的协议，用于2层标记（VCI） 的分配，一个节点通过该协议通知相邻节点将某一标记与特定的IP流相关联。 通用交换机管理协议（GSMP）：是IP交换机内部IP交换控制器与ATM交换器之间的通信协议，用于IP交换控制器控制ATM交换器的工作。 ATM交换器：ATM交换结构+输入/输出端口IP 交换的基本原理IP交换的工作过程：1）对默认信道上传来数据分组进行存储转发；2）要求上游节点在所分配的 VC 上传送分组；3）从下游节点收到改向消息；4）在ATM直通连接上传送分组。IP 交换的两种路由1P r

25、ent ing 软汁II rDi;t i ng 软件A.Mr、交换器J ATM rJ交换器JLP空换机hop，hy hop方式6.3.3P交换中所使用的协议IP 交换机使用了两种协议：通用交换机管理协议 GSMP(General Switch Management Protocol) 和 Iplison 流管理协议 IFMP(Ipsilon Flow Management Protocol)。GSMP (RFC 1987/2297)用在IP交换控制器中，完成控制ATM交换 的功能。IFMP (RFC 1953)用于IP交换机、IP网关或IP主机中，它把现有网络 或主机接入到由IP交换机组成的I

26、P交换网中，用来控制数据传送。1 GSMP 协议GSMP是交换结构的一部分，用于IP交换控制器oGSMP是一种异步协议， 它把IP交换控制器设置为主控制器，而把ATM交换机设置为从属被控设备， 使IP交换控制器用来控制ATM交换机的工作。IP交换控制器利用该协议向 ATM交换机发出下列要求：建立和释放穿过ATM交换机的虚连接；在点到多点连接中，增加或删除端点；控制ATM交换机端口；进行配置信息查询；进行统计信息查询；为某个用户流建立新的 VPI/VCI。GSMP 按照主从方式、请求响应式方式工作。 IP 交换控制器向 ATM 交换硬件发送请求，ATM交换硬件在动作完成后给出一个响应。GSMP有

27、5种基本消息类型：配置消息、连接管理消息、端口管理消息、 统计消息和事件消息。2 IFMP 协议IFMP用于相邻的IP交换机对某个数据流的信元进行重新标记。IFMP协 议消息从IP交换机传递到其上游交换机。IFMP功能包括关联协议和重定向协 议，前者发现链路上的对等 IP 交换机，后者管理指派给某个数据流的标记 (VPI/VCI)。IFMP消息的发送端用IPv4的分组头封装IFMP信息，目的端IP地址是外 部链路另一端的对等IP交换机。对等IP交换机的IP地址通过关联协议获得。 IFMP重定向协议支持5种类型的消息：(1) 重定向消息：通知相邻的上游IP交换机在某时间段内把某个标记赋予某个 数

28、据流。(2) 重声明消息：通知相邻的上游IP交换机解除一个或多个流与标记的关联关 系，并释放这些标记以便数据流标识符字段能够分配给其他数据流。当网络拓 扑变化或者下游 IP 交换机的标记不够用时，有必要进行这种操作。解除关联 关系的数据流重新采用缺省的转发工作方式释放标记以便将来使用。(3) 重声明确认消息：在每个上述的重声明消息成功地释放了一个或多个标记 后，相邻的IP交换机利用重声明确认消息给出确认。(4) 标记范围消息：上游IP交换机向下游IP交换机发出标记范围消息，响应 包含标记的重定向消息，指明上游IP交换机(发送端)不能分配该标记。标记范 围消息包含了最小和最大的标记值，上游 IP

29、 交换机只能支持此范围内的标记 值。(5) 出错消息：对IFMP重定向消息的响应，用来通知下游的IP交换机，发送 端由于处于异常状态而无法成功处理重定向消息。6.4 Tag 交换技术Tag交换组件Tag交换节点由传递元件和控制元件构成。（对应于IP交换中的ATM交换器和IP交换控制器）传递元件（转发组件）根据分组中携带的标记信息和交换机中保存的标记传 递信息完成分组的传递。Tag交换器中具有标签转发信息库。其信息是在控制驱动时将路由映射到标签 而形成的。转发组件的转发机制是基于对固定长度的短标签的精确匹配算法，而不是在网 络层采用传统的最长匹配算法，并且转发机制独立于网络层协议。控制元件（控制

30、组件）：在交换机之间维护标记传递信息，完成标记分配和维 护规程。Tag 交换的基本原理1）传统路由协议 hop-by-hop 方式，基于目的地址的选路；2）标签分配和标签的捆合，形成标签信息库TIB；3）基于标签的数据转发；4）通信结束，标签清除。Tag交换具有面向连接的特性。标签分配与选路功能标签分配方法：1）下游分配2）下游按需分配3）上游分配Tag可支持的选路功能：1）基于目的地的选路2）分级选路3）灵活选路6.5 IP电话原理6.5.1 IP电话的由来IP 电话是按国际互联网协议规定的网络技术内容开通的电话业务，中文翻 译为网络电话或互联网电话，简单来说就是通过Internet网进行实

31、时的语音传 输服务。它是利用国际互联网Internet为语音传输的媒介，从而实现语音通信 的一种全新的通信技术。由于其通信费用的低廉（每分钟互联网通信费用人民币 6 分 6 厘，而普通电话的国际通信费，每分钟需十几元人民币），所以也有人称 之为廉价电话。网络电话、互联网电话、经济电话或者廉价电话，这些都是人们 对IP电话的不同称谓，其实质基本都是一个意思，现在用得最广泛、也是比较 科学的叫法即“IP电话”。其原理是将普通电话的模拟信号进行压缩打包处理， 通过Internet传输，到达对方后再进行解压，还原成模拟信号，对方用普通电 话机等设备就可以接听。IP电话是按国际互联网协议规定的网络技术内

32、容开 通的电话业务，中文翻译为网络电话或互联网电话，简单来说就是通过Internet 网进行实时的语音传输服务。它是利用国际互联网Internet为语音传输的媒介， 从而实现语音通信的一种全新的通信技术。由于其通信费用的低廉（每分钟互联 网通信费用人民币6分6厘，而普通电话的国际通信费，每分钟需十几元人民币）， 所以也有人称之为廉价电话。网络电话、互联网电话、经济电话或者廉价电话， 这些都是人们对IP电话的不同称谓，其实质基本都是一个意思，现在用得最广 泛、也是比较科学的叫法即“IP电话”。其原理是将普通电话的模拟信号进行 压缩打包处理，通过 Internet 传输，到达对方后再进行解压，还原

33、成模拟信号， 对方用普通电话机等设备就可以接听。发展过程最初的IP电话是个人计算机与个人计算机之间的通话。通话双方拥有电脑， 并且可以上互联网，利用双方的电脑与调制解调器，再安装好声卡及相关软件， 加上送话器和扬声器，双方约定时间同时上网，然后进行通话。在这一阶段，只 能完成双方都知道对方网络地址及必须约定时间同时上网的点对点的通话，在普 通的商务领域中就显得相当麻烦，因而，不能商用化或进入公众通信领域。目前，国际上许多大的电信公司又推出了普通电话与普通电话之间的通话， 普通电话客户通过本地电话拨号上本地的互联网电话的网关（Gateway），输入帐 号、密码，确认后键入被叫号码，这样本地与远端

34、的网络电话通过网关透过 Internet网络进行连接，远端的Internet网关通过当地的电话网呼叫被叫用户， 从而完成普通电话客户之间的电话通信。作为网络电话的网关，一定要有专线与 Internet网络相连，即是Internet网上的一台主机，目前双方的网关必须用相 同一家公司的产品。这种通过Internet网从普通电话一一普通电话的通话方式就是人们通常讲 的IP电话，也是目前发展得最快而且最有商用化前途的电话。6.5.2 IP 电话的概念IP 电话是一种利用 Internet 技术或网络进行语音通信的新业务。从网 络组织来看，目前比较流行的方式有两种：一种是利用Internet网络进行的语

35、 音通信，我们称之为网络电话；另一种是利用 IP 技术，电信运行商之间通过专 线点对点联结进行的语音通信，有人称之为经济电话或廉价电话。两者比较，前 者具有投资省，价格低等优势，但存在着无服务等级和全程通话质量不能保证等 重要缺陷。该方式多为计算机公司和数据网络服务公司所采纳。后者相对于前者 来讲投资较大，价格较高，但因其是专门用于电话通信的，所以有一定的服务等 级，全程通话质量也有一定保证。该方式多为电信运行商所采纳。IP 电话与传统电话具有明显区别。首先，传统电话使用公众电话网作为 语音传输的媒介；而IP电话则是将语音信号在公众电话网和Internet之间进行 转换，对语音信号进行压缩封装

36、，转换成IP包，同时，IP技术允许多个用户共 用同一带宽资源，改变了传统电话由单个用户独占一个信道的方式，节省了用户 使用单独信道的费用。其次，由于技术和市场的推动，将语音转化成IP包的技 术已变得更为实用、便宜，同时，IP电话的核心元件之一数字信号处理器的价 格在下降，从而使电话费用大大降低，这一点在国际电话通信费用上尤为明显， 这也是IP电话迅速发展的重要原因。6.5.3 IP电话的关键技术传统的IP网络主要是用来传输数据业务，采用的是尽力而为的、无连接 的技术,因此没有服务质量保证,存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况。数 据业务对此要求不高， 但话音属于实时业务， 对时序、时延等有严

37、格的要求。因此 必须采取特殊措施来保障一定的业务质量。IP电话的关键技术包括：信令技术、 编码技术、实时传输技术、服务质量（QoS）保证技术、以及网络传输技术等。1信令技术信令技术保证电话呼叫的顺利实现和话音质量，目前被广泛接受的VoIP 控制信令体系包括ITU-T的H.323系列和IETF的会话初始化协议SIP。ITU的H.323系列建议定义了在无业务质量保证的因特网或其它分组网 络上多媒体通信的协议及其规程。H.323标准是局域网、广域网、INTRANET和 Internet上的多媒体提供技术基础保障。H.323是ITU-T有关多媒体通信的一 个协议集，包括用于ISDN的H.320,用于B

38、-ISDN的H.321和用于PSTN终端的 H.324等建议。其编码机制,协议范围和基本操作类似于ISDN的Q.931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.225.0， 用于大型会议的 H.332， 用于补充业务的 H.450.1、H.450.2和H.450.3,有关安全的H.235,与电路交换业务互操作的H.246 等。 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、组播和带宽管理。 H.323 具备相当的灵活性,支持包含不同功能的节点

39、之间的会议和不同网络之间的会 议。 H.323 建议的多媒体会议系统中的信息流包括音频、视频、数据和控制信息。 信息流采用 H.225.0 建议方式来打包和传送。H.323呼叫建立过程涉及到三种信令：RAS信令（R=注册：Regis trat ion、A二许可：Admission 和 S二状态：Stat us） ,H.225.0 呼叫信令和 H.245控制信令。其中RAS信令用来完成终端与网守之间的登记注册、授权许 可、带宽改变、状态和脱离解除等过程；H.225.0呼叫信令用来建立两个终端之 间的连接,这个信令使用 Q . 931消息来控制呼叫的建立和拆除,当系统中没有网 守时,呼叫信令信道在

40、呼叫涉及的两个终端之间打开；当系统中包括一个网守时, 由网守决定在终端与网守之间或是在两个终端之间开辟呼叫信令信道；H.245控 制信令用来传送终端到终端的控制消息,包括主从判别、能力交换、打开和关闭 逻辑信道、模式参数请求、流控消息和通用命令与指令等H.245控制信令信道 建立于两个终端之间,或是一个终端与一个网守之间。虽然H.323提供了窄带多媒体通信所需要的所有子协议，但H.323的控制 协议非常复杂。此外,H.323不支持多点发送(Multicast)协议，只能采用多点 控制单元(MCU )构成多点会议，因而同时只能支持有限的多点用户。H.323 也不支持呼叫转移,且建立呼叫的时间比较

41、长。与H.323相反,SIP是一种比较简 单的会话初始化协议。它不像H.323那样提供所有的通信协议，而是只提供会话 或呼叫的建立与控制功能。SIP可以应用于多媒体会议、远程教学及Internet 电话等领域。SIP既支持单点发送(Unicast)也支持多点发送，会话参加者和媒 体种类可以随时加入一个已存在的会议。SIP可以用来呼叫人或机器设备，如呼 叫一个媒体存储设备记录一个会议， 或呼叫一个点播电视服务器向会议播放视频 信号。SIP是一种应用层协议,可以用UDP或TCP作为其传输协议。与H.323不 同的是:SIP是一种基于文本的协议，用SIP规则资源定位语言描述(SIP Uniform

42、Resource Locators) ， 这样易于实现和调试， 更重要的是灵活性和扩展性好。由 于SIP仅作于初始化呼叫,而不是传输媒体数据，因而造成的附加传输代价也不 大。SIP的URLL甚至可以嵌入到web页或其它超文本链路中，用户只需用鼠标一 点即可发出一个呼叫。与H.323相比,SIP还有建立呼叫快,支持传送电话号码的 特点2编码技术话音压缩编码技术是IP电话技术的一个重要组成部分。目前，主要的编 码技术有ITU-T定义的G.729、G.723(G.723.1 )等。其中G.729可将经过采样 的64kbit/s话音以几乎不失真的质量压缩至8kbit/s。由于在分组交换网络中， 业务质

43、量不能得到很好保证，因而需要话音的编码具有一定的灵活性，即编码速 率、编码尺度的可变可适应性。G.729原来是8kbit/s的话音编码标准,现在的 工作范围扩展至6.411.8kbit/s,话音质量也在此范围内有一定的变化，但即 使是6.4kbit/s，话音质量也还不错，因而很适合在VoIP系统中使用。G723.1采 用5.3/6.3K bit/s双速率话音编码,其话音质量好，但是处理时延较大，它是目前 已标准化的最低速率的话音编码算法。3实时传输技术实时传输技术主要是采用实时传输协议RTPRTP是提供端到端的包括音 频在内的实时数据传送的协议。RTP包括数据和控制两部分,后者叫RTCP。RT

44、P 提供了时间标签和控制不同数据流同步特性的机制，可以让接收端重组发送端的 数据包， 可以提供接收端到多点发送组的服务质量反馈。4. 服务质量(QoS)保证技术IP电话中主要采用资源预留协议(RSVP)以及进行服务质量监控的实时 传输控制协议RTCP来避免网络拥塞，保障通话质量。5. 网络传输技术IP 电话中网络传输技术主要是 TCP 和 UDP, 此外还包括网关互联技术、路 由选择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。由于实时传输协议RTP 提供具有实时特征的、端到端的数据传输业务，因此IP电话中可用RTP来传送话 音数据。在RTP报头中包含装载数据的标识符、序列号、时间戳以及传送监视

45、等, 通常RTP协议数据单元是用UDP分组来承载，而且为了尽量减少时延，话音净荷通 常都很短。IP、UDP和RTP报头都按最小长度计算。VoIP话音分组开销很大，采 用RTP协议的IP电话格式，在这种方式中将多路话音插入话音数据段中,这样提 高了传输效率。此外，静音检测技术和回声消除技术也是IP电话中十分关键的技 术。静音检测技术可有效剔除静默信号， 从而使话音信号的占用带宽进一步降低 到3.5 kbit/s左右；回声消除技术主要利用数字滤波器技术来消除对通话质量 影响很大回声干扰，保证通话质量。功能现在市场已经有ip电话的产品，这种产品基本上就是把普通电话机和语音网关二者结合起来，帐号和密码

46、是在软交换服务器通过电话机的 mac 地址认证，通过网线，能够拨打所有电话，同时内部电话是免费的， 一般ip电话机都具备以下功能：呼叫控制协议:支持SIP协议或是H323协议，语音编码支持:G.711,G723.1,G.729A,语音清晰、QoS语音保证适应各种网络环境，真正穿透NAT功能支持PPP/PPPoE协议，支持自动拨号、断线重拨功能支持DNS、DHCP协议支持静态、动态IP地址，支持IP地址智能学习功能支持Web管理、Telnet、TFTP加载支持DTMF收发号支持主叫号码识别 CID三种实现方式IP电话其实就是通信网络通过TCP/IP协议实现的一种电话应用，而 这种应用主要包括 P

47、C to PC、 PC to Phone 和 Phone to Phone 三种实现 方式：（1）PC to PC 这种方式适合那些拥有多媒体电脑（声卡须为全双工的，配有麦克风）并且可以连上互联网的用户，通话的前提是双方电脑中必须安装有同套网 络电话软件。这种网上点对点方式的通话，是IP电话应用的雏形，它的优点是相 当方便与经济，但缺点也是显而易见的，即通话双方必须事先约定时间同 时上网，而这在普通的商务领域中就显得相当麻烦，因此这种方式不能商 用化或进入公众通信领域。（2）PC to Phone随着 IP 电话的优点逐步被人们认识，许多电信公司在此基础上进行 了开发，从而实现了通过计算机拨打

48、普通电话。作为呼叫方的计算机，要求具备多媒体功能，能连接上因特网，并且 要安装IP电话的软件。拨打从电脑到市话类型的电话的好处是显而易见的，被叫方拥有一台 普通电话即可，但这种方式除了付上网费和市话费用外，还必须向IP电 话软件公司付费。目前这种方式主要用于拨打到国外的电话，但是这种方 式仍旧十分不方便，无法满足公众随时通话的需要。（3）Phone to Phone这种方式即“电话拨电话”，需要IP电话系统的支持。IP电话系统 一般由三部分构成：电话、网关和网络管理者。电话是指可以通过本地电 话网连到本地网关的电话终端；网关是Internet网络与电话网之间的接 口，同时它还负责进行语音压缩；

49、网络管理者负责用户注册与管理，具体 包括对接入用户的身份认证、呼叫记录并有详细数据（用于计费）等等。现在各电信营运商纷纷建立自己的 IP 网络来争夺国内市场，它们均 以电话记账卡的方式实现从普通电话机到普通电话机的通话。这种方式在充分利用现在电话线路的基础上，满足了用户随时通信的 需要，是一种比较理想的 IP 电话方式。网络电话原理网络电话通过把语音信号经过数字化处理、压缩编码打包、透过网络 传输、然后解压、把数字信号还原成声音，让通话对方听到。话音从源端到达目的端的基本过程是： 声电转换：通过压电陶瓷等类似装置将声波变换为电信号 量化采样：将模拟电信号按照某种采样方法（比如脉冲编码调制，即

50、PCM ）转换成数字信号封包：将一定时长的数字化之后的语音信号组合为一帧，随后，按照 国际电联（ITU-T）的标准，这些话音帧被封装到一个RTP （即实时传输 协议，Realtime Transport Protocol）报文中，并被进一步封装到UDP 报文和IP报文中。传输：IP报文在IP网络由源端传递到目的端 去抖动：去除因封包 在网络中传输速度不均匀所造成的抖动音 拆包 电声转换 一个完整的、 可以大规模商用运营的IP电话系统包括如下一些技术（暂不完全）：寻 址话音编解码回声消除和回声抑制传输IP报文时延控制功能去抖 动IP报文的去抖动（de-jitter）功能北京网讯禹通网络技术有限公

51、司是一家提供VOIP语音网关，网络电 话,GPS卫星导航等多媒体综合接入设备及增值业务解决方案的高科技企 业。VOIP国内电信六大运营商合作，利用国内最先进的中宽软交换电话 平台推出的纯网络电话服务。基于SIP2协议的最先进NGN网络电话交换 平台全国落地，网关接通至世界 160 余个国家。网络电话通话音清晰，稳 定、无回音、不断线，资费极其合理。目前，保持国内最大运营规模和最 快发展速度，是国内最诚信，最权威的纯网络电话运营商。并提供多功能 缴费营业厅,综合缴费平台,综合缴费系统通过一台电脑,一根网线或使用 一部电话,通过综合缴费服务平台实现移动,联通,固定电话,小灵通,宽带 等缴费,代收水

52、,电,煤气,有线电视等公共服务费用,代售飞机票,火车票, 汽车票和彩票，公交IC卡等各类便民缴费卡的发行和充值，社区信息服务 等的综合缴费服务营业厅。语音网关:使普通电话能够通过网络进行通话的电子设备；根据使用 电话的部数有一口语音网关，两口语音网关，四口语音网关，八口语音网发展简史国外1995.2以色列VocalTec公司推出“IPhonel.O”，全球第一款 Internet语音传输软件诞生。IPhone可以说是现代IP电话的雏形。1996.7美国IDT公司发布Net2phone单工测试版，全球第一款可拨 打电话的VOIP电话诞生。1996.11美国IDT公司正式发布Net2phone全双

53、工版。1997.2 IDT公司宣布Net2phone通话达到2,000,000次，商业服务 初步取得成功。中国1997.7 Net （创始人是一名名叫陈昱的在校大学生）开始 向中国客户宣传推广Net2phone，成为中国最早开展此项业务的服务商1997.7.12该网站发展了中国第一位Net2phone用户。当时中国的国 际长途电话费为15元/分钟，客户使用后每月节约数千元1997.7-8 该站向中国各大国际贸易公司宣传、推介 Net2phone。1998.1 该站代销售的 Net2phone 被一些用户转售、出租使用，其中 福建的陈氏兄弟被福州公安局逮捕并罚款，此案被称为“中国IP电话第 一案

54、”。1998.3天津福瑞泰科技有限公司抢先取得Net2phone中国区独家代 理权，并于1999年至2001年一度垄断国内的Net2phone市场，期间 Net2phone在中国发展迅速，至2001年，通过Net2phone传输的VOIP话 音量超过1亿分钟。期间（1999年）N创始人成功汉化 Net2phone9.6版，使中国人第一次使用到了中文界面的VOIP电话，极大 地推进了 Net2phone的中国市场发展。而期间中国电信的长途电话费不得 不一降再降，并迫于市场的压力也推出了 IP电话。2001.8因严重纠纷，福瑞泰公司销售的所有Net2phone电话卡被美 国IDT公司宣布为无效伪卡

55、，数以万计的中国用户直接受到损失，福瑞泰 公司被美国IDT公司取消代理权。2001-2003 Net2phone 先后与中国吉通等多家公司尝试合作，最终选 择具有政府背景的中国技术创新有限公司为其中国地区总代理。2004-现在 新E通网络电话始建于2004年11月，由中国铁通陕西分 公司跟深圳华为联合创建，整个平台投资近3000万人民币，是中国最早 最稳定的运营商平台，它是国内唯一一家采用语音系统查询充值的网络电 话，其话费有效期至2020年12月31日，自创建起经过一年的测验，于 2005 年 9 月份正式面向全国招商，由一路中国全权负责市场的拓展。发 展至今天，新E通已经成为业界第一大品牌!其以超强的稳定性及500万 在线容量的绝对优势遥遥领先于业界任何同类产品!