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1、毕 业 论 文题目：VoIP的若干问题探讨(VoIP on a number of issues ) 摘要由于价格低廉和对网络的高效利用等优点，VoIP已经成为当前通信行业中发展最快的应用服务之一。其中，H.323作为VoIP的一个重要协议，是技术最成熟的VoIP协议之一，也是VoIP领域一种应用最广泛的协议。本文论述了VoIP的基本原理以及使用的相关协议等关键技术，分析了VoIP发展中存在的问题。设计了基于SQL Server2000及H.323的VoIP通信系统方案，并对程序流程进行了分析和研究，本设计可通过进一步的具体实现应用到实际VoIP通信领域。关键词 语音IP，H.323，终端，交
2、互式语音应答ABSTRACTRecently , VoIP has become one of the application services that develops at the fastest speed in telecommunication industry for its low price and high efficiency of using Internet and so on . As the most important protocol and one of the most mature technological protocols of VoIP , H.
3、323 has been one of the most common applied protocols of VoIP.According to the test, the systems parameters , such as speech and delay have reached the requirement of H.323 protocol standard . With good expansibility and stability , the software has a nice operation interface . This system can be us
4、ed to study VoIP communication protocol and some key techniques , such as speech code , mute restraint , real-time transmission , network security , network administration , and so on . Besides , it can be used to explore methods for realizing commercial VoIP .Key Words: VoIP , H.323 ,terminal ,IVR
5、目录第一章 引 言11.1 VOIP的产生背景及特点31.2 VoIP的基本原理51.3 VoIP发展现状6第二章 VOIP通信系统设计102.1系统需求分析102.1.1 VoIP通信系统网络传输模型的选择102.1.2 编程语言和开发工其的选择112.2 数据库的选择122.3 H.323系统的结构和组成部分142.4 VoIP 网络通信技术162.5 系统原理框图18第三章 方案设计203.1 由 ATM 技术形成数据载荷分组的方式203.2 RTP 连接中携带载荷类型203.3 IP/UDP/RTP 数据包头的压缩213.4 路径方案223.5RTCP 协议的应用223.6 路由器的处
6、理通道223.7路由器中 TCP 包处理233.71 优先级处理器233.72 发送处理器233.8数据包的丢弃原则29第四章 结论30参考文献31致谢32第一章 引 言1.1 VoIP的产生背景及特点VoIP(Voice over Internet Protocol)，俗称IP电话，是利用IP网络实现语音通信的一种先进通信手段，是基于IP网络的语音传输技术。它利用终端或电话网关服务器之类的设备将电话语音数字化，将数据压缩后打包成数据包，通过IP网络传输到目的地；目的地收到这一串数据包后，将数据重组，解压缩后还原成声音进行回放。这样，网络两端的人就可以听到对方的话音，因此，可以说，VoIP是现
7、代分组交换通信思想的延伸和发展。语音通信是人类通信的重要组成部分。从最开始的基于电路交换的公共电话网络，到现在移动通信网络，都无时无刻不在影响着人们的生活。Internet商业化以后，在全世界，特别是发达国家迅速发展起来，Internet接入采用包月制，不限时限量，因此Internet是近乎免费的，人们都希望能通过这种近乎免费的网络进行传统的语音通信和传真服务。1995年2月以色列VocalTec 公司研制出可以通过Internet进行长途语音通信的软件产品“Internet Phone”。用户只要在多媒体PC 机上安装该软件，就可以通过Internet和任何地方安装同样软件的联机用户进行通话
8、。这项技术上的突破引起全世界的瞩目，其背后的无限商机也使许多公司争相进行此项技术的研究，人们把这种在Internet.以上实现语音通信业务称为Internet语音通信，应该说是VoIP (Voice over IP)的雏形。经过几年的发展，VoIP作为信息技术进步带来的一项新型业务在全世界得到开展，并对传统语音通信业务形成越来越大的威胁。VoIP从当初的PC到PC发展到今天的PC到PC，PC到电话、电话到电话等多种业务形式。与传统电话相比IP电话具有如下优点:（1）节约占用的带宽人们在打电话的时候通常有50%左右的时间是处于静音期(即在交谈的过程中的停顿时间)。由于传统电话采用的电路交换技术使
9、用严格的时分多路复用(Time Division Multiplexing, TDM)机制，通信双方自始至终占用固定的带宽，因此很浪费带宽资源.IP电话采用新的统计时分复用(Statistical TDM，STDM)方式使用网络带宽，只有在用户需要时才占用带宽资源，空闲的带宽资源可以为其他用户所用。目前，一条高质量的VoIP语音信道只需运行在4.8kbps8kbps，比起目前TDM电话的64kbps标准带宽要小得多。（2）价格优势IP网络电话的价格优势的根本原因在于其所采用的技术。首先,IP网络电话采用压缩语音编码和统计时分复用，带宽的利用率高；其次，由于IP电话绕过公共交换电话网，使用因特网
10、的骨干网进行长途业务，从而避免了长途通信在电话网上的高额收费。因此，IP电话在长距离通信上尤其有价格优势。目前，IP电话的费用通常只有通过公共交换电话网打电话的费用的30%。（3）提供更多更好的增值业务增值业务是指利用原有的电话来提供除基本语音传输外的有增值作用的新功能。由于IP电话系统基于开放式的体系结构其增值业务的扩充远比传统电话网容易。随着IP电话逐步走向实用，出现了许多基于IP电话网络的增值业务.典型的有:IP传真，即通过IP电话网发送传真:Web电话，这是为了适合网上浏览器的工作方式而提供的一种服务，用户只需在W比页面上点击图标即可发起呼叫:统一消息传递(Unified Messag
11、e，简称UM)，UM使用户可以通过他们最常用的接入机制，如他们的PC 来访问他们的全部信息，如E-mail、语音邮件和传真。总之，利用IP电话技术，可以比较容易地开拓出更多更好的具有商业应用价值的新业务。（4）有助于和新技术的触合，促进网络技术的发展目前正在大力开发的宽带接入技术，如电缆Modem和各种高速数字用户线(xDSL)技术，为IP 电话的推广创造了良好的条件.宽带技术作为快速Internet接入手段，有助于家庭使用新型的IP电话终端。另外，IP电话系统广泛采用话音压缩编码技术，目前实用算法的压缩码率己可达PCM编码的1/10，也就是说，长途传输干线无需投资新的设备，其传输能力即可增加
12、10倍。总之，正是由于VoIP本身的技术特点，使得VoIP技术可应用于许多领域，也使得人们对IP电话的前景普遍看好。1.2 VoIP的基本原理VoIP是通过Internet/Intranet等互联网络来传递语音信息的，该系统包括终端设备、网关、多点接入控制单元(MCU)和网络管理者等部分。其基本原理是:通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按TCP/IP标准进行打包，经过企业网络把数据包送至接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由互联网传送语音的目的,VoIP基本传输过程如图1-1所示。VoIP的核心与关键设备是IP网关。网
13、关具有路由管理功能，它把各地区电话区号映射为相应的地区网关IP地址。这些信息存放在一个数据库中，数据接续处理软件将完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。在用户拨打长途电话时，网关根据电话区号数据库资料，确定相应网关的IP地址，并将此IP地址加入IP，数据包中，同时选择最佳路由，以减少传输时延，IP数据包经Internet到达目的地的网关。在一些Internet尚未延伸到或暂时未设立网关的地区，可设置路由，由最近的网关通过长途电话网转接，实现通信业务。 图1-1 VoIP基本传输过程 1.3 VoIP发展现状VoIP技术最初只是一种互联网上的增值应用，形式也较为简单。随着互联网的普及，其在
14、商业运营中的应用价值被人们发现，很多新兴的电信运营商将VoIP技术引入到电信运营中，并在上个世纪的最后几年内取得了爆炸式的增长。从1999年开始，国内电信运营商也展开了建设基于H.323协议的正电话长途网络的高潮。最初的IP电话长途网络的接入必须通过传统电路交换网来完成，限制了业务的发展。由此提出将原有的H.323 协议中的网关功能进行分解(MGCP/H.248协议)，还有公司提出了与H.323协议并行发展的会话启动协议(SIP协议)。目前可以支持VoIP业务开展的主要实现形式有三种，即基于H.323协议的IP电话网络、基于会话启动协议(SIP协议)的IP电话网络和基于软交换的网络。目前国内已
15、有的VoIP技术虽然有各种各样的实现方式，但都采用TCP/IP协议作为传输层协议，而且依据的通信协议基本是一致的，如H.323协议、H.248/MGCP协议、SIP协议等。H.323是一种ITU-T标准，是在VoIP网络中备用的最广泛的一种协议，那些由深厚传统电话业背景的网络运营商以及设备制造厂家对其给予了有力的支持。它最初用于局域网(LAN)上的多媒体会议，后来扩展至覆盖VoIP。该标准既包括了点对点通信也包括了多点会议。IP电话是一项很实用的技术，然而另外一些人却认为它只不过是一种新鲜事物。这些人都曾在公众因特网上打过电话。在大多数情况下，他们对语音质量和因特网支持语音业务的能力都表示不满
16、。既然因特网支持语音业务的能力相当差，那么为什么还受到通信业如此的青睐呢？主要原因是。促使制订IP协议族和开发相关设备支持IP电话业务的第一个原因是日趋激烈的商业竞争形势。大多数应用软件都要求 Web 服务器必须具有与用户进行数据、语音和视频图像交互的能力，而这势必要求语音和数据业务相融合。传统的电话技术，语音独占以时隙划分的信道。而在电话交谈中一般有相当长的静音期及轮流讲话中间的停顿时间等，即使是这段用户不讲话的时间也要占用带宽。如果使用新的统计时分复用（Statistical TDM,STDM）方式使得只有在用户需要时才占用带宽资源。带宽合并使得数据信道的利用率得到提高。而且，利用先进的模
17、拟数字转换技术，一条高质量的语音信道只需运行在4.8kbps -8kbps，而目前使用的TDM电话信道都运行在64kbps。实际上是因为 IP 是用来传输数据业务的，它并不是语音业务的理想协议。然而 IP 协议大量存在于 PC 机、服务器、工作站， IP 的这一“地位”使它顺理成章地成为支持电话业务的一个平台。(l) 服务质量由于 IP 电话是在因特网技术的基础上发展起来的，是一种无连接的技术，因特网的数据传送遵循的是一种“尽力而为”的原则，就是尽量将每个分组都传送到目的地，每个传送的分组根据当时的网络状况独立的选择路由。由于加t。”d是一个公众信息网络，用户众多，不能保证足够的带宽用来传输数
18、据包，每个分组在到达目的地时会有不同的时延。对于语音和视频这些对时效有着很高要求的实时业务，就无法保证业务的服务质量。(2) 安全问题因特 网 是 一个开放的网络，虽然它为广大的用户提供了很大的灵活性，同时也带来了很大的安全问题，IP电话面临着同样的问题。目前将IP电话作为主要业务的新兴电信运营商为保证网络的安全，不得不使用专网传输IP电话业务，或在与国际因特网的接口中采取背对背的传输方式以保证安全性。但是这也同时抵消了企电话本身具有的价格低廉的优势。企电话网络必须发展自身的安全措施，以适应开放商用电信业务的需要。(3 )不同厂家设备之间的互通问题目前 国 内 IP电话业务主要遵循的.H323
19、标准定义了终端、网关、网守及多点控制单元等，与IP 电话业务有关的协议功能主要有系统控制、分组与同步、音频编解码器标准等。但是由于H.323标准是针对开展视频会议而制定的，因此有很多内容与IP电话无关。特别是涉及到网关与网守之间，网关与网关之间的通信标准等只是确定了基本的框架，许多细节并没有定义。这使得即使是宜称遵循相同国际标准的各厂家的IP电话设备之何也不能完全兼容，大大影响了同一IP电话网中多厂家产品并存情况下的使用.(4) 不同运营商之间的连接问题目前 不 同 运营商之间所拥有的IP 电话系统由不同设备制造商提供的网关、路由设备及计费系统组成。而且在建设企电话网络时，也大多没有考虑与其它
20、运营商的网络互通的问题，因此在实现不同运营商之间业务互通时会遇到许多技术问题。(5)IP电话与传统电话业务之间的竞争问题IP 电 话对 人们最具吸引力的地方在于:长途话费大幅度下降，加之IP电话业务的发展不可避免的分流了长途电话话务量，使得经营长途电话的运营商的经济效益减少很多。传统的电信运营商将通过进一步降低资费，影响国家通信政策等手段来与IP电话竟争。从长远看，电信网从传统的窄带电路交换网，演进到以企为基础的综合业务网，是电信发展的方向。传统语音业务将逐步转移到以IP技术为核心的综合业务上来，这是一个较长的过程。总而 言 之 ，要实现一个统一的、低成本的、稳定的而且是有效的VoIP基础设施
21、还有许多工作要做。第二章 VoIP通信系统设计2.1系统需求分析本系统设计的VoIP通信系统，其总体目标是，遵循当前主流的VoIP通信协议，设计一个简单的VoIP通信系统，此系统包含服务器和终端两个部分，同时终端又分终端与嵌入式终端之间都能够实现基本的文字和语音通信，同时服务器能够管理维护注册和登录的用户，在这个实际系统的基础上，研究VoIP的注册登录流程、呼叫协议:研究音频采集和播放、音频编解码算法、实时网络传输技术;研究数据库技术、WR(交互式语音应答)技术;同时探索一些新的理论和实现方法，并尝试实现通话记录、电话本等附加功能。2.1.1 VoIP通信系统网络传输模型的选择现有的基于IP网
22、络进行及时通信的业务中，其网络传输模型一般为以下两种模式:CS(client-server)模式和P2P(Peer- to-peer)模式.目前比较流行的及时信息IM(Instant Messages)软件基本都采用集中式的Client-Server模式，如MSN Messenger、QQ等。这种模式需要通过服务器对网内的客户终端进行信息集中存储、通讯协调等。通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，降低了系统的通讯开销。虽然该模式需要人力和财力对中心服务器进行管理和维护，但其软件控制过程简单，用户的连接只需要IP地址即可。PZP的技术相当于将
23、每个客户端都作为了服务器资源，从而在整个网络中发挥作用。它与目前网络中占据主导地位的CS模式的一个本质区别是，整个网络结构中不存在中心节点(或中心服务器)。也可以说每个结点即是client，也是server，即向别人提供服务，也从别人那里享受服务.在P2P结构中，每一个节点(peer)大都同时具有信息消费者、信息提供者和信息通讯等三方面的功能。这样也提高了通信服务对每个节点的软硬件要求。VoIP通信系统的状态控制信息(包括文字通信)数据量比较少，对网络延迟也不是很敏感，但是其重要性高，不允许有包的丢失，所以需要高的可靠性。而对于实时的音频媒体通信，其数据量很大，而且对延迟有很高的要求，但是其重
24、要性不高，允许存在一定的丢包，而对通信的双方在相互理解上不造成困难。通过对上面两种网络传输模型的比较，在本设计中我们采用两者相结合的方法，该系统在传递状态控制信令时采用CS模式，在两客户终端进行音频媒体通信时采用P2P模式。通过试验，还要证明该系统是一个不仅适用于局域网，也适用于因特网的及时通信系统，能实现基于IP的两个终端之间的语音和文字通信。2.1.2 编程语言和开发工其的选择开发语言可以选用面向对象的C+语言，它的兼容性好，Windows和Linux下都能很好的支持，应用范围广，许多VoIP产品都是选用C+语言，代码的重用性高。开发工具在Windows下选用Microsoft Visua
25、l C+6.0，此集成开发环境提供了大量的MFC(Microsoft Foundation Class)基础类库、应用程序向导和可视化的资源编辑器，能快速和高效的开发出Windows应用程序，同时它也是很通用很成熟的工具。在Linux 操作系统下有多种GUI用户环境，例如KDE/QT、Gnome/Gtk等.Qt/Embedded，是一个专门为嵌入式设备提供图形用户界面的应用框架和窗口系统，提供了丰富的窗口小部件(Widgets)，并且还支持窗口部件的定制，因此它可以为用户提供漂亮的图形界面。它基于面向对象的设计思想，模块化程度非常高，可重用性较好。此外Qt还封装了底层操作系统所提供的网络和文件
26、系统接口，简化了应用软件开发。Qt 是KDE等项目使用的GUI支持库，所以有许多基于Qt的X Window程序可以非常方便地移植到Qt/Embedded版本上。2.2 数据库的选择开发数据库应用，选择一个好的数据库是非常重要的。目前，商品化的数据库管理系统以关系型数据库为主导产品，技术比较成熟。面向对象的数据库管理系统虽然技术先进，数据库易于开发、维护，但尚未有成熟的产品。国际国内的主导关系型数据库管理系统有SQL Server、ORACLE、SYBASE、INFORMIX和DB2。下面从性能、安全性等几个方面对这几个数据库管理系统的特点进行比较分析。(1 )性能SQL Serve，老版本多用
27、户时性能不佳，新版本的性能有了明显的改善，各项处理能力都有了明显的提高。Oracle，性能最高。SYBASE，性能较高，支持Sum、IBM、HP、Compsq和Verits的集群设备的特性.D82，适用于数据仓库和在线事物处理，性能较高。(2) 可伸缩性,并行性SQL Server，新版本性能有了较大的改善，在Microsoft Advanced上有突出的表现，超过了他的主要竟争对手。Oracle，提供高可用性和高伸缩性的簇的解决方案。如果Window NT不能满足需要，用户可以把数据库移到UNLX凡中，具有很好的伸缩性。SYBASE，新版本具有较好的并行性，速度快，对巨量数据无明显影响，但是
28、技术实现复杂，需要程序支持，伸缩性有限。DB2，具有很好的并行性。DB2把数据库管理扩充到了并行的、多节点的环境。(3) 操作简便性SQL Server，操作简单，采用图形界面.管理也很方便，而且编程接口特别友好。Oracle，操作较复杂，同时提供GUI和命令行，在Windows NT和Unix，Linux下操作相同。对数据库管理人员要求较高。SYBASE，操作复杂，使用命令行操作，对数据库管理人员要求较高。DB2，操作简单，同时提供GUI和命令行，在Windows NT和Unix下操作相同。(4)开放性SQL Server，C/S结构，可以用ADO，DAO，OLEBD，ODBC连接.Wind
29、ows9X系列产品是偏重于桌面应用，NT server适合各种大中小型型企业。在处理大数据量的关键业务时提供了较好的性能。Oracle，能在所有主流平台上运行。完全支持所有的工业标准。采用完全开放策略。多层次网络计算，支持多种工业标准，可以用ODBC，JDBC，OC1等网络客户连接。可以使客户选择最适合的解决方案。SYBASE，能在所有主流平台上运行。DB2，有较好的开放性，最适于海量数据。跨平台，多层结构，支持ODBC，JDBC等客户。(5) 易维护性和价格SQL Server，基于Microsoft的一贯风格，SQL Server 的图形管理界面带来了明显的易用性，微软的数据库管理员培训进
30、行的比较充分，可以轻松的找到很好的数据库管理员，数据库管理费用比较低，SQL Server 的价格也是很低的。Oracle，从易维护性和价格体来说Oracle。的价格是比较高的，管理比较复杂。因此Oracle的性能价格比在商用数据库中是最好的。SYBASE的价格是比较低的，但是SYBASE的在企业和政府中的应用较少，很难找到经验丰富的管理员，运行管理费用较高。DB2，价格高，管理员少，在中国的应用较少，运行管理费用都很高，适用于大型企业的数据仓库应用。(6)数据库二次开发SQL Server，数据库的二次开发工具很多，包括Visual C+,Visual Basic等开发工具，可以实现很好的W
31、indows应用，开发容易。Oracle.，数据库的二次开发工具很多，涵盖了数据库开发的各个阶段，开发容易。SYBASE，开发工具较少，经验丰富的人员很少。DB2，在国外巨型企业得到广泛的应用，中国的经验丰富的人员很少。VoIP通信系统需要有一个合适的数据库，管理膨大的用户群、系统消息、短信、通话记录等数据，选择的数据库要满足稳定、安全、便于操作、易于管理，成本低，容易开发等要求。然而本设计并非商业用途，只是用于实现VoIP通信系统基本的功能，在此基础上研究一些理论和算法，当然尽量使其接近商业软件的性能和要求，这样在此基础上的研究将更有意义。经过以上几种主流数据库管理系统的比较，根据VoIP通
32、信系统的对数据库的要求，可以选择Microsoft SQLServer数据库作为后台数据服务基础。2.3 H.323系统的结构和组成部分H.233 IP 电话系统主要建立在IP协议的网络上，包括因特网、城域网络、局域网络等。H.323 IP电话系统一般包括网关、网守、IP电话终端、IP电话终端代理、计费认证中心、结算中心等多个方面，其结构如图2-1所示。图2-1 H.323IP电话系统结构(1 )网关IP 电话网关在H.323系统中主要放置在电路交换网络与分组交换网络之间，负责完成PSTN、ISDN、PLMN(公共陆地移动网)侧的呼叫建立和释放，以及IP 网络侧的呼叫建立和释放:完成语音编码和
33、打包、回声消除、静音检测并提供收端缓存等功能;完成语音编码方式的转换和信令协议的转换:能够在通话开始时采集计费信息，并在通话结束时或定期向网守传送计费信息;能够自动识别语音、传真业务;实现H.323，H.225、H.245、H.235、RTP、RTCP、中国一号等协议;能够支持多种语音编码;提供用户交互信息和查询;具有与网管系统的接口，完成配置、统计、故障查询、告普等功能;网络QoS的测试。应该说网关是VoIP走向实际应用的关键设备，因为目前的绝大多数通信用户均使用PSIN，即普通电话，并不是绝大部分人都有到家的IP网络和终端设备，要让多数人享受IP电话带来的好处，必须面临多数人只有传统电话的
34、现实，所以，在这种状况下，网关变得非常的重要。(2)IP电话终端在分组网络总能够提供实时、双向通信的节点设备。所有的终端都必须支持语音通信，视频和数据通信是可选的。H.323规定了不同的音频、视频或数据终端系统的操作模式。所有的H.323终端还必须支持H.245标准.(3)计费/认证中心负责接收计费采样点采集的用户计费信息，根据费率生成计费帐单，接受网守发起的用户接入认证请求，对用户使用IP电话的权限进行认证并支持卡号用户的漫游认证。2.4 VoIP 网络通信技术IP 电话业务是基于计算机网络通信发展而来的，计算机网络所采用的协议直接关系到网络的互通信共和传输性能，网络标准化最重要的部分。目前
35、网络协议采用了一个重要概念 分层来规划实现的。如国际标准化组织(IS0)规定的计算机网络开发系统(OSI)七层协议结构。该协议把网络从上至下依次分为应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层和物理层，把一个网络通信过程的各个任务功能分配给各层来实现，层与层之间通过归规范的“层间原语”来交换信息，每一层通过层间原语，即为上层提供服务，又请求调用下层的服务。这种分层的结构，明确了各层的功能任务，具有良好的灵活性和可扩充性。如需要新的服务，只需要在相应层改动或增加新的层次，而无需修改整个体系结构。0S1参考模型的分层结构思想和设计原则已被一致认同，有关术语也被广泛采用，但因为其模型层次太多，
36、结构复杂，一些设计的服务在实际应用中显的冗余。在实际的计算机网络中采用的是TCP/IP参考模型。图2-2 TCP/IP体系TCP/IP 参考模型仅为4层，如图2-2所示。(l) 网络接口层是TCP/IP协议最底层，解决不同类型主机如何接入网络的问题，主要是从上层接收IP数据包发送出去，或从接收的物理帧中抽取IP数据包交IP层处理。具体实现取决于接入的网络类型，如X25、LAN等。(2) 网际层(IP)负责处理相邻计算机之间的通信.它通过定义网间统一的网络层协议，来解决分组如何穿越多个不同性质网络的路由问题。就是著名IP协议。(3) 传输层用于支持发端主机和目的主机间的端到端通信。因特网定义了两
37、个传输层所采用的协议。一为传输控制协议(TCP)，是面向连接的支持可靠数据传送协议，具有检错和重发功能，主要用于数据、信令等要求高可靠性的应用。另一个称为用户数据包协议(UDP)，是一个不可靠无连接服务，提供尽力而为服务。(4) 应用层用于向用户提供一组常用的应用程序.主要应用有远程终端(TELNET)、文件传输(FTP)、域名服务(DNS)等。2.5 系统原理框图系统的原理框图如图2-3所示。终端A与终端B既可以是PC 终端也可以是嵌入式终端。服务器的数据库里存储有用户的注册信息、系统消息、计费信息和待发送的短消息等，服务器能对所注册和登录的用户进行管理和维护，比如说添加、删除用户，修改用户
38、资料，给用户充值等，并实时的显示注册的总人数和当前登陆的用户总数。用户通过终端以TCP方式登录到服务器，终端之间的短信通信通过服务器转发，发送和接收的短消息存储在终端本地磁盘。终端之间通话时，先经过服务器建立连接，然后语音数据在两个终端之间以UDP方式通信，同时服务器保存详细的通话记录和计费信息。图2-3系统原理框图第三章 方案设计是在网关设备上改进现有的技术模式，使 VoIP 的数据包更适合 Internet网络的传输，并为下一步路由点的 DiffServ 处理作准备。在路由点上作 UDP数据包“DiffServ 的确保”传输。3.1 由 ATM 技术形成数据载荷分组的方式当出现大约 32m
39、s-64ms 的流量丢失时，对 G.711 流量而言，会造成语音的间断，因为这意味着语音音素的丢失。另一方面，当出现大约 4ms - 16ms 的信元丢失时不会引起注意，也不会影响收听者的接收。在本方案中也采用ATM 网络的 AAL 2 方式的固定大小语音包，在网关设备上事先做好数据流的整形。根据压缩后IP/UDP/RTP 包头的大小(9 字节)，确定语音包大小（10 字节）。加压缩报头大小共19 字节，比原60 字节减小41 字节，其中语音包减小10 字节。3.2 RTP 连接中携带载荷类型RTCP 发送和接收报告可能仅描述每个SSRC 的计时和系列号空间，而不携带载荷类型段。RTP 混合器
40、不能将不兼容媒体流合并成一个流。RTP 中，区分由定义RTP 连接的目的传输地址（网络地址与端口号）提供。例如，对音频和视频单独编码的远程会议，每个媒介被携带在单独RTP 连接中，具有相同的目的传输地址。目标不在将音频和视频放在同一RTP 连接中，而根据SSRC 段载荷类型进行多路分解。而且根据 PT 域内的函数值可以分辨包中的净荷类型，是多媒体伴音或多媒体视频。3.3 IP/UDP/RTP 数据包头的压缩IP/UDP/RTP 初始报头如图31，在RTP 头中，作为特定环境标识的一部分，给定的环境的SSRC 标识符是恒定不变的。对大多数包而言，只有顺序号和时间戳是因包而异的。如果没有包丢失或者
41、乱序，顺序号应按步进值1 逐包改变，且只有接收端用来重组包顺序时有用，所以在本方案中不需要传送。对音频包，本方案由于采用语音对采样激活机制，所以每包各异，需要传送。多媒体数据包，对伴音部分与普通音频包相同。 对于视频，时间戳在每帧的第一个包是发生改变，而在后面该帧的其它包中保持不变。如果每个视频帧只占据一个包，且视频帧按照恒定的速率产生，则帧与帧之间时间戳的变化也是恒定的。注意到每当这种情况出现，顺序号和时间戳字段的二次差分均为0，所以下一个包头的相应字段值可通过前一个未压缩包头的该字段加上存在会话环境一次差分值得到。当二次差分不为0 时，变化量通常也要远小于字段中所有位的数目，所以可通过对新
42、的一次差分进行编码，并传输该编码来达到压缩的目的，不用传输绝对值。但在本方案中为使格式统一、计算简单，对时间戳字段还是需要传送。 在路由器中建立 IP/UDP/RTP 包头的缓存区，存储会话环境, 并建立不同会话的数据包的下一跳节点地址字段，存储数据包的下一跳节点地址。 路由器用发送来的压缩头中 CID 字段直接在存储的会话环境列表中来进行检索。d、M 和一次差分值字段在接收端终点才用到，PT、时间戳、TOS 字段在路由策略中要用到， CID 字段在路由路径调度中要用到。这些变化字段和常用字段都在压缩报头中传送。压缩后的IP/UDP/RTP包头如图 3-2。3.4 路径方案采用 ATM 方式的
43、虚拟实电路方式，计算最佳路径，并尽可能使用同一路径，使各数据包在网络上的时延相等。到达顺序保持不变。在路由器中建立针对每数据包的报头缓存中建立路径指示区，确定下一跳的路由地址。会话的返回数据包也按相同路径反向传送。3.5RTCP 协议的应用在网关上分析 RTCP 报告中的发送方的数据包数、累计包损（在网关上把是延过大丢弃的包当成包损处理）。当发送方的数据包数大于5个，并且累计包损大于2个，对路由器发出改换路径的操作指令。把 IP/UDP/RTP 压缩头中的rerouter 6 位置为 010101（路径可用为 101010 ）。3.6 路由器的处理通道在路由器中建立UDP、RTP 通道和TCP
44、 通道，双通道对不同包分别同时处理。对不同包给与不同的Diffserv 具有较强的针对性，而且双通道同时处理还可加快处理速度。在数据流入口建立 TCP 分类处理器，把不同的数据包分别送入UDP、RTP 包处理通道和 TCP 包处理通道。在数据流出口建立UDP、RTP 通道和TCP 通道共用的发送处理器，为发送包提供路径服务，并且对各队列中的包根据队列优先级分别处理。路由处理模块核心单元，图 3-33.7路由器中 TCP 包处理模块结构见图 31 中 TCP 模块架构部分。RED 算法通过检测路由器的队列长度,一旦发现队列长度超过一定限制就认为有拥塞的可能,通过丢包或者设置 IP 报头的 ECN
45、 标志位通知源端降低发送速度, 源端减少拥塞窗口大小, 以减少进入网络的数据流量, 避免了更多的包丢失并避免队列完全满而崩溃，进而发生全局同步现象。同时监测 UDP/RTP 包发送队列的长度，决定 TCP 的数据流量。如果所有队列的容量达到 1/4（包括当 UDP/RTP 队列达 1/4 ）时被激活, 随着容量增加到3/4包丢失的概率逐渐增加, 在 3/4 点之后（包括当 UDP/RTP 队列达 2/4 ）,所有的 TCP 包全部丢失。 所以全局 RED 可以监控所有队列的容量, 并在 TCP分类器看到 RED 包之前随机丢包。UDP/RTP 预处理器程序流程，见图 34。3.71 优先级处理
46、器根据 TOS 判断包的 IP 优先级，送入相应级别的UDP/RTP 包发送队列。同时根据时间戳判断包的延时程度，对于紧急的包作升级处理，送入更高一级别的UDP/RTP 包发送队列。IP 优先级 5：送入 高 级的UDP/RTP 包发送队列。IP 优先级 4、3：送入 中 级的UDP/RTP 包发送队列。IP 优先级 2、1、0：送入 低 级的UDP/RTP 包发送队列。优先级处理器程序流程，见图 3 - 5 。3.72 发送处理器对首次发送的不同会话的数据包的下一跳节点 IP 地址，按照已确定的包头缓存表的位置存入相应的字段。后面发送相同会话的数据包时，发送处理器读取包头缓存表相应的字段作为
47、下一跳节点地址，保持相同的路由路径，保持相同的数据包到达接收端的延时，减少抖动发生。如 IP/UDP/RTP 压缩头中 rerouter的 6 位已置为 010101 ，则删除报头缓存内的路由下一跳地址，可以让路由器重新计算下一跳节点地址。发送处理器程序流程，见图 3 6。图3-1建立IP/UDP/RTP初始报头图3-2压缩后的IP/UDP/RTP包头图3-3路由处理核心单元图3-4RTP/UDP 预处理器程序流程图3-5优先级处理器程序流程图3-6发送处理器程序流程3.8数据包的丢弃原则发送处理器对找不到路由路径的数据包作丢弃处理。UDP/RTP 包直接丢弃。TCP 包丢入TCP 包丢弃缓存，阻塞缓解时捡回重发。TCP 模块的 RED 算法上的丢弃，是丢入 TCP 模块内的 TCP 包丢弃缓存阻塞缓解时捡回重发。TCP 数据包随机丢包避免发生全局同步现象。第四章 结论VoIP 业务作为基于IP技术极具潜力的应用，已经得到了广泛的关注和发展，应用VoIP技术为各种接入用户