《通信技术导论（原书第5版）》——2.6　IP电话背后的技术

本节书摘来自华章出版社《通信技术导论（原书第5版）》一书中的第2章，第2.6节，作者：[美]安娜贝尔Z.多德（Annabel Z. Dodd）著 唐艳华　张选涛　译　赵志　审校，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

2.6　IP电话背后的技术

使用IP技术融合电话系统，将模拟语音信号转换为数字信号、压缩，然后将压缩后的数字信号打包成数据包。数据、语音和视频包往往使用同一个用于常规数据通信的局域网（LAN）基础设施。然而语音和视频是非常规的数据，需要实时发送。由网络拥塞引起的延迟和数据包丢失对数据流量的影响可能并不大，但是这些问题则显著地降低语音和视频质量。
因此网络容量是保持语音质量的关键。更大的局域网容量和更快的数字信号处理器（DSP）以及服务质量协议（QoS）确保数据网络可以承载高质量的语音和视频。虽然在IP系统中语音质量总体上是好的，但是上述问题依然可能发生。因此语音和视频包的优先权要大于非时间敏感性如电子邮件等的数据包。
2.6.1　语音的服务质量及安全性
维护网络安全是一个艰难、持久的挑战。IP电话系统服务器、所有的2层和3层交换机、路由器以及防火墙都需要考虑安全因素。特别是许多IP系统使用相同的协议。从某种意义上来说，这些协议是开放性的，因为许多黑客知道它们的工作方式，并投入了极大的精力寻找漏洞。
企业机构使用下列方法来确保语音质量和安全。
足够的容量　如果由于容量不足而造成拥塞，那么网络将丢弃数据包，语音质量将会降低。
QoS解决方案　语音发送优先的方案很重要的，以确保尽量减少语音的延迟。详见2.6.2节和2.6.3节中关于语音质量测量方法和虚拟局域网（VLAN)的相关信息。
压缩　压缩和语音信号数字化影响质量。例如最近开发的压缩算法基于G.722.2标准的自适应多速率宽带（AMR-WB），其能够在采样率为16KHz下进行语音压缩并以每秒12.65kbit的较低速度传送。以此速度，每个语音会话只使用12.65KB的带宽，但是提供比以前（包括需要更多容量的G.711标准）更好的音频压缩标准。G.722.2提供高清（HD）语音并用于移动语音业务。
对抗病毒、蠕虫和分布式拒绝服务（DoS）的安全措施　蠕虫是在多台电脑上通过拷贝自己来试图扰乱正常计算机及网络操作的恶意程序。蠕虫也称为小机器人，类似病毒，不同之处在于将它们编程在一个预定的未来日期启动感染网络上的计算机或其他设备。在分布式DoS攻击中，黑客将数百万同步信息发送到网络上，试图破坏正常的网络处理能力。
安全监控服务　企业订购安全监控服务来接收用于阻止新发现的病毒、蠕虫和分布式拒绝服务攻击的补丁。
除了前面提到的，代理服务器将数据发送到目的地前还要验证主叫方的身份。位于网关和防火墙的代理服务器是呼叫方和应用程序或终端、电话和局域网内其他设备之间的中介。它们常在音频和视频会议中使用会话发起协议（SIP）。详见2.8节中关于SIP的解释。
2.6.2　使用语音质量测量方法评估网络质量
IT工作人员使用软件管理工具管理VoIP，评估语音和视频质量分析如下。
包丢失率　这是指发生网络拥塞时，丢弃的数据包所占的比例。数据包丢失导致参差不齐的语音质量。当数据包丢失率过高时，语音对话将会“中断”。
延迟　这个术语是指语音数据包在网络中传输时所产生的延迟（以毫秒为单位）。延迟导致对话过程中的长时间停顿和词语省略。
抖动　抖动是不均匀的延迟和丢包，其导致了有噼噗、咔嗒或噼啪声嘈杂的电话。
回声　很多人都遇到过这样恼人的情况：在通话中听到自己说话的回音。它往往是由语音数据从电路交换格式传送到IP格式时产生的。这通常可以通过安装特殊的回声消除软件来纠正。
2.6.3　在虚拟局域网中优先处理语音和视频
企业可以将语音电话规划在一个单独的虚拟局域网内（VLAN）。这些“虚拟”网络充当独立的局域网。语音系统使用统一规划降低延迟的组件。这些组件使用共同的协议和设备（与IP电话、音频和视频会议互联）控制方式。
VLAN对IP终端实现以下特殊处理：
802.1P协议将语音和多媒体数据标记为优先权更高的流量，以低延迟来提高可用性。该标记能区分语音包和视频包。除了多媒体，如802.1P等标记协议也用于会议服务。
VLAN通过只允许特定类型的数据包通过防火墙进入，以屏蔽黑客终端。这是通过防火墙上为语音和视频流量设定专用的逻辑端口策略来实现的。防火墙的逻辑端口是软件上的定义，而不是实际的物理端口。