Internet电话原理
黎红长
——现在使用的普通电话采用线路交换方式，而Internet电话则采取报文交换方式，因此Internet电话通过PSTN时，在Internet与PSTN之间需经过话音网关转换，转换成符合Internet传输的IP数据报文，并遵循TCP／IP协议传输。
——Internet电话的通信方式分为3种：PC-to-PC、PC-to-phone和phone-to-phone。其结构如图1所示。
——话音通过PSTN后，需经连接网关（CG）、话音网关（VG）分别与No.7信令系统（SS7）网和IP网连接。其中CG完成IP协议（如H.323和SIP）和PSTN协议（如ISUP、PRI）之间的互联，SS7网充当其中介物；VG则完成时分复用（TDM）信号与TP分组之间的转换。Gatekeeper除管理CG和VG两种网关外，还执行SS7和IP会议（session）管理协议之间相互转换的功能，为传送话音业务动态地建立会议业务。IP路由器（包括IP边缘路由器和IP中心路由器）主要用来进行路由选择。
1 TCP／IP协议
——Internet电话系统利用标准的Internet TCP／IP协议来传输实时话音。TCP／IP不仅指网际协议IP和传输控制协议TCP，还包括许多与之相关的协议和应用程序，其结构如表1所示。
表1 TCP／IP体系结构
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——TELNET：远程登录协议
——FTP：文件传输协议
——SNMP：简单网络管理协议
——SMTP：简单邮件传输协议
——HTTP：超支本传输协议
——DNS：域名系统
——RPC：远程过程调试
——NFS：网络文件系统
——XDR：外部数据表示
——UDP：用户数据报协议
——Internet中的话音网关归属于TCP／IP中的网络层，完成数据的转换和IP寻址，网络接口层接收IP数据，形成数据帧并通过网络发送。在网络层和网络接口层之上的应用层提供各种符合TCP／IP标准的应用服务，包括文件传输、远程登录等；而传输层则提供应用程序之间端到端的通信。
2 信令互联
——信令互联是指PSTN网中的ISUP协议与IP网中的H.323协议经No.7信令系统（SS7）互联。只有当这两种不同的协议互联后，话音信息才能在PSTN和IP网中传送。信令互联原理如图2所示。
——原理：当呼叫开始时，一个综合业务数字网（ISDN）建立（setup）信息由专用分组交换机（PBX）送往重叠本地交换机承载器（ILEC）／内部交换机承载器（IXC），ILEC／IXC便发送一个SS7初期地址信息（IAM）给连接网关（CG），CG向话音网关（VG）预定（Reserve）通道资源，VG收到CG的预定通道资源信息后，立刻告知（ACK）CG，然后CG向被叫终端PBX发送一个H.323 setup信息。被叫终端PBX用一个呼叫程序信息作出反应，并送回给CG一个处于待命状态的信号，该信号经过SS7网时被转换成一个地址接通信息（ACM）。当ILEC／IXC接收到ACM时，ILEC／IXC就向PBX（源）发送一个处于待命状态的ISDN信号，信令互联完成，通话开始。当通话完毕时，一个H.323已连信息被送往CG，计费开始。这样促使回答信息（ANS）被送往ILEC／IXC，接着送往PBX，通话计费完成。
3 话音网关
——话音网关是通过Internet提供phone-to-phone通信的关键设备，是Internet和PSIN／ISDN／PBX网络之间的接口设备。电话进入Internet前是模拟信号，不能直接在Internet中传输，因此必须经过话音网关转换，将模拟信号转换成数字信号，然后压缩、打包，最终转变成适合Internet传输的IP报文数据；在接收端，话音网关则完成逆过程，其原理如图3所示。
——图3实质上只能算是Internet电话网关中的核心——话音压缩编解码器，话音网关还有自控器、同步传输信号接口和回音消除平台线路接口等部分，这里不详述。
4 网络管理者
——网络管理者在Internet电话系统中负责用户注册和管理，和网关共同完成IP寻址功能。其作用具体表现如下：
——.地址映射：将电话网的E.164地址映射成相应网关的IP地址；
——.呼叫认证和管理：对接入用户（拨号用户）的身份进行认证，防止非法用户的接入；
——.呼叫记录：使得运营商有详细的数据进行收费；
——.区域管理：多个网关可以由一个网络管理者来进行管理。
——IP寻址时，用户通过普通电话拨号到网关，网关经过确认后，网络管理者根据用户拨号的电话号码寻找最佳路由（IP地址），通过Internet到达最接近目的地电话的网关，然后由该网关对目的地用户拨号，从而最终实现Internet电话通信。
——IP地址可分为两种：静态和动态。静态IP地址是指每个用户经过PSTN直接与Internet连接，这时他的IP地址是固定不变的；动态IP地址是指用户经Internet业务提供装置（ISP）后，再经PSTN与Internet相连，这时每个用户的IP地址只有在通话期间保持不变，而当通话结束时，IP地址重新分配。与静态IP地址相比，动态IP地址的好处在于IP地址可被多个用户使用。静态IP地址不管该用户是否通话，都被其占用，这明显是一种资源浪费。
——IP地址寻址方式分在线和非在线两种，Internet电话属于在线寻址方式。动态在线IP寻址方式包括万维网（WWW）寻址方案、交换服务器（ES）寻址方案和动态域名系统（DDNS）寻址方案。这3种寻址方案都能实现动态寻址，但从寻址速率、方便用户使用和接受与否、用户寻址直观性、寻址过程是否简单等方面来看，3种各不相同，其情况比较如表2所示。
表2 3种寻址方案性能比较
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——从表2可知，ES寻址方案是现阶段Internet电话用户适合采用的方案，而今后随着技术的进步，必然会过渡到DDNS方案。
5 语音编码技术
——语音编码技术，对一个系统来讲很重要，一个系统必须遵循一定的标准，才能为不同Internet电话产品之间提供互操作的可能性。在Internet电话系统中，用到的各种语音编码技术标准如表3所示。
表3 Internet电话的语音编码标准
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——从表3可以看出PCM和LPC-10两种编码方式更适合些。
6 路由技术
——路由器是Internet中的神经系统，其结构如图4所示。
——路由器的功能主要是完成路由选择和分组传送，具体功能如下：
——.实现联网和各种功能，如数据帧的封装和拆卸、IP地址和硬件地址之间的转换、满足不同的最大传输单元MTU的要求；
——.接收和传送IP数据包，出错时能生成Internet控制报文协议ICMP报文，丢弃那些生存时间TTL为0的数据包，需要对数据包分组，以适合下一个网络的MTU；
——.进行路由选择，根据路由表为每个数据包选择下一个节点；
——.支持内部网关协议IGP和外部网关协议包EGP。
7 Internet电话的发展及市场预测
——尽管Internet电话现阶段存在着一定的缺陷，但在国际长途电话中却能使用户受益不少，通话时只需普通电话费用的10％。这种低廉的话务费极大地吸引了用户，即使通话质量差一点，他们也心甘情愿。另外，随着Internet电话的发展，通话质量也将逐渐得到改善，比如IP over SDH、IP over ATM、IP over WDM及IP交换技术等的出现和发展，都为改善Internet电话质量带来了曙光。因此，Internet电话的前景仍令人们看好。在我国已有3家公司（中国电信、中国联通和吉通公司）联合进行为期6个月的Internet电话试验，并将在年内正式推出Internet电话业务。又据相关的研究公司预测：
——.Frost和Sullivan公司预测，到1999年底，世界Internet电话用户超过1600万户，市场达6亿美元，而到2001年达18．9亿美元。
——.电信传输咨询分析公司预测，到2003年，25％的国际电话业务由Internet承载，Internet电话市场达7O亿美元。
——.Forrester公司预测，到2004年，美国普通电话公司将有4％以上转向Internet电话业务。
——.MCI公司预测，到2010年，世界Internet电话的市场占有率达50％。
——以上这些说明，Internet电话将会在21世纪大展宏图。