IP電話系統和呼叫路由技術（1）

2019-11-03 09:04:38

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供稿：網友

第2講 H.323 ip電話系統及域內呼叫路由
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電話系統的發展概況。然后對業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的協議組成、系統結構等。在對RAS協議及其作用進行了介紹后，分析了H.323 IP電話系統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電話系統呼叫路由 RAS 管理區管理域

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年代發起。受硬件、軟件、網絡技術發展的限制，當時并沒有得到大規模的應用。進入20世紀90年代后，以TCP/IP為核心協議的因特網在全球范圍內得到了迅猛發展。隨著骨干網、接入網、局域網帶寬的成倍增長，因特網的傳送內容也從單純的數據業務進入包括聲音和圖像在內的多媒體通信領域?；贗P的分組語音業務——IP電話應用就是在這樣的背景下產生的[1]。

　　與傳統話音技術相比，IP電話采用了壓縮話音編碼和分組統計復用技術，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勢，其發展速度異常驚人。據報道，至2003年3月我國IP電話的通話時間已經開始超過普通長途電話業務的通話時間。

　　目前實現IP電話系統的技術有兩種：H.323和SIP（session Initiation PRotocol）。其中H.323由ITU-T制定，1996年推出了協議的版本1，實現了通過局域網進行多媒體通信。后來ITU-T對H.323協議進行了修訂和改進，并先后推出了版本2、3和4[2]，可以支持廣域網上的多媒體通信。與此同時IETF也在積極地制定基于IP網的多媒體通信協議，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經過多年的發展和完善，比較完備。目前全球商用的IP電話系統大都采用H.323技術。但其缺點是協議過于復雜，且版本太多。由于SIP簡單高效得到了業界的普遍關注和認可，是IP電話技術發展的重要方向之一。

　　在IP電話系統中，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，也可以使用因特網中常用的各種別名地址。其呼叫路由要比普通電話系統復雜得多。本系列講座將對IP電話系統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

　　H.323標準是業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絡上提供話音、數據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的應用環境是局域網。1998年推出的版本2將應用環境擴展到了廣域的分組網絡。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加入了分離網關結構，并使用H.248協議來控制網關的行為。增加了H.323 IP電話系統與其他網絡的互通性，并且順應了向軟交換架構演進的潮流。目前正在制定協議的第5個版本。

2.1 協議組成

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

　　在H.323 IP電話系統中，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。數據通信采用T.120建議，通過可靠的TCP來傳送。

　　H.225.0[4]和H.245[5]是H.323系統的兩個核心協議。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。在發起呼叫時，首先使用H.225.0呼叫控制協議在主被叫之間建立呼叫聯系，同時建立H.245控制信道。然后使用H.245控制信道根據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 系統結構

　　H.323系統結構，其中包括終端（terminal）、網關（gateway）、網守（gatekeeper）、多點控制單元（MCU,Multipoint Control Unit）等功能實體。

　　終端是H.323系統中面向用戶的設備，它可以與其他終端設備、網關或多點控制單元進行通信，支持語音、數據和視頻信息的交互。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。

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

　　網守是H.323系統中的管理實體，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、區域管理、呼叫控制、呼叫鑒權、帶寬管理等。H.323 IP電話系統中的呼叫路由就是由終端、網關和網守合作完成的。

　　多點控制單元（MCU）是H.323系統中實現會議通信的重要設備，它包含多點控制（MC）功能。通過H.245協議過程來實現對參加會議的多個成員進行控制。實現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守。涉及到的協議主要是H.225.0中的RAS（Registration, Admission and Status）部分。因此，我們將在第3節對H.225.0的RAS協議及其作用進行介紹。2.3 管理區和管理域

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

　　在組網中，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（即多個管理區），管理區間的終端通過各自所屬的網守間的配合實現相互間的通信。不同管理域之間則通過邊界網守實現業務互通。

3 RAS協議及作用

　　H.225.0是H.323系統的核心協議之一，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（包括終端和網關）之間建立呼叫聯系，包括呼叫的建立和拆除等流程；RAS是端點和網守之間的協議，主要完成登記、定位、呼叫接納等管理功能。它主要包含以下協議過程。

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

　　端點登記：用于端點向歸屬網守登記/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起和接受呼叫，登記表明端點加入了某管理區。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向搜索到的歸屬網守登記，登記成功則網守以RCF回應。端點通過URQ向自己登記的歸屬網守去登記，去登記成功后網守以UCF響應。

　　呼叫接納：用于網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）。當端點發起呼叫時，它首先向歸屬網守發送ARQ消息，包含認證信息、目的地地址和所要求的帶寬等。網守對用戶進行認證，對目的地址進行解析。如果網守同意發起此呼叫，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守選路方式）。H.225.0呼叫控制協議就使用此呼叫信令運輸層地址來發起呼叫。當端點收到入呼請求時，也要向其網守發送ARQ消息進行認證。如果網守同意端點接收該呼叫，就回送ACF，端點才可繼續處理入呼流程。

　　定位功能：指請求網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，可向相應的網守發送LRQ消息。LRQ消息可以以單播或多播方式發送。當目標端點的網守收到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守選路方式。

　　呼叫退出：用于端點或網守切斷當前呼叫。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）。

　　狀態功能：用于網守向端點查詢呼叫或端點狀態信息，端點也可以按照設置周期性地向網守報告狀態信息。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：用于網關向網守報告其當前可用資源的情況，包括可用的容量、支持的協議及數據速率等信息。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。與現有普通電話網中通過靜態配置局數據來實現呼叫路由不同。H.323系統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（終端或網關）啟動時，它先通過網守搜索過程尋找歸屬網守，并獲取網守的RAS地址。然后向網守發起登記過程，將自己的別名地址、呼叫信令運輸層地址等信息告知網守，將自己納入網守的管理之下。

　　只有成功登記后，端點才可發起和接收呼叫。若端點要發起呼叫，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送給自己的網守，網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呼叫控制協議使用解析后的呼叫信令運輸層地址發起呼叫。如果端點收到呼入請求，也要執行呼叫接納過程。只有在得到網守的允許后，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可以由終端和網守以單播或多播方式發起。被解析端點的網守將以適當的呼叫信令運輸層地址回應。在實際組網和使用過程中，端點定位功能可以靈活地加以運用。

4.2 區內呼叫路由

　　當主叫和被叫端點都屬于同一個網守時，我們稱之為區內呼叫。終端1（也可以是網關）和終端2啟動時，它們都要使用RRQ來向網守登記，報告自己的別名地址和呼叫信令運輸層地址。網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發起呼叫時，它向網守發送ARQ，包含被叫終端2的別名地址和認證及其他信息。網守收到ARQ后發現終端2也屬于本網守的管轄范圍，就通過查找登記信息獲取終端2的呼叫信令運輸層地址。網守通過認證確認終端1可以發起呼叫，就回送ACF。如果采用直接選路方式，網守就將在ACF中包含終端2的呼叫信令運輸層地址。如果采用網守選路方式，在ACF中包含網守自己的呼叫信令運輸層地址。終端1得到網守的確認消息ACF后，就向解析得到的呼叫信令運輸層地址發送Setup消息來發起呼叫。

4.3 區間呼叫路由

　　當主叫端點和被叫端點分屬不同的網守時，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守注冊，收到網守的RCF后表明注冊成功。終端才可發起和接收呼叫。

　　當終端1想要呼叫終端2時，它向自己的網守發送ARQ，請求接入認證和地址解析。網守1分析被叫地址發現終端2不在自己的管轄范圍內，它無法解析地址，就發送LRQ消息。LRQ可以通過多播方式來發送，也可以經過單播方式來發送。LRQ可能需要多個中間網守的轉發才能夠到達終端2的網守。LRQ的轉發路徑H.323未做規定，其最大轉發跳數可以在LRQ消息中指定。當轉發次數超過指定跳數時，將不再轉發，而以LRJ回應。

　　當網守2收到LRQ后，發現自己可以解析終端2的地址，就將適當的呼叫信令運輸層地址通過LCF回送給網守1（也可能經過多個中間網守的轉發）。此LCF中包含的呼叫信令運輸層地址可以是網守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。

　　網守1收到LCF后，得知端點定位成功。根據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，獲知被允許發起呼叫。就向ACF中包含的呼叫信令運輸層地址發送Setup消息來發起呼叫。

4.4 實例介紹

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

5 呼叫路由的發展

　　H.323最初是為局域網應用設計的，因此對大規模組網、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，但也沒有明確規定網守之間的通信。由于RAS協議中的LRQ具備終端定位功能，它可以用于網守之間的地址解析。我國的IP電話技術要求就在ITU-T的標準中加入了網守間的登記過程，使用LRQ來進行區間的呼叫路由。

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

參考文獻

[1] 糜正琨. IP網絡電話技術, 北京:人民郵電出版社, 2000年6月

[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業部. IP電話/傳真業務總體技術要求（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博士學位?，F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絡技術的研究工作。研究方向為下一代網絡、軟交換技術、Ad hoc網絡和移動網絡技術。

　　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。

----《中國數據通信》