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(wǎng)絡(luò)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?shù)介_放電路上，從呼叫方到另一方，這就是所謂的電路交換?；芈吩介L，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(shù)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(shù)字信號處理器（DSP）采樣，放在報文中然后在一個基于IP的網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸，就像其他的數(shù)據(jù)流一樣。IP網(wǎng)絡(luò)可能是局域網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、電信公司的核心網(wǎng)絡(luò)甚至是公共因特網(wǎng)。這些組成音頻流的報文將按照不同的路由在整個網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)資源。但是，最初IP并非設(shè)計為為其承載的數(shù)據(jù)提供服務(wù)質(zhì)量保證（QoS），而是一種用于在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點出現(xiàn)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(shù)據(jù)以保證冗余性的技術(shù)。

當路由器把一個數(shù)據(jù)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(shè)置兩個地址——一個是目的地址，一個是產(chǎn)生報文的設(shè)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(zhuǎn)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(xiàn)了擁塞、完全阻斷的情況或是路徑相對而言數(shù)據(jù)量較小。報文將按照最為合適的路由進行轉(zhuǎn)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(fù)正確的順序。

這樣的傳輸方式對數(shù)據(jù)庫應(yīng)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(zhì)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(guān)——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(dǎo)致電話交談非常不自然。因此，VoIP應(yīng)用程序都采用了對報文進行緩存的技術(shù)，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(xiàn)象隨著語音數(shù)據(jù)融合到其他應(yīng)用程序的報文中而更加惡化。尤其在語音數(shù)據(jù)穿越因特網(wǎng)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(wù)提供商可以保證不出現(xiàn)報文丟失。

在私有網(wǎng)絡(luò)——局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或者是運營商的核心網(wǎng)絡(luò)中——應(yīng)用程序性能可以通過兩個截然不同的服務(wù)質(zhì)量參數(shù)來加以保障：DiffServ以及MPLS。前者是在以太網(wǎng)絡(luò)中保障應(yīng)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(wǎng)。采用DiffServ，關(guān)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(yīng)用程序而言具備什么樣的優(yōu)先級。尤其是采用MPLS，應(yīng)用程序?qū)环譃槎鄠€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(xiàn)在已經(jīng)能夠提供比這些更多的服務(wù)級別了。

為了保障語音的質(zhì)量，評估在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的其他需求很重要，因為其他的需求有可能使得語音數(shù)據(jù)無法獲得其希望獲得的處理。本來，語音數(shù)據(jù)就應(yīng)該獲得高于類似于電子郵件等能夠容忍一些延遲的數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)標準。即使是在商業(yè)應(yīng)用一級的質(zhì)量范圍，都有三種不同的VoIP。

局域網(wǎng)電話（LAN telephony）即IPT是企業(yè)在自己的局域網(wǎng)上傳輸語音信息，這些語音通過IP頭戴語音設(shè)備或“軟電話”（運行在PC上的軟件）產(chǎn)生。語音信息將會同數(shù)據(jù)信息放在一起在相同的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中傳輸。電話端口同數(shù)據(jù)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(wǎng)關(guān)（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(zé)把這些呼叫轉(zhuǎn)換到電路交換網(wǎng)絡(luò)上，然后這些呼叫將在公共電話網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸。一些電信運營商已經(jīng)可以提供VoIP服務(wù)，因此呼叫就不再需要轉(zhuǎn)換為電路交換了。

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

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

因此，在VoIP面前首當其沖的就是那些即將在廣域網(wǎng)中使用VoIP的大型企業(yè)，這通常被叫做VoIP中繼，即這種技術(shù)的第二種衍生物。由于語音信息是從已有的廣域網(wǎng)而不是從電話公司網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)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(wǎng)電話。任何公司都不希望在購買、配置、管理VoIP設(shè)備上花費時間和金錢，他們就可以選擇IP Centrex服務(wù)，這是VoIP技術(shù)的第三種衍生物。這樣一來他們就可以從網(wǎng)絡(luò)運營商那里租用設(shè)備、呼叫時間，并訪問呼叫功能。而服務(wù)供應(yīng)商則需要為維護系統(tǒng)語音質(zhì)量負責(zé)。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(guān)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(yīng)用程序。這些類似軟件將允許用戶借助公共因特網(wǎng)利用自己的計算機撥打免費電話——通常這也被叫做因特網(wǎng)電話。顯然，這樣的呼叫質(zhì)量是沒有保障的，但這并不能妨礙數(shù)以百萬計的用戶使用它。

因特網(wǎng)電話已經(jīng)伴隨我們經(jīng)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(wǎng)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(wǎng)電話的呼叫特性才有了重大突破。

現(xiàn)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(guān)注。

來源：zdnet