第二部分：1.网络电话的工作原理？

　　通过互联网能打电话到普通电话上，关键是服务供应商要在互联网上建立一套完善的电话网关。所谓电话网关,是指可以将Internet和公共电话网连接在一起的电脑电话系统，其一端与Internet连接，另一端是可以打进打出的电话系统。当用户上网后，使用专用的网络电话软件，可以通过麦克风和声卡将语音进行数字化压缩处理，并将信号传输到离目的地最近的电话网关，电话网关将数字信号转换成可以在公共电话网上传送的模拟信号，并接通对方电话号码，双方就可以通过互联网电话网关通话了。2.网关的工作原理

　　网关的工作原理是：当路由器的物理接口或路由模块的虚拟接口接收到数据包时，通过判断其目的地址与源地址是否在同一网段，来决定是否转发数据包，通常小型办公室的网络设备只有两个接口，一个连接Internet，另一个连接局域网集线器或交换机，因此，一般设成缺省路由，只要不是内部网段，全部转发。3.网守的功能

（一）在IP电话中，网守处于高层，是用来管理IP电话网关的。总的来说网守的功能如下：一、RAS功能RAS部分的功能有用户认证、地址解析、带宽管理、路由管理、安全性管理、区域管理。

1、区域管理：由于IP Phone网络正在发展中，网络的拓扑结构各种各样，考虑到目前的发展趋势，网守在结构上应能适应各种结构，既能支持单网守、单区域，也能支持多网守、多区域；在多区域情况下，各个区域即可以建立平等和直接的联系，也可通过上级网守联系。每个区域可配置多个网守，以用于备份和负荷分担。每个网关保存两个网守的地址，网关启动后定期向网守发RRQ登录，如果登录失败，则向另一网守登录。登录时网守保存网关的登录生存周期，超时后未重新收到网关的RRQ则认为网关故障，将其状态置为不可用。

2、用户认证：网关用ARQ把用户卡号和密码发给网守，网守再把卡号和密码送给计费认证中心，如果计费认证中心认证通过，网守向网关发ACF，否则回ARJ。

3、地址解析：网关在用户认证完成后，接受被叫号码，接收完被叫号码后把号码用ARQ送给网守，网守在路由表中查找目的网关的IP地址，如果目的网关不在本区域中，向上级网守或邻近网守请求在别的区域中查找。找到目的网关后在ACF中返回其IP地址，未找到返回ARJ。网守到网守的通信方式遵循H.225.0 Annex G的建议。

4、带宽管理：由于每个网关接入到Internet的带宽有限，为了避免在话务高峰期造成网络拥塞，影响所有的呼叫，网守可设定进行带宽管理，网关在ARQ中填入所需的带宽，网守判断有无足够的带宽资源，如果资源不足，就拒绝呼叫。由于呼叫所需的带宽取决于语言编码的类别、是否采取静音、每个RTP包带几帧数据等，因此，在ARQ中的带宽应按{zd0}需求申请，在通话开始时，再用BRQ修改所需带宽。

5、路由管理：为了提高网络的可靠性和接通率，对话务流量进行分配，网守提供路由管理。在路由表中，每个区号可以对应多个路由，路由具有优先级，选路时先选高优先级路由，如果高优先级路由拥塞或不可达，再选低优先级的路由。当呼叫跨区域时，双方的网守可以直接建立联系，也可以通过上级网守联系，还可以通过别的同级网守联系，方式灵活，保证系统的灵活配置和网络的可靠性。具有相同区号和路由特性的网关可以组成网关组，选路时可以针对网关，也可以针对网关组。对某一网关组选路时，可以按每个网关的优先级，也可以按百分比在网关间进行流量分配。为了在某些情况下能与即不在本网守的控制下，也无法与其网守通信的网关互通，路由还可设为“独立网关”，直接与之通信。

6、安全性管理：由于Internet是一个开放的网络，容易遭到攻击，网守应提供基于H.235的安全机制，在相互通信的网关和网守之间、网守与网守之间设置密码，相互认证。为了与别的设备互通或别的原因，网守也可以不提供基于H.235的安全性机制或也可以针对IP地址进行认证，根据对方的IP地址来判断对方是否是合法用户。（二）呼叫处理功能

　　网守除了进行RAS功能外，还需要具有呼叫处理功能，利用H.225.0和H.245进行呼叫的建立，能力交换，呼叫维护和结束呼叫等处理。对于PC-to-Phone业务，PC需要对网守发起呼叫。再由网守向被叫网关发起呼叫，网守在进行呼叫处理的时侯，其处理能力会下降很多。（三）用户界面和参数设置

　　用户界面和参数设置部分完成路由表、网关数据表、网关组数据表、本网守数据设定等数据的输入、修改、保存和调试信息、日志信息、告警信息的管理和用户权限管理。

1、各种数据的管理：网守的数据主要有网关数据表、网关组数据表、网守数据表、路由表、国家信息表五个表格和本网守的各种设置，如RAS端口号，是否采用H.235，本网守的国家号和国家号前缀等。通过用户界面，可以实时修改大部分数据，少数参数如端口号等只能在系统初始化时设定，运行中禁止修改。所有的数据都可以保存在文件中，下次启动可直接使用。

2、告警信息管理：提供告警窗口，在系统出现异常时打印告警信息。

3、调试信息管理：可以输入一些命令，来控制系统的运行和显示某些感兴趣的信息，如VOS的内存信息，显示收到的消息等。

4、日志管理：记录网守所有的操作，以便进行问题跟踪等。

5、用户权限管理：对操作设置各级权限，根据权限确定用户对网守的操作。（四）RADIUS Client程序

　　计费认证中心中保存着所有卡号用户的信息，当网关向网守发送ARQ请求对用户进行认证时，GK通过Radius Client向计费认证中心发送用户验证请求，等待计费认证中心的验证结果。呼叫开始通话时，网守收到网关的通知后通过Radius Client向计费认证中心发送计费开始消息，通话结束后发送计费结束消息。（五）网管功能

　　网守支持SNMP，通过运行SNMP代理，与网管中心建立联系。（六）其他功能

　　1、设备备份的考虑：为了保证系统的可靠性，每个区域应至少配置两个网守，这两个网守可以配置为一个为主，一个为从，也可以配置为两个平等的网守，对区域内的网关进行负荷分担，同时互为备用。在正常情况下网关只向主网守登记，但主备网守中都保存有该网关的数据，当网关向主网守登记失败后，向备用网守登记。

　　2、设备管理：为了在某一网关或网守出现故障时能及时改变路由，提高接通率，网守应能及时发现其管理下的网关和与之联系的其它网守的状态改变并以此改变路由数据。网守管理下的网关不断向网守发送登记请求，每次登记的生存周期可以设得很短，当生存周期已到而未收到网关新的登记请求时，网守就可以认为网关发生故障，并不在向其分配呼叫。与此同时，网关不停向所有与之向连的网守发送服务请求，与之建立联系。当向对方发出服务请求未收到对方的证实，重发也超过{zd0}重发次数时，认为对方发送故障，这时改变自己的路由表。

　　3、会话管理：网关上的每一个呼叫在网守中都有一与之对应的呼叫控制块，当网关发起呼叫时向网守发送ARQ，网守在收到后ARQ创建呼叫控制块，呼叫结束时网关向网守发送DRQ，网守释放呼叫控制块。为了避免在某些情况下网守未收到网关的DRQ而造成网守无法释放呼叫，网守定期向网关发送查询命令，检查呼叫是否存在，如果不存在，则释放呼叫控制块。为了避免呼叫超出网守处理能力而造成网守崩溃，网守可以设一{zd0}呼叫数，超出的呼叫将被拒绝。对每个网关也设一{zd0}呼叫数，当该网关上的呼叫数超出门限值时呼叫也将被拒绝。网守还可以闭塞某一网关或网守，禁止其呼入或呼出。对每一网守，还可以设一拥塞上限和拥塞下限，当呼叫超出呼叫上限时认为该网守已拥塞，不再向该网守分配呼叫；当呼叫数低于拥塞下限时，认为拥塞已经解除。

　　4.软交换技术及其应用

　　(1)软交换技术产生的背景

　　人类的通信包括话音、数据、视频与音频组合的多媒体三大内容。一直以来，上述三类通信业务均是分别由不同的通信网来承载和疏通。电话网承载和疏通语音业务、数据网承载和疏通数据业务，多媒体网承载和疏通多媒体业务。

　　随着社会信息化程度的进一步加深，通信已经成为人们生活和工作中不可缺少的工具，人们对通信要求也不再仅仅是基本的语音通信业务和简单的WWW浏览和收发E-mail，人们需要的是能够随时、随地、灵活地获取所需要的信息。因此要求电信运营商能够灵活地为用户提供丰富的电信业务，而基于由不同通信网络提供不同业务的运营模式难以满足用户“灵活地获取所需要的信息”的需求，只有构建一个"全业务网络——即能够同时承载和疏通语音、数据、多媒体业务的网络”才能满足用户日益增长的对通信业务的需求。

　　电话网的历史最为悠久，其核心是电话交换机，电话交换机经历了磁石式、共用电池式、步进制、纵横制、程控制5个发展阶段，其差别在于交换机的实现方式发生了改变。程控制电话交换机的出现是一个历史性的变革，它采用了先进的体系结构，其功能可以分为呼叫业务接入、路由选择(交换)和呼叫业务控制3部分，其中的交换和呼叫业务控制功能均主要是通过程序软件来实现。但其采用的资源独占的电路交换方式，以及为通信的双方提供的对等的双向64kbit/s固定带宽通道不适于承载突发数据量大、上下行数据流量差异大的数据业务。

　　数据网的种类繁多，根据其采用的广域网协议不同，可将其分为DDN、X.25、帧中继和IP网，由于IP网具有协议简单、终端设备价格低廉、以及基于IP协议的WWW业务的开展，基于IP协议的Internet呈爆炸式发展，一度成为了数据网的代名词。IP网要求用户终端将用户数据信息均封装在IP包中，IP网的核心设备——路由器仅是完成“尽力而为”的IP包转发的简单工作，它采用资源共享的包交换方式，根据业务量需要动态地占用上下行传输通道，因此IP网实际上仅是一个数据传送网，其本身并不提供任何高层业务控制功能，若在IP网上开放语音业务，必须额外增加电话业务的控制设备。值得一提的是，IP网中传送的IP包能够承载任何用户数据信息，为实现语音、数据、多媒体流等多种信息在一个承载网中传送创造了条件。

　　可见，电话网和数据网均存在一定的先天缺陷、无法通过简单地改造而成为一个“全业务网”，因此，为了能够实现在同一个网络上同时提供语音、数据以及多媒体业务，即通信业务的融合，产生了软交换(softswitch)技术。

　　2 软交换技术介绍

　　2.1 软交换网络的总体结构

　　 软交换技术采用了电话交换机的先进体系结构，并采用IP网中的IP包来承载话音、数据以及多媒体流等多种信息。

　　 一部程控电话交换机可以划分为业务接入、路由选择(交换)和业务控制3个功能模块，各功能模块通过交换机的内部交换网络连接成一个整体。软交换技术是将上述3个功能模块独立出来，分别由不同的物理实体实现，同时进行了一定的功能扩展，并通过统一的IP网络将各物理实体连接起来，构成了软交换网络。

　　 电话交换机的业务接入功能模块对应于软交换网络的边缘接入层；路由选择(交换)功能模块对应于软交换网络的控制层；业务控制模块对应于软交换网络的业务应用层；IP网络构成了软交换网的核心传送层。

　　2.2 边缘接入层

　　 软交换技术将电话交换机的业务接入模块独立成为一个物理实体，称为媒体网关(MG)，MG功能是采用各种手段将各种用户及业务接入到软交换网络中，MG完成数据格式和协议的转换，将接入的所有媒体信息流均转换为采用IP协议的数据包在软交换网络中传送。

根据MG接入的用户及业务不同，MG可以细分为以下几类。

　　 中继媒体网关(TG)：用于完成与PSTN/PLMN电话交换机的中继连接，将电话交换机PCM中继中的64kbit/s的语音信号转换为IP包。

信令网关(SG)：用于完成与PSTN/PLMN电话交换机的信令连接，将电话交换机采用的基于TDM电路的七号信令信息转换为IP包。

TG和SG共同完成了软交换网与采用TDMA电路交换的PSTN/PLMN电话网的连接，将PSTN/PLMN网中的普通电话用户及其业务接入到了软交换网中。接入网关(AG)：提供模拟用户线接口，用于直接将普通电话用户接入到软交换网中，可为用户提供PSTN提供的所有业务，如电话业务、拨号上网业务等，它直接将用户数据及用户线信令封装在IP包中。

　　 综合接入设备(IAD，Integrated Access Device)：一类IAD同时提供模拟用户线和以太网接口，分别用于普通电话机的接入和计算机设备的接入，适用于分别利用电话机使用电话业务、利用计算机使用数据业务的用户；另一类IAD仅提供以太网接口，用于计算机设备的接入，适用于利用计算机同时使用电话业务和数据业务的用户，此时需在用户计算机设备中安装专用的“软电话软件”。

　　 多媒体业务网关(MSAG，Media Servers Access Gateway)：用于完成各种多媒体数据源的信息，将视频与音频混合的多媒体流适配为IP包。 H.323网关：用于连接采用H.323协议的IP电话网网关。

无线接入媒体网关(WAG，Wireless Access Gateway)：用于将无线接入用户连接至软交换网。

　　 可见，AG、TG和SG共同完成了电话交换机的业务接入功能模块的功能，实现了普通PSTN/PLMN电话用户的语音业务的接入，并将语音信息适配为适合在软交换网内传送的IP包。同时软交换技术还对业务接入功能进行了扩展，体现在IAD、MSAG、H.323 GW、WAG等几类媒体网关。通过各类MG，软交换网实现了将PSTN/PLMN用户、H.323 IP电话网用户、普通有线电话用户、无线接入用户的语音、数据、多媒体业务的综合接入。 2.3 控制层

　　 软交换技术将电话交换机的交换模块独立成为一个物理实体，称为软交换机(SS)，SS的主要功能是完成对边缘接入层中的所有媒体网关的业务控制及媒体网关之间通信的控制，具体功能如下。

　　(1) 根据业务应用层相关服务器中登记的用户属性，确定用户的业务使用权限，以确定是否接受用户发起的业务请求。

　　(2) 对边缘接入层的各种媒体网关的资源进行控制，控制各个媒体网关资源的使用，并掌握各个媒体网关的资源占用情况，以确定是否有足够的网络通信资源以满足用户所申请的业务要求。

　　(3) 完成呼叫的路由选择功能，根据用户发起业务请求的相关信息，确定哪些媒体网关之间应建立通信连接关系，并通知这些媒体网关之间建立通信连接关系并进行通信，以及在通信过程中所采用的信息压缩编码方式、是否启用回声抑制等功能。

　　(4) 对媒体网关之间的通信连接状态进行监视和控制，在用户业务使用完成后，指示相应的媒体网关之间断开通信连接关系。

　　(5) 计费。由于软交换机只是控制业务的接续，而用户之间的数据流是不经过软交换机的，因此软交换机只能实现按接续时长计费，而无法实现按信息量计费。若要求软交换机具备按信息量计费的功能，则要求媒体网关具备针对每用户的每次使用业务的信息量进行统计的功能，并能够将统计结果传送给软交换机。

　　(6) 与H.323网的关守(GK)交互路由等消息，以实现软交换网与H.323 IP电话网的互通。

　　2.4业务应用层

　　 软交换技术将电话交换机的业务控制模块独立成为一个物理实体，称为应用服务器(AS)，AS的主要功能是完成业务的实现，具体功能如下。 　　(1) 存储用户的签约信息，确定用户对业务的使用权限，一般采用专用的用户数据库服务器+AAA服务器或智能网SCP来实现。

　　(2) 采用专用的应用服务器和智能网SCP(要求软交换机具备SSP功能)来实现YDN 065-1997《邮电部电话交换设备总技术规范书》中定义的基本电话业务及其补充服务功能，以及智能网能够提供的电话卡、被叫付费等智能网业务。

　　(3) 采用专用的单个应用服务器或多个应用服务器实现融合语音、数据以及多媒体的业务，灵活地为用户提供各种增值业务和特色业务。

　　(4) 软交换网控制层中的软交换机之间是不分级的，当网络中每增加一个软交换机时，其它所有软交换机必须增加相应的局数据；而这对于网络运营来说，将是极为麻烦的，其解决办法是在业务应用层中设置策略服务器来为软交换机提供路由信息。当然，策略服务器的设置方案将直接影响软交换网络的安全可靠性。

　　2.5 核心传送层

　　 核心传送层实际上就是软交换网的承载网络，其作用和功能就是将边缘接入层中的各种媒体网关、控制层中的软交换机、业务应用层中的各种服务器平台等各个软交换网网元连接起来。

　　 鉴于IP网能够同时承载语音、数据、视频等多种媒体信息，同时具有协议简单、终端设备对协议的支持性好且价格低廉的优势，因此软交换网选择了IP网作为承载网络。

　　 软交换网中各网元之间均是将各种控制信息和业务数据信息封装在IP数据包中，通过核心传送层的IP网进行通信。

　　2.6 软交换网中的协议及标准

　　 软交换网络中同层网元之间、不同层的网元之间均是通过软交换技术定义的标准协议进行通信的。国际上从事软交换相关标准制定的组织主要是IETF和ITU-T。它们分别从计算机界和电信界的立场出发，对软交换网协议作出了贡献。

　　2.6.1 媒体网关与软交换机之间的协议

　　 除SG外的各媒体网关与软交换机之间的协议有MGCP协议和MEGACO/H.248协议两种。

MGCP协议是在MEGACO/H.248之前的一个版本，它的灵活性和扩展性比不上MEGACO/H.248，同时在对多运营商的支持方面也不如MEGACO/H.248协议。

MEGACO/H.248实际上是同一个协议的名字，由IETF和ITU联合开发，IETF称为MEGACO，ITU-T称为H.248。MEGACO/H.248称为媒体网关控制协议，它具有协议简单，功能强大，且扩展性很好的特点。

SG与软交换机之间采用SIGTRAN协议，SIGTRAN的低层采用SCTP协议，为七号信令在TCP/IP网上传送提供可靠的连接；高层分为M2PA、M2UA、M3UA。由于M3UA具有较大的灵活性，因此目前应用较为广泛。SIGTRAN/SCTP协议的根本功能在于将PSTN中基于TDM的七号信令通过SG以IP网作为承载透传至软交换机，由软交换机完成对七号信令的处理。

　　2.6.2软交换机之间的协议

　　 当需要由不同的软交换机控制的媒体网关进行通信时，相关的软交换机之间需要通信，软交换机与软交换机之间的协议有BICC协议和SIP-T协议两种。

BICC协议是ITU-T推荐的标准协议，它主要是将原七号信令中的ISUP协议进行封装，对多媒体数据业务的支持存在一定不足。SIP-T是IETF推荐的标准协议，它主要是对原SIP协议进行扩展，属于一种应用层协议，采用Client-Serve结构，对多媒体数据业务的支持较好、便于增加新业务，同时SIP-T具有简单灵活、易于实现、扩展性好的特点。目前BICC和SIP协议在国际上均有较多的应用。

　　2.6.3软交换机与应用服务器之间的协议

　　 软交换机与Radius服务器之间通过标准的Radius协议通信。软交换机与智能网SCP之间通过标准的智能网应用层协议(INAP、CAP)通信。一般情况下，软交换机与应用服务器之间通过厂家内部协议进行通信。为了实现软交换网业务与软交换设备厂商的分离，即软交换网业务的开放不依赖于软交换设备供应商，允许第三方基于应用服务器独立开发软交换网业务应用软件，因此，定义了软交换机与应用服务器之间的开放的Parlay接口。

2.6.4媒体网关之间的协议

　　 除SG外，各媒体网关之间通过数据传送协议传送用户之间的语音、数据、视频等各种信息流。　　软交换技术采用RTP(Real-time Transport Protocol)作为各媒体网关之间的通信协议。RTP协议是IETF提出的适用于一般多媒体通信的通用技术，目前，基于H.323和基于SIP的两大IP电话系统均是采用RTP作为IP电话网关之间的通信协议。

　　　　2.6.5小结

MGCP、MEGACO/H.248、SIGTRAN、BICC、STP-T、Parlay协议传送的均是控制类信息，不包含任何用户之间的有用通信信息。RTP传送的是用户之间的有用通信信息。同时，媒体网关与连接的非软交换网设备之间需采用相应的协议通信。值得一提的是，软交换网与H.323网互通，H.323 GW与H.323网的IP电话网关采用RTP通信，同时软交换机需与H.323网的GateKeeper之间采用H.323协议通信。