VoIP工作原理

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想知道IP電話實際是如何工作的么？抖動（jitter）到底是什么意思，丟失包怎么會成為其他人獲利的因素？
 
完全能夠稱IP電話是一場革命。它工作的基本原理同過去100年中傳遞語音信息的電話網絡有著根本上的不同。

傳統(tǒng)的語音是把一個連續(xù)的流傳輸到開放電路上，從呼叫方到另一方，這就是所謂的電路交換。回路越長，價格就越高。因此電話的呼叫距離越遠，電話費就會越高。除開長時間的無通信狀態(tài)，電話呼叫是按照回路開放的每一秒鐘時間來收取費用。即使是從模擬電路升級到數字電路，這種通信模型也幾乎沒有發(fā)生什么改變。

但顯然，IP改變了這一切。就如同一個Web頁面能夠被拆分為多個“報文（Packet ）”一樣，語音同樣可以通過數字信號處理器（DSP）采樣，放在報文中然后在一個基于IP的網絡上進行傳輸，就像其他的數據流一樣。IP網絡可能是局域網、企業(yè)網絡、電信公司的核心網絡甚至是公共因特網。這些組成音頻流的報文將按照不同的路由在整個網絡中穿越一個又一個節(jié)點，然后在最終目的地被組織為原來的順序，然后還原為我們在談話中聽到的聲音。

VoIP和分組交換能夠更為有效的利用網絡資源。但是，最初IP并非設計為為其承載的數據提供服務質量保證（QoS），而是一種用于在網絡節(jié)點出現擁塞、失效或受到核武器襲擊而崩潰時能夠以多種路徑傳輸數據以保證冗余性的技術。

當路由器把一個數據流信息分段為可處理的塊時，一個IP報文就形成了。然后路由器將會在報文的頭部設置兩個地址——一個是目的地址，一個是產生報文的設備地址。在路由器的地址表格中查找了報文的目的地址后，路由器將會把這個報文轉發(fā)到鏈路上的下一個路由器。

路由器之間會相互進行ping操作以檢查是否有路徑出現了擁塞、完全阻斷的情況或是路徑相對而言數據量較小。報文將按照最為合適的路由進行轉發(fā)，并一步步的繼續(xù)下去。當報文到達了他們的目的地時，這些報文可能以較大的延遲無序到達。傳輸控制協(xié)議（TCP）將對他們進行重組，恢復正確的順序。

這樣的傳輸方式對數據庫應用和電子郵件而言很好，但對語音則不是這樣。呼叫者說出的詞語必須實時的到達目的地。任何的延遲（latency）——即從說話方到受話方的語音流延時——都會降低語音的質量，如同抖動（jitter）和丟包（packet loss）一樣。如果報文的端到端延遲超過了250毫秒，那么一場交談聽起來就會感覺不真實，就像交談的一方在月球上一樣。抖動就同這點有關——它表示的是各個包到達時間的間隔變化。時快時慢的到達將會導致電話交談非常不自然。因此，VoIP應用程序都采用了對報文進行緩存的技術，這樣就可以更加平滑的對這些報文進行處理。

報文丟失、延遲和抖動等現象隨著語音數據融合到其他應用程序的報文中而更加惡化。尤其在語音數據穿越因特網的時候是最為明顯。在這些環(huán)境下，報文的丟失無法避免，并且沒有任何的服務提供商可以保證不出現報文丟失。

在私有網絡——局域網、廣域網或者是運營商的核心網絡中——應用程序性能可以通過兩個截然不同的服務質量參數來加以保障：DiffServ以及MPLS。前者是在以太網絡中保障應用程序性能的方式，后者則是用于基于IP或是IP封裝下廣域網。采用DiffServ，關于優(yōu)先級的信息將會被放在報文的頭部，而如果采用MPLS，則會對報文附加額外的頭部區(qū)域。兩者都能夠告訴路由器它相對于其他應用程序而言具備什么樣的優(yōu)先級。尤其是采用MPLS，應用程序將會被分為多個級別。有時這些級別會被稱為白金、金、銀和青銅等等，但一些運營商現在已經能夠提供比這些更多的服務級別了。

為了保障語音的質量，評估在局域網和廣域網的其他需求很重要，因為其他的需求有可能使得語音數據無法獲得其希望獲得的處理。本來，語音數據就應該獲得高于類似于電子郵件等能夠容忍一些延遲的數據的優(yōu)先級。語音通常而言被給予了最高的優(yōu)先級，在MPLS術語中就好像是白金，而電子郵件則只是青銅。

使得VoIP這一概念更為讓人感到混亂的就是其衍生物的多樣性，其中每一種都有自己的技術標準。即使是在商業(yè)應用一級的質量范圍，都有三種不同的VoIP。

局域網電話（LAN telephony）即IPT是企業(yè)在自己的局域網上傳輸語音信息，這些語音通過IP頭戴語音設備或“軟電話”（運行在PC上的軟件）產生。語音信息將會同數據信息放在一起在相同的內部網絡中傳輸。電話端口同數據端口完全相同。為了控制這種環(huán)境下的信息交換，要么需要配置一個媒體網關（media gateway），要么是一個IP-PBX。如果撥打的是公司以外的電話，那么IP-PBX將負責把這些呼叫轉換到電路交換網絡上，然后這些呼叫將在公共電話網絡上進行傳輸。一些電信運營商已經可以提供VoIP服務，因此呼叫就不再需要轉換為電路交換了。

對于那些同時具備一定數量的本地和局域網電話的企業(yè)來說，VoIP同樣可以直接放在廣域網上承載而無需通過電路交換進行轉換。

因為有的企業(yè)最近僅對其PBX設備進行了升級，這樣轉換到IP-PBX的企業(yè)就會比較少。局域網的纜線和路由設備或許都需要升級，企業(yè)還有可能需要購買新的手持設備并部署媒體網關。

因此，在VoIP面前首當其沖的就是那些即將在廣域網中使用VoIP的大型企業(yè)，這通常被叫做VoIP中繼，即這種技術的第二種衍生物。由于語音信息是從已有的廣域網而不是從電話公司網絡上通過的，因此這可以節(jié)省企業(yè)的長途電話費用。如果遠程員工或者旅行中的雇員使用IP-VPN撥入到數據網絡，他們就可以節(jié)省一筆費用，因為這些呼叫都是在相同的虛擬專網中通過的。

在其已有PBX需要被更換或擴充，或是有新的辦公建筑時，企業(yè)還有可能采用局域網電話。任何公司都不希望在購買、配置、管理VoIP設備上花費時間和金錢，他們就可以選擇IP Centrex服務，這是VoIP技術的第三種衍生物。這樣一來他們就可以從網絡運營商那里租用設備、呼叫時間，并訪問呼叫功能。而服務供應商則需要為維護系統(tǒng)語音質量負責。從長遠來看，這種方式或許會比較昂貴。

那些準備以較少的先期投資而獲得有限功能的小型企業(yè)正在越來越多的關注著IP Centrex。小型企業(yè)或許還準備使用諸如Skype這樣的消費級軟件應用程序。這些類似軟件將允許用戶借助公共因特網利用自己的計算機撥打免費電話——通常這也被叫做因特網電話。顯然，這樣的呼叫質量是沒有保障的，但這并不能妨礙數以百萬計的用戶使用它。

因特網電話已經伴隨我們經過了10年或更長的時間。但最近，類似Skype和Vonage這樣的公司才突破了接聽方只能在因特網上的限制而將呼叫延伸到普通電話上，并且開始為之收費。這時，因特網電話的呼叫特性才有了重大突破。

現在，你就可以擁有它了。未來的IP電話必將獲得整個業(yè)界的關注。

來源：zdnet