【正文】 由方法的基本特點……………………………………7…………………………………………………………………16 實驗環(huán)境配置表………………………………………………………………38 執(zhí)行效率對比分析表…………………………………………………………38 工程碩士學位論文第1章　緒 論近年來，Internet以驚人的速度在全球范圍內取得了超乎尋常的發(fā)展，以傳統(tǒng)服務為核心的數據業(yè)務的發(fā)展速度令人為之側目。與此同時，以IP電話技術為核心的實時數據業(yè)務也同樣獲得了蓬勃的發(fā)展[1]。與傳統(tǒng)的以電路交換為特征的PSTN電話網絡相比，IP電話網絡具有價格低廉，便于運營商拓展業(yè)務以及異構電話網絡間互操作性強等巨大優(yōu)勢，預計在不遠的將來，全球實時數據業(yè)務量將超過傳統(tǒng)電信業(yè)務量?，F(xiàn)階段Internet傳送內容己經從單純的數據業(yè)務進入包括聲音和圖象在內的多媒體領域，在這樣一個網絡平臺上實現(xiàn)全球的多媒體信息實時通信己經被證明是現(xiàn)實的，傳統(tǒng)的計算機網絡和電信網絡壁壘分明的界限已經被打破。以IP電話為核心的實時數據業(yè)務的發(fā)展不僅是對現(xiàn)階段數據網絡發(fā)展的有益補充，更為重要的是，在下一代網絡NGN技術中，它將是促成數據網絡、電信網絡以及廣播電視網絡最終走向融合的原推動力之一。從現(xiàn)階段的IP電話應用來看，IP電話網絡必須遵循統(tǒng)一的通信協(xié)議簇，它們是IP電話實現(xiàn)全網互通、走向商用的關鍵[2][3][4]。一般來說，一個基本的IP電話通信協(xié)議簇包括了三部分:話音通信控制協(xié)議、話音信息傳輸協(xié)議和實時傳輸和控制協(xié)議。除了以上三個IP電話技術必不可少的基本通訊協(xié)議簇以外，在未來，尤其是在NGN環(huán)境下的IP電話技術的一個全新的協(xié)議簇組成部分:IP電話路由協(xié)議簇。雖然現(xiàn)有的IP電話通信協(xié)議簇對于IP電話應用來說己經顯得相當完善，但是即使如此IP電話網絡在進行全球覆蓋時，仍然不可避免地面臨著嚴峻的考驗[5]。眾所周知，無論采用何種IP電話技術體系，都存在一個與現(xiàn)有的大規(guī)模PSTN網絡進行互通的問題。，在SIP標準中互通設備是SIP網關，在下一代網絡中這種互通設備將演進為軟交換設備Soft switch。為了配合IP電話進行全球覆蓋并與現(xiàn)有的PSTN網絡進行互通，必須在PSTN與IP電話網絡邊緣部署盡可能多的IP電話網關或Soft switch。但是，雖然這樣做可以使以語音為基礎的電信服務得到無縫覆蓋和透明傳輸，但是網關數量的膨脹同樣帶來了網關管理上的巨大困難與挑戰(zhàn)[6][7]。在這其中，網關的定位，也稱作網關選擇，IP電話路由選擇，網關發(fā)現(xiàn)或網關路由是最難以解決的問題。 課題背景IP電話(IP Phone)泛指在以IP (Internet Protocol)為網絡層協(xié)議的計算機網絡中進行話音通信的系統(tǒng)，它采用的技術統(tǒng)稱為VOIP (Voice over IP )，即IP上傳送話音。由于計算機網絡采用的都是分組交換技術，其傳送的數據單元都是由控制部分和數據部分封閉而成的獨立的數據包，通常稱之為“分組”，因此從更一般的意義上來說，VOIP屬于分組話音通信的范疇。從技術上說，IP電話則是以IP為標志的網絡分組化和以多媒體為目標的網絡業(yè)務綜合兩大主流技術融合的結果。經過幾年的發(fā)展，隨著全球寬帶業(yè)務的發(fā)展，IP接入網絡規(guī)模在快速膨脹，而技術的發(fā)展也使IP話音服務質量得到持續(xù)改進，這些都為VoIP 最終能夠大規(guī)模進入商用市場奠定了基礎。IP電話成為信息技術進步帶來的一項新型電話業(yè)務在全世界開展，并對傳統(tǒng)電話業(yè)務形成越來越大的威脅。不過，IP網絡本身并非為實時業(yè)務而設計，而構建或是將現(xiàn)有資源融合使其具有此類特性的IP承載網絡需要巨額的資金，這可不是新型的“虛擬運營商”們所能承受和想象的。其次又加之缺乏統(tǒng)一的信令控制標準，每個商家都按照自己的理解進行研發(fā)，信令控制方面迄今存在著多種很難互操作的制式。所以IP網絡承載和業(yè)界標準難以統(tǒng)一給IP電話業(yè)務帶來的最主要也是最特殊的問題就是服務質量問題。 VOIP發(fā)展歷史1995年2月以色列VocalTec公司首先研制出可以通過Internet網打長途電話的軟件：Internet Phone。用戶只要在多媒體PC機上安裝該軟件，就可以通過Internet網和任何地方安裝同樣軟件的聯(lián)機用戶進行通話[7]。話音利用基于路由器／分組交換的IP（Internet／Intranet）數據網進行傳輸。由于Internet中采用“存儲一轉發(fā)”的方式傳遞數據包,并不獨占電路,并且對語音信號進行了很大的壓縮處理,因此IP電話占用帶寬僅為8kbit／S－ 10kbit／S,再加上分組交換的計費方式與距離的遠近無關,自然大大節(jié)省了長途通信費用。這項技術的出現(xiàn)引起全世界的矚目，其背后的無限商機也使許多公司比如微軟、IDT、NetSpeak、英特爾等都進行了此項技術的研究，從而使IP電話技術得到迅速發(fā)展，由于當時這種應用只限于在Internet上使用，人們把這種在Internet上實現(xiàn)電話業(yè)務稱為Internet電話，使用者大多數是Internet上的網迷，語音質量基本沒有保證，技術還不完全成熟，人們對它的認識也比較稚嫩。，1995年國際電聯(lián)（ITU）。：終端、網關、關守和多點控制器（MCU）。它的特別之處是吸取了許多電信網的組網、互聯(lián)和運營經驗，能夠與PSTN（傳統(tǒng)電話網），以及其他數據業(yè)務和應用網互聯(lián)互通。 IETF出版RFC1633(Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview)，標志IntServ出現(xiàn)。IETF出版RFC2475(An Architecture for Differentiated Services)，標志DiffServ出現(xiàn)。1997年，以Cisco公司為首的幾家公司提出了MPLS(Multiprotocol Lable Switch)技術。MPLS技術產生的初衷就是為了綜合利用網絡核心的交換技術和網絡邊緣的IP路由技術各自的優(yōu)點。現(xiàn)在，MPLS已成為實現(xiàn)TE(Traffic Engeering)的重要手段，并且與DiffServ結合成為提供QoS的重要手段。這三種Qos主要技術的確立正式宣布了Voip與已有PSTN之間的交互取得了突破，此時的IP電話可以稱為真正的寬帶電話了，即Voice Over IP。由Voice over IP的字面意義，可以直譯為透過IP網絡傳輸的語音訊號或影像訊號，所以VoIP就是一種可以在IP網絡上互傳模擬音訊或視訊的一種技術。簡單地說，它是藉由一連串的轉碼、編碼、壓縮、打包等程序，好讓該語音數據可以在IP網絡上傳輸到目的端，然后再經由相反的程序，還原成原來的語音訊號以供接聽者接收。 進一步來說，VoIP大致透過5道程序來互傳語音訊號，首先是將發(fā)話端的模擬語音訊號進行編碼的動作，目前主要是采用ITUT 。第二道程序則是將語音封包加以壓縮，同時并添加址及控制信息，如此便可以在第三階段中，也就是傳輸IP封包階段，在浩瀚的IP網絡中尋找到傳送的目的端。到了目的端，IP封包會進行譯碼還原的作業(yè)，最后并轉換成喇叭、聽筒或耳機能播放的模擬音訊。 在一個基本的VoIP架構之中，大致包含4個基本元素： (1)媒體網關器（Media Gateway）：主要扮演將語音訊號轉換成為IP封包的角色。 (2)媒體網關控制器（Media Gateway Controller）：又稱為Gate Keeper或Call Server。主要負責管理訊號傳輸與轉換的工作。 (3)語音服務器：主要提供電話不通、占線或忙線時的語音響應服務。 (4)信號網關器（Signaling Gateway）：主要工作是在交換過程中進行相關控制，以決定通話建立與否，以及提供相關應用的增值服務。 IP電話路由的相關問題 當一個位于IP網絡中IP電話呼叫設備(如一個IP電話網關或一個預裝有IP電話軟件的PC)試圖完成一次對PSTN網內話機終端的呼叫時，網關定位的問題就會凸現(xiàn)出來[8]。由于被呼叫終端位于PSTN網內，而發(fā)起呼叫的終端位于IP電話網內，那么IP電話網關設備就必須擔負起媒體與信令的轉換工作，從而使IP電話網絡與PSTN網絡實現(xiàn)透明無縫的連接。同樣，在NGN環(huán)境中，IP電話網關路由仍然是一個不可回避的問題:Softswitch將承擔起信令中繼的關鍵角色，可以說在NGN環(huán)境中網關定位問題實際上是Softswitch的定位問題。在上述兩種應用環(huán)境中，當每一次網間信令呼叫選擇信令路由時，也就是尋找信令出口時，幾個甚至多個候選IP電話網關或者Softswitch將面臨被選擇的可能，究竟選擇哪一個作為信令的中繼點將不是一個輕而易舉可以得到解決的問題[9][10][11]，因為:(包括Softswitch )由于IP電話網絡的部署不斷擴大，連接IP電話網絡與PSTN網絡的網關數量也隨之呈大規(guī)模增長之勢。位于PSTN網絡邊緣意味著IP電話網關與PSTN網內近十億的可達終端存在潛在的電路連接，如此就會使每個網關在理論上都有完成對PSTN網內終端呼叫的可能性。于是，對于每個潛在的呼叫都有一定數量的網關可供選擇[12][13]事實上，網關的運營商并不希望為所有試圖接入網關的用戶提供服務。由于網關為接入用戶提供了很有價值的電信服務，隨之帶來的就是需要對每次往PSTN網絡終端的呼叫收取一定的費用。于是，只有與網關運營商有某種商業(yè)聯(lián)系的用戶才能獲得相應的信令中繼服務。3. IP電話服務策略由于接入了IP電話網關的IP電話終端用戶不能及時、直接地向該網關所屬的網關運營商支付相關費用，因此終端用戶與IP電話網絡服務提供商之間存在著中介服務的過程。IP電話服務提供者總是有各自的網關設備與服務機制，它們必須各自制定接入其它服務提供者運營的IP電話網關的策略。這些策略是預先配置的，并在最終的網關路由過程中發(fā)生作用。4. 終端用戶策略在有些情況下，IP電話終端用戶對出口網關選擇有特殊的要求，如特殊的服務屬性，對某網關服務商的偏好等。這些因素在最終的網關路由過程中都必須考慮在內。5. 網關服務能力網關的服務能力不盡相同，大容量的IP電話網關，如Softswitch可以同時支持數百次甚至數千次的呼叫，但也有一些小容量網關，如小型駐地用戶網關，有時只能同時支持兩三次呼叫。這種容量上的差別一定程度上決定了信令網關選擇的必要性，尤其是當需要支持某種形式的網絡負載平衡時，這種由于容量差別而造成的網關選擇就顯得尤為重要。6. 協(xié)議匹配能力處于IP電話網內的呼叫方所采用的信令必須得到出口網關的匹配，才能達到信令中繼的目的。如一般Soft , SIP等多信令協(xié)議的接入。因此從協(xié)議匹配的角度講對網關進行選擇是很有必要的。 VOIP研究現(xiàn)狀 國內外研究現(xiàn)狀目前，ITUT、IETF、ISC等國際組織正在合作制定和完善相關的協(xié)議和標準。ISC組織的成立，使VOIP技術得到了迅速發(fā)展， 相關的標準、協(xié)議、規(guī)范都得到了ITUT、IETF 等國際標準化組織的重視。、MGCP等一些老協(xié)議不斷完善成熟；BICC、SIP/SIPT等一些新協(xié)議不斷推出；一些基于VOIP技術的產品已經進入實用化階段。在路由技術方面出現(xiàn)了三種情況：一是運營商各自建立依賴于本地策略的定位服務器(含有本地網關路由數據庫)[]。至于這個定位服務器的設置地點，應避免過于分散，也不宜太過集中，以防止網關路由信息交互過于頻繁或數據庫負載過重。比較合適的方法是建立一個ITAD(因特網電話管理域)的概念，與IP網絡路由中使用的BGP4協(xié)議建立的自治域AS相對應，來建立和運行網關路由數據庫[10][11] [13][14]?；诖怂枷耄瑯I(yè)界還尚未有統(tǒng)一的標準，比較突出的是IETF提出的TRIP (Telephony Routing over IP)協(xié)議，一些知名廠商Cisco,Jupiter都在計劃把TRIP協(xié)議加入到它們的VOIP產品中。在己經出現(xiàn)的產品中，美國SS8公司己經推出了它們的一套基于TRIP的SIP網絡路由解決方案[15][16][17]，中興公司也己經把TRIP協(xié)議成功融入到它們的Softswitch產品中。除了TRIP，其它的方案還包括LDAP, DIAMETER+, RAS, Annex G等，在這些可選擇的ITAD定位服務器方案中，只有TRIP為典型的動態(tài)IP電話路由協(xié)議(在后面的論述中，主要是以TRIP為藍本進行的，因為它具有其它ITAD定位服務器方案所不具有的動態(tài)特點)。二是充分利用現(xiàn)有的域名DNS系統(tǒng)來構建樹形網關域名查詢系統(tǒng)[17]，在這個系統(tǒng)中每個網關、信令服務器、Softswitch都將被賦予各不相同的域名以供定位使用，SIP標準的ENUM 系統(tǒng)是這種域名查詢系統(tǒng)最好的體現(xiàn)[18][19][20] 。ENUM 最初是為了方便PSTN終端以電話號碼形式呼叫SIP網絡的電話終端而產生，這很類似于IP電話路由相關的第二個子問題，但是隨著IP電話網絡的發(fā)展，因此即使在與PSTN網絡無關的IF,電話系統(tǒng)中，使用ENUM技術的可能性還是很大的。由于SIP網絡廣闊的應用前景，SIP論壇以及一些知名廠商如TRILLIUM，休斯公司己經在它們的SIP產品解決方案中集成了ENUM系統(tǒng)，但是各廠商的ENUM方案還存在很大的互通問題需要解決。三是采用靜態(tài)層次網關路由體系[21]，它類似于PSTN的C1C5分級結構， ，這種體系結構還可以運用于以Softswitch為核心的NGN，由于Softswitch一般處理能力和容量方面都優(yōu)于現(xiàn)有的任何系統(tǒng)，因此在層次上只需要分為區(qū)域服務和域間服務兩部份，類似于PSTN網絡的本地網絡和長途網絡的概念[21][22][23]。作為一種成熟的體系，中國電信、網通、聯(lián)通以及國外的一些運營商在NGN運營早期都計劃引入這種可靠的靜態(tài)系統(tǒng)來運營Soft switch設備。 國內外研究現(xiàn)狀分析對于上述三種IP電話路由方法各有優(yōu)缺點。從技術實現(xiàn)難度的角度來講，靜態(tài)層次網關路由體系實現(xiàn)難度最小，因為其路由消息廣播范圍小，路由只配置下一跳網關(網守或Soft switch )，其次是樹形網關域名查詢系統(tǒng)，它繼承了原有的lntemet DNS系統(tǒng)中DNS域名與IP地址映射的方法，最復雜的是