认识了解网络电话技术

网络电话是在因特网上采用以IP包(分组)为单位的包交换方式传送的语音业务,采用分组交换技术。下面先简单分析一下分组交换的基本特性。
1。分组交换
      分组交换( Packet Switching)是利用存储转发的方式进行交换的。分组交换机首先将从终端设备送来的数据报文接收、存储,而后将报文划分为一定长度的分组,并以分组为单位进行传输和交换。在每个分组中都有一个3~10个字节的分组头,在分组头中包含有分组的地址和控制信息,以控制分组信息的传输和交换数据通信具有很强的突发性,表现为在短时间内会集中产生大量的信息。突发性的定量描述为峰值比特率和平均比特率之比,对于一般的数据传输,突发性可高达20;对于文件检索和传送,突发性也可达50。如果采用电路交换,若按峰值速率分配电路带宽,则会造成资源的严重浪费,若按平均速率分配带宽,则会造成大量数据丢失。其次,在数据通信中,大量的数据终端为计算机,计算机型号繁多,速率相差很大,而电路交换只能定义若干种标准带宽的电路,因此很难用有限类型的电路将不同类型和速率的数据终端有效地连接起来。另外,数据通信的基本要求是数据无差错地传送到对端用户,而对于传送时延则无严格的要求,因此没有必要为通信双方事先分配一条专用的电路,而可根据用户的要求和网络可提供的带宽,动态分配带宽,将突发数据按选定的路径逐个节点地接力前传,数据在每个节点允许暂存。由此可见,分组交换方式非常适合数据通信。
      分组交换采用的是统计复用方式,电路的利用率较高。但统计复用的缺点是可能产生附加的随机时延和存在丢失数据的可能。这是由于用户传送数据的时间是随机的,若多个用户同时发送分组数据,则必然有一部分分组需要在缓冲区中等待一段时间才能占用电路传送,若等待的分组超过了缓冲区的容量,就可能发生部分分组的丢失。
分组交换有虚电路(面向连接)和数据报(无连接)两种方式
(1)虚电路
      所谓虚电路是指两个用户在进行通信之前要通过网络建立逻辑上的连接,在建立连接时,主叫用户发送“呼叫请求”分组,在该分组中,包括被叫用户的地址及为该呼叫在出通路上分配的虚电路标识,网络中的每一个节点都根据被叫地址选择出通路,为该呼叫在出通路上分配虚电路标识,并在节点中建立入通路上的虚电路标识与出通路上虚电路标识之间的对应关系,向下一节点发送“呼叫请求”分组。被叫用户如同意建立虚电路,可发送“呼叫连接”分组到主叫用户。当主叫用户收到该分组时,表示主叫用户和被叫用户之间的虚电路已建立,可进入数据传输阶段。
      在数据传输阶段,主、被叫之间可通过数据分组相互通信,在数据分组中不再包括主被叫地址,而是用虚电路标识表示该分组所属的虚电路,网络中各节点根据虚电路标识将该分组送到在呼叫建立时选择的下一通路,直到将数据传送到对方。同一报文的不同分组是沿着同一路径到达终点的。数据传送完毕后,每一方都可释放呼叫,网络释放为该呼叫占用的资源虚电路不同于电路交换中的物理连接,而是逻辑连接。虚电路并不独占电路,在一条物理线路上可以同时建立多个虚电路,以达到资源共享。虚电路方式在一次通信过程中具有呼叫建立、数据传输和释放呼叫3个阶段,有一定的处理开销,但一旦虚电路建立,数据分组按照已建立的路径通过网络,分组能按照发送顺序到达终点,在每个中间节点不需要进行复杂的选路,数据量较大时通信效率高,但对故障较为敏感,当传输链路或交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断帧中继和ATM采用的是面向连接的通信方式。
(2)数据报
      数据报方式是独立地传送每一个数据分组,每一个数据分组都包含终点地址的信息,每一个节点都要为每一个分组独立地选择路由,因此一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。数据报方式在用户通信时不需要呼叫建立和释放阶段,对短报文传输效率比较高,对网络故障的适应能力较强,但由于属于同一报文的多个分组独立选路,接收端收到的分组可能失去顺序。在IP网络中采用的是数据报(无连接)方式。
2。因特网的数据传输特性。
因特网采用的是无连接的通信方式。下面简单分析一下因特网的数据传输特性。因特网在计算机和计算机之间传输数据的机理可以归纳为两点:第一点是采用自适应的路由和存储转发机制;第二点是传输的对象采用以分组为单位的数据报。存储转发和自适应的路由机制意味着数据报根据特定时刻的网络状况(如拥塞、链路故障等)在网络上可能选取不同的传输路由。这种路由机制使每个数据分组都能转发到网络当前最佳的路由,但可能会导致目的用户所收到的数据报和发送的顺序不同,而且还会导致接收端数据报的到达速率不一样;数据报到达的时延也不相同。传输的单位是分组,这就意味着在接收端点还需进行数据报的重组。根据因特网的传输机理,将其特性归纳如下
(1)因特网是一个无连接的计算机网络系统
因特网无连接的概念和自适应路由概念密切相关,它就意味着因特网上的计算机之间并没有紧密的联系,因此因特网不保存用户传输过程中的信息,而且从源主机到目的主机之间无须建立固定路径进行交换。由于多个数据报可能沿不同的路径到达目的主机源主机发送的多个数据报不能按照顺序到达目的主机。
(2)传统的因特网是一个“尽力而为”( best effort)的传输网络
所谓“尽力而为”是指因特网会尽量去传送业务流量,但如果发生了问题(由于噪声引起的比特差错、路由器中的拥塞等)或无法找到目的主机,数据就会被丢弃。在数据通信的大多数情况下,发送端主机上的TCP会重新发送已丢失或损坏的数据报,但是语音通信的时延不能太大,不能通过重发来解决丢失或损坏的数据报。
(3)传输延迟的不确定性
由于传输路径的不确定,存储和转发时间的不确定,因此造成数据报往返时间波动,数据报往返时间(RTT)是指发送一个分组到目的节点再从该节点收到响应所需要的时间。RTT包括在两个方向上的传输时间和目的节点的处理时间
3。选择因特网传送语音业务的原因
从上述对因特网性能分析来看,因特网传送语音业务并不是最佳选择。但为什么仍然选择这样一种技术来支持语音业务呢?主要有以下几个方面的原因。
(1)多媒体业务的集成:使IP网络同时支持语音、数据、图像的传输,为将来全面提供多媒体业务打下了基础。
(2)信道利用率较高:采用异步时分复用传输并采用语音压缩编码,信道利用率较高。
(3)有利于发展以IP协议为基础的采用分组交换技术的下一代网络:IP及相关协议在用户和网络设备中已经大量存在。由于数据通信的迅速发展,数据通信业务将逐渐成为通信网中的主要业务,运营商希望将各种不同的业务综合到一个以IP协议为基础的采用分组交换技术的下一代网络中
(4)可以方便地集成智能:网络电话网继承了计算机网的智能模块,可以灵活地控制信令和连接,有利于各种增值业务的开发。
(5)有利于运营商开拓新的市场:因特网迅速发展后,许多因特网服务提供商(ISP)应运而生,但是大多数ISP只是提供因特网接入,并未提供实质性的业务,因此多处于亏损状态。IP网络电话推出后,ISP可以很方便地将网络电话业务与接入服务结合起来,增加运营收入。另外,传统的电话网由于设备投资大、网络规范复杂,一般运营商很难进入。引入网络电话后,一些新成立的小型公司都可以很容易地进入电信经营领域,既有利于电信市场的开放,也可促进传统电信业的改造。
(6)语音自身有一定错误容限能力:语音传输对误码有很强的耐受力,偶尔有一个包丢失了,并不会严重影响语音的保真度。由于因特网的迅速发展,下一代网络的传送层将主要采用IP网络。

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