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关于IPv6网络下的VoIP通信设计探讨

时间:2019-02-16    作者: 王江    来源: 永信论文网
摘要:互联网的快速发展,促进了社会的进步,革新了人们的生产和生活方式。而在互联网发挥巨大作用的同时,互联网技术也不断在进步。互联网技术的进步,使得IP电话(Voice over IP,VoIP)得到了广泛的应用。当前,VoIP技术主要依托于IPv4,但是,随着用户对互联网要求的不断提高,这种基于IPv4的VoIP技术已经很难满足实际需求。因此,积极发展新的技术,成为了IP电话发展的主要方向。IPv6网络的发展和应用则对VoIP通信的进步有着很大的意义,是未来IP电话发展的重要方向。本文主要探讨了关于IPv6网络下的VoIP通信设计。

关键词:IP电话、互联网、IPv6网络、VoIP通信设计

  1. 引言

以互联网技术为代表的高新技术,经过不断的发展,已经在生活和生产中得到了广泛的应用,并促进了人们生活和生产的自动化和智能化。而随着社会对技术要求的提高,如何发展新技术,创造更好的网络通信条件,成为了当前通信设计的主要议题。IPv6网络被称为下一代互联网,其在VoIP方面的应用有着非常广阔的发展前景。对于VoIP通信而言,IPv6网络不仅可以扩展其地址空间,并能有效提高其安全性。因此,如何实现IPv6网络下的VoIP通信设计成为了各方研究的重点,

  1. IPV6网络概述

IPV6的英文名称为Internet  Protocol Version  6,是新一代的互联网协议。可以说,IPV6是IPV4的升级版和下一代。IPV6作为互联网协议的最新发展形式,比IPV4有着很大的改进。相比较于IPV4,IPV6能够实现事物之间的对话功能。这种功能的实现,就能使得互联网不仅可以服务于人类活动,也可以为一些硬件设备,包括汽车和电器等提供更多的互联网服务。IPV4当前的一个重要问题就是网络地址空间和网络安全性,而IPV6则可以帮助解决这方面的问题。IPV6的出现,可以说是现代互联网技术发展和服务提高的重要体现。

互联网的发展需要依托一定的网络基础。当前,国际上主要采用的是IPV4网络。但是,由于用户数量和信息数据的增多,IPV4网络的地址不足,难以满足现代网络发展需要。这种技术上的问题,已经成为了制约很多国家互联网发展和信息化建设的主要因素。

IPV4网络尽管有了很长的发展时间,但是,近年来,其中的问题频繁显现。一方面,IPV4的硬件功能单一,无法对信息进行有效的搜集和分析,也无法正确选择信息。另一方面,IPV4网络也无法充分利用其中各个部分的相关性,并且其速度慢,已经成为了用户使用网络的最主要问题。

在这种情况下,开发一种新的网络技术,找到一种具有高速网络的技术,成为了人们最为关系的问题。IPV6就是在这种情况下产生的。IPV6的出现,很大解决了IPV4网络存在的问题。一方面,IPV6的地址空间非常大,因此,可以有效降低路由的压力,从而提高路由对信息的处理能力。另一方面,IPV6的扩展性非常好,这样就能提高路由的速度,并能将IPV4原有的功能进行充分扩展。需要提出的是,IPV6的另一个明显优势是具有密码认证和身份认证功能,因此,在网络安全和用户信息隐私保护方面有着很重要的作用,是未来互联网技术发展的主要方向。

  1. VoIP通信概述

3.1 VoIP介绍

VoIP (Voice Over IP) 技术,俗称IP( Internet Protocol)电话技术,在通信技术日益发达的今天作为“下一代电话”备受瞩目。上个世纪末,以色列的VocalTec公司经过多年的努力,成功研制出“Internet Phone”,这种电话只需要通过互联网电话软件就能实现通话。对于用户而言,只需要在PC端安装电话软件,并借助于互联网就能与其他用户联系。这种电话的出现,吸引了全球范围内的关注,很多企业也看到了这种电话的巨大商机,纷纷进驻网络电话行业。此后,更多的公司加大了对这项技术的研究投入,使得VoIP技术不断发展。这就是VoIP的雏形。早期,人们也将这种形式的电话称为Internet电话。

VoIP 是一种通过互联网或其他使用 IP 技术的网络,来实现语音通信的一种全新的通信技术。随着互联网的日渐普及和跨境通讯数量的增多,IP电话也被应用于长途电话业务中。同时IP电话也开始被应用于固网通信中,其低通话成本、易扩充性、低建设成本以及日渐优良化的通话质量等优点,被看做是当前传统电信业务的强有力的竞争者。这种技术的原理,主要是先打包压缩电话的模拟信号,并进行处理后,再通过互联网进行传输。这些经过初拉力的信号输送到对方的客户端后,经过解压和处理,就能还原成模拟信号。而这些信号能够被对方的电话机接听,这样就可以实现双方的对话。VoIP正在以惊人的速度发展,已成为越来越重要的一个领域。从VoIP技术的发展现状及趋势看,这种技术虽然正处于高速发展时期,并有着很大的应用前景。但是,其中也存在不少的问题。这些问题主要包括,如何实现与移动电话的对接,如何保证通话质量等。对于这类问题的处理,一个很重要的解决方向,就是优化VoIP通信协议,或者采用IP地址与电话号码变换的方法。

3.2 VoIP通信相关协议

当前,Vo IP通信相关协议主要有SIP、H.323、MEGACO 和 MGCP 等类型。

SIP的中文名称为会话发起协议,英文全称为Session Initiation Protocol,这种通信协议最早由Henning Schulzrinne教授及其同事发现。Henning Schulzrinne教授等人在提出互联网数据实时传输协议的基础上,通过共同合作,研制出了实时流传输协议 (RTSP)。RTSP主要用于对互联网上音频和视频文件传输的控制。SIP的出现,吸引了各界的广泛关注。同时,在该协议的基础上,很多系统也先后被开发出来。在这种协议下,网络电话客户端只需要连上互联网,就能通过域名查找,寻找到其对应的服务器,从而可以实现网络上的视频和语音通话。而随着网络技术的不断发展,SIP逐渐成为了很多网络电话的核心协议,3GPP、ETSI 和 ITU-T都先后在其相应的系统中采用SIP协议,使得SIP 协议成为了最受业界关注的VoIP通信协议。从当前的发展形势看,IETF的 SIP协议将会是VoIP 未来的发展的主要方向。

除了SIP之外,H.323也是重要的VoIP通信协议之一。H.323协议的出现,主要是为了实现包交换网络多媒体通信系统。从组成结构看,H.323协议主要包括网关、网守和支撑系统组成。其中,网守主要是负责用户认证、相关计费和网关交换的设备。而支撑系统主要是负责后台认证和网络通话计费工作。新世纪以来,H.323协议标准得到而不断的修改和补充,尤其是其中与网络电话相关的部分,包括一些网络设备的体系结构等都进行了很大程度的修订。并且,为了更好地满足网络电话的发展,H.323协议还引入了媒体网关(MG, Media Gateway)和媒体网关控制器(MGC,Media Gateway Control),从而可以极大的丰富网络电话的功能,并能促进网络电话实现与PSTN 的无缝连接,加速了PSTN 与 IP两种网络的相互融合,对网络电话的性能改善和发展要有着很大的帮助。从当前的发展现状看,世界上多数的网络电话开发商在VoIP技术方面,都是采用H.323这种通话协议。从目前的技术说,以H.323协议为基础的VoIP技术的设计角度就是基于电信级的网络的,因此,其具有很多方面的优点,能够借助于电信网的优势,提供高质量和高性能的通话。以H.323协议为基础的VoIP技术的优点主要有网络电话管理商管理效果好,管理成本低,大规模的网路也容易构建。但是很,这种基于H.323协议的VoIP技术也存在一定的缺点。这些问题主要包括设备成本高,协议扩展性不好、投资建设成本大、协议设计过于复杂等方面。

此外,MGCP(Media Gateway Control Protocol)也是一种重要的VoIP通信协议。当前,下一代网络的研发中,“以软交换为核心”成为了一种很流行的概念。“以软交换为核心”主要是指采用软件换进行控制,对控制、承载和业务进行有效分离。这种概念的提出,就需要对不同媒体网关进行处理,从而提供更多的不同形式的多媒体业务,也包括一些移动媒体业务。而这些都需要一种新的通信协议。对于“以软交换为核心”的下一代网络,其核心协议就是MGCP(Media Gateway Control Protocol)和H.248。当前,软件换的主要目的,就是实现电话的网络化,将传统电话转化为未来的网络电话。软交换可以说是一种 VoIP 的过渡技术,其主要使命就是促进用户通过IP方式实现网络通话。

  1. IPv6网络下的VoIP通信设计

Vo IP 通信包含多种协议,本文主要探讨了通过对 IPv6 网络下的 VoIP通信中H.323和SIP的设计进行分析。

4.1 IPv6 网络下的 VoIP通信SIP的设计分析

随着技术的不断发展和用户数量的不断增多,对于互联网而言,网络结构也更加复杂。同时,互联网已经渗透到了社会生活的社会发展的各个方面,因此,互联网的发展必将影响到了整个社会的变动。而从当前的发展趋势看,实现传统电话的变革,开发出高性能的网络电话成为了现代互联网发展的一个重要方向。IP语音技术成为了互联网商业革命的又一个重要领域。而VoIP技术的出现和发展,为这种互联网商业革命提供了更多的可能性。互联网的快速普及,也仍更多的开发商预见到了VoIP技术的发展前景和应用价值,很多电信运营商也积极引入VoIP技术,网络电话(IP 电话)进而也获得了爆发式的发展。而SIP作为一种重要的通信协议,就是为了促进NGN(下一代网络)发展的重要协议。而随着互联网技术的发展,基于 SIP的VoIP系统必将是新一代电信网络中的必然发展趋势。

SIP从本质上说,就是一种应用层控制协议。这种协议的主要功能就是基于互联网构建一个完整的通信服务体系,从而可以为用户提供性能更好和服务更优的体系,并能实现多媒体呼叫或会话的控制。作为控制(信令)协议,SIP可以积极参与会话成员的通信,并对多媒体会话的进程进行有效控制。IETF坚持采用分层的方法来创建服务,这样,SIP体系结构如图1所示。

图1 SIP协议栈

SIP不仅能够实现两个用户之间的对话,还能帮助第三方用户加入已经存在的通话网络,也就是在原有对话的基础上,实现新的会话。SIP的核心思想,就是实现多个成员的对话,这比原来的多播SAP(会议通告协议)有了很大的改进。在SIP协议下,通话双方能够在协商的基础上,选择合适的媒体参数,来决定对话方式。

此外,SIP还能实现对用户终端的对位,这样就能有效保证通话的时效性,也就是不断呼叫方的何处网络位置,都能确保用户能够接收到呼叫信号。这种功能的实现,就需要用户提前在服务器上进行登记,录入其位置信息,这样才能在被呼叫时,保证系统能够准确找到被呼叫方。而当用户的网络位置发生变化时,其必须在系统中重新登记注册,否则就会容易引起呼叫错误。

4.2 IPv6 网络下的 VoIP通信H.323的设计分析

H.323协议主要用来实现网络多媒体通信的实时控制。这种协议主要组成部分包括网络安全、管理控制、呼叫控制、会议通信和媒体安全等。H.323协议不仅可以实现网络语音应用,也能实现网络视频应用。

可以说,H.323能够使得IP网络传输分组语音。在H.323网络中,其组建主要有多点处理单元(MCU)、网关(Gateway)、关守(Gatekeeper)和终端(terminal)等。其中,多点处理单元、终端、网关也被称为端点。其功能主要有:一是信号控制。这种协议能够实现通道建立和能力协商、实现呼叫信令通道和实现与网守的通信;二是实时通信。这种技术可以支持RTP/RTCP协议;三是编解码。这种技术能够编解码多种现行主流的音频格式和视频格式。

4.3 SIP与H.323的比较

一是复杂性。H.323 是一个相当复杂的体系,它由很多不同的协议组成,协议之间的部分功能有重复,功能实现比较复杂;SIP 则比较简单,它采用文本编码格式,易于解析和调试,实现起来简单容易。

二是功能可扩充性。SIP 仿效了较为成熟的 HTTP 和 SMTP 协议,具有丰富的扩充和兼容功能。而 H.323 在扩充能力的实现上存在互操作性的问题。

三是可扩展性。由于 H.323 最早是为了单个局域网用户考虑的,在广域网上寻址、进行用户定和环路检测等方面比较欠缺。而 SIP拥有更好的扩展性。

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