网络电讯的介绍

因特网带来前所未有的产业革命，造就了「新经济」这个新名词，同时，也因为网络技术的不断革新以及带宽的持续扩增，透过网络来传递语音多媒体服务已成为一种新的趋势。网络电话VoIP (Voice over IP)就是在这股趋势下的产物，它整合了语音、数据甚至于视讯在同一平台传输，让广大的用户感受到前所未有的服务，也使更多的应用在网络上实现。

VoIP目前所采用的标准是由ITU-T机构制定的H.323协议， H.323是由国际电信大厂共同参与制定的标准，它最大的优点是把传统电信的接续及通话方式妥善的整合在因特网的世界中；缺点在于其订定的标准规格十分复杂且庞大，这也造成网络业者在跨入电信领域时学习上的困难、实作的成本过高、链接设定的复杂度、以及在异质网络上互操作性的困难度。由于这种电信的门坎限制，使得许多网络公司在跨足电信领域时裹足不前。因此，在国际上渐渐有些机构大声疾呼，希望针对VoIP提出一个简单、并且容易实现的架构，因此，SIP这个在VoIP所提出的一个新的协议标准，能够一一解决这些问题。

如果你是下一代电信服务提供商，相信对SIP应该不会陌生，而且现在已经有愈来愈多的VoIP产品都是植基于SIP-Base所发展出的，它在通话讯号接通的处理上充分利用因特网现有的功能与威力，SIP格式就如同现在所广泛使用的如HTTP、DNS(Domain Name System)、E-mail等语法，因此下一代的VOIP协议将更容易了解，只要你有一些网络及电信背景，你就可以很轻松的接受新一代的标准并驾驭它。

回顾传统电信

起源于1876年的贝尔实验室所发明的公众交换网络电话系统(Public Switched Telephone System;PSTN)，后经过不断的改进及努力，使得电话系统发展成一个复杂而完备的电信网络。近几年来，随着智能网络系统的发展(IN/ANI)，在传统PSTN电信网络下透过SS7(Signaling System 7)讯令控制可以提供许多附加服务，包括来话显示(Caller ID)、通话等待、多方会谈、语音邮件、选择铃声以及目录信息等。在全世界中，电信事业大多为政府的独占事业，虽不断提升服务，但进步的幅度仍令人诟病，再加上成本高及不够创新，在新一代的电信网络来临前，传统电信似乎也面临了前所未有的挑战与冲击。

INTERNET挑战PSTN

我们可将PSTN划分为二，分别为电路交换传输层(Circuit Switched Transport Layer)及控制层(Control Layer)。传输层是由终端用户链接交换器及内部链接纵排交换器所组成；而控制层是由计算机(讯号传输端点)、数据库(服务控制端点)、和服务端点所组成。这些电信网络组件也是使得构成PSTN最基本的组件，若再将传输层再往下划分，所有的讯号传输都是透过SS7控制电信网络。

传统电信是以电路交换(Circuit Switch)方式建立联机，当建立联机后，便占用此线路，直到某一端终止联机，该线路才会释放出来，自然线路成本较高，而Internet所运用之分封交换(Packet Switch)则不同，封包传递是透过Router及Switch转送，不仅不会独占资源，也可让网络发挥最佳效能，使资源可充份应用。公众服务网络与因特网的交换技术不同之处如(表一)所示。

《表一 电路交换与分封交换网络特性比较》

由于因特网的普及，大量的软件创新开发并应用广泛，当然这也促成了新的应用在电话网络上，相当多的研究人员专注于提供实时的网络语音传输服务，并发展了新一代的网络电话系统，新一代的网络电话系统会建立在IP、TCP、UDP之上，它运用的技术正是网络协议中最基本的组件，但这种Internet环境中传递语音，也面临了网络特性所产生的问题，现阶段仍有许多问题极待克服，但相信长久以来的电信独占垄断事业，在不久的将来即会瓦解，新一代的电话系统将领军取代传统电话系统。

网络电话的优点

VoIP的电话系统将可节省大量的成本，网络电话公司大约几千万的资本额即可与数千亿资本额的电信霸业竞逐，由于可结合数据、语音、影像等数据，可提供更多元化的服务，并增加效能及低成本的软件开发，未来当网络电话应用在电子商务中，将可带动更多软件业投入发展更人性及完备之应用软件。

网络电话的挑战

有三个因素造成现阶段网络电话瓶颈，第一为语音必须作模拟与数字转换、第二为带宽网络服务质量(QoS)控制、第三为整合传统电信网络及VoIP网络。由于网络电话现阶段应用并不普及，因此策略必须整合传统电信，这种整合网络提供一个起始端的VoIP电话到目的端PSTN电话，这些异质网络的整合，会造成通话或路?过长产生延迟的原因。

IP通信延迟的原因

●译码(CODEC)需0.03秒

●处理延迟约0.01秒

●接收处理延迟约0.01秒

●解压缩延迟0.03~0.06秒，故在数据处理上最少需0.1秒

●额外延迟即紧张缓冲(jitter buffer?!)约0.04~0.06秒

●以上在Phone to Phone或Ethernet to Ethernet共需0.17+0.1秒延迟

●在IP Phone to Phone经Modem处理故额外需0.05秒

●在IP Phone to IP Phone经Modem则需２倍的0.05秒

●人类听力反应约在0.25~0.28秒

●在电路回路切换延迟需低于0.1秒

此外，当网络电话建立联机时，存在许多转换及相关的问题，如下所述：

●对语音及影音数据编码

●地址的转换(如e-mail转换成一般的电话号码)

●带宽的需求

●对通话两方作身分鉴别

●通话的转输及转换

●通话对方的所在地址

此外，通话讯号必须提供介于传统电话系统及网络电话系统的接口，SIP(Session Initiation Protocol)可被使用于这种接口的提供，以下我们将介绍SIP的各种特性及运作。

SIP的介绍

Session Initiation Protocol，简称为SIP，已经被国际机构IETF 制定为标准草案Internet Draft, RFC 2543。

SIP是属于网络传输第七层也就是应用层(application-layer)的控制协议，它的作用是负责建立一位以上用户之间的通话联系，同时也支持因特网中多媒体视频会议的联系功能。SIP是一种植基于文本模式(Text-based)的编码方式，因此能借助Internet中熟悉的HTTP、DNS(Domain Name System)及E-mail格式作为协议格式内容。此外，SIP协议内容包含了会谈描述协议(Session Description Protocol，简称SDP)，它的目的是为每一个Session建立时的参数设定。

SIP提供的服务有通话转送(Call Forwarding)、通话转换(Call Diversion)、个人行动(Personal Mobility)、通话双方身分鉴别(Calling and Called Party Authentication)、端点沟通(Terminal Capabilities Negotiation)及多方视频会议(Multicast Conferencing)等多种通话控制功能。

SIP标准中有几个标准的组件分别处理包括链接通话(call setup) 、通话的接通与中断(termination)、通话组态(call configuration)以及数据传输等状态。这其中，由SIP负责通话的链接与中断设定；由SDP负责通话组态；RTP负责数据传输，RTCP则负责数据流的管理工作。在SIP环境里每个组件各职所司，分工负责。

SIP协议下产生的数据流可在UDP、TCP、及Frame Relay传输。考虑其成本、目录服务等因素，SIP在建立通话协议时通常都是发生在第三层TCP/IP，有关于语音、影音的部分是透过RTP协议 经由 UDP传送。采UDP传送语音、影音数据的主要考虑，为整个信息可在单一封包中传送，如果SIP信息还分割成多个封包数据时，所耗费的运算时间成本会增加，愈多的封包被切割，可能造成封包遗失的情形就愈容易产生，当SIP在广域网(WAN)传输时，因封包遗失而造成封包重送时，也会造成讯号传输重迭问题。一般我们设定SIP 内定通讯端口为5060，而这通讯端口也可作为RTP/RTCP辨别SIP Client端传送信息之用。

SDP协议

SIP协议中利用SDP作为描述每一个Session属性，它的好处是结构简单，处理速度快。SDP的参数内容也会结合在传送的信息中，并成为信息的一部分，SDP扮演的角色就如同H.323中的H.245一般，SDP的表头也编码成ASCII格式，其表头包括了：

1.Session的名称与目的

2.Session是否有效

3.媒体包含Session

4.传输的地址及Session媒体格式

5.使用多少带宽

6.一些信息(包括了是由何发送此Session)

SDP媒体叙述包括了：

1.媒体的类型 (语音/影音)

2.传输的协议 (UDP、TCP、RTP)

3.媒体的格式 (H.261、MPEG)

4.对IP广播Session中的广播地址

5.对IP广播Session中的传输埠

6.对IP单一Session的远程地址

7.对IP单一Session的传输埠而言

8.Session开始及中止次数

RTP协议

SIP协议中利用RTP作为两端点间传输语音/影音数据的协议，RTP包含三种特性：

1.循序号码：在目的端会将收到之封包依照顺序作一重整排序，并主即播放，UTP协议中并没有保证一定送达到对方，并且也没有依照顺序播放，此一协议可弥补此UTP不足。

2.时戳：当Client端在播放封包的时候，同时也播放后续传送来之封包数据，因此透过时戳可作为封包送出及接收的参考依据，以免有慢到之封包与新接收之封包混在一块、或延迟转换、Jitter等，而减少或降低语音/影音传输质量。

3.压缩标准：为减少带宽的使用，对语音/影音数据需作压缩编码，但压缩标准有很多，必须在RTP注是系采何种编码标准。

RTCP协议

实时控制协议RTCP(Real Time Control Protocol)的目的是提供回馈数据传输质量统计给所有Client端，这些统计包含某一期间内接收数据、封包遗失、封包延迟转换等统计，Client端在接收到这些统计报表后，可自行控制调整适当之算法，此外RTCP可对网络诊断提供绝佳的参考依据。

再者，SIP Server的建构可使SIP网络传输更为容易，一般可将SIP Server分为两类：一种为Proxy Server，一种为Redirect Server，无论是采用那种类型，SIP操作都是相互依赖，在Proxy Server模式中，Proxy Server作两端UAs转送代理的服务，而Redirect Server则单纯响应呼叫端所欲传送目的端地址，而不居中作转送的服务。

Proxy Server Operation

Proxy Server扮演的角色类似HTTP系统中的Proxy Server，Proxy Server介于两个Client端间，当通话建立时，透过RTP传输的语音/影音数据都会直接透过Proxy Server作沟通桥梁，当各Client的设定改变时，会直接向Proxy Server注册并更新数据。如(图一)所示，当 LNi@cctt.com 向 davidliu@hivocal.com 发出通话邀请时，Proxy Server，接受这个邀请并到Location Server去查询davidliu目前的位置(真正的位置所在，因为hivocal.com只表示一个domain，并不代表真正的位置)，david.hivoca.com，然后Proxy server再向该位置发出邀请，待davidliu接受之后会响应200 OK的讯息，LNi@cctt.com收到后再发出ACK即可完成联机，此模式为一个最基本的SIP Call Setup 流程。

《图一 Proxy Server Operation》

Redirect Server Operation

当Client欲建立联机提出请求时，SIP中的Redirect Server会通知欲联机目的端之URL地址，Client再直接与目的端联机，Redirect Server并不作彼此双方联机之媒介，当各Client的设定改变时，会直接向Redirect Server注册并更新数据。如(图二)所示，当 LNi@cctt.com 向 davidliu@hivocal.com 发出通话邀请时，Server接受此邀请，并向Location Server查询davidliu的所在位置，此时发现davidliu更换到howa.hivocal.com，所以就响应Moved讯息给 LNi@cctt.com ，并告知davidliu目前的位置，此时 LNi@cctt.com 发出ACK表示了解之后就会直接到howa.hivocal.com去邀请davidliu，待davidliu接受邀请之后便可以完成联机，此一模式便是SIP 的Redirect service。

《图二 SIP Redirect Operation》

SIP地址

:SIP地址会令一般使用E-mail的人感到熟悉，因为SIP地址传递就是采E-mail格式，当然用户也可用用户名称及电话号码，以下所列即为典型的SIP URLs格式：

●sip: graceland@ixlmemphis.com (Host Independent)

●sip: bill@whitehouse.gov (Host Specific)

●sip: +1-800-555-1212@information.att.net

一般来说，用户通常都不太容易记得每一个人的SIP地址，此问题可透过全球因特网中的搜索引擎或目录服务来解决。举例来说，欲查询台北市市长，输入「马英九」，透过搜索引擎及目录服务即会响应确实的URL名称，如InJou_Moun@taipeicity.gov.tw ，再者SIP Server会解决主机独立URL到专属URL地址，如SIP:InjouMOU@governorsmansion.taipeicity.gov.tw，然后再透过DNS即可将URL地址转成IP地址传送，正确的传送到目的端。

SIP与H.323比较

(表二)显示了H.323与SIP协议的相异之处，在H.323栏中可清楚知道H.323定义并使用了很多协议传输，这会造成网络必须花费相当的时间去执行H.323机制，此外H.323所耗费的相关资源也大于SIP机制，并且可得知，由于SIP的简单及清楚，全功能的SIP Client机制也许仅只花费二个月就可完成。

《表二 SIP 与H.323比较表》

显示H.323与SIP所含之规格所占长度大小及复杂程度，SIP相对于H.323就明显所占长度较小，所占用带宽也较小，此外SIP的兼容性允许在旧版及新版中作链接，但H.323机制中，为了与各种前版兼容，每次开发新版本协议时便需提供与旧版链接的功能，在整体实行上也增加其复杂性及容量大小。在未来H.323第三版本中也增加了隐藏通话设定，使得未来通话也可透过UDP来进行传输H.225.0及H.245。

结论

虽然目前各种VoIP产品还未真正成熟，但在可见的未来，VoIP将会广泛应用在日常生活中，也会为不同的用户、企业量身订作不同的产品组合，这也可为网络电话市场带来一片荣景。传统的电信业者(Carrier)厂商也会因下一代的网络电话发展而面临更多的挑战与竞争，每一个业者也必须提供更多的加值服务来满足顾客的需求，这些当然是将语音、数据、影像及电子商务应用作更充份的结合，一种整合型的网络系统也会开创新的电信革命。

IETF机构所提出的SIP协议是新一代网络电话的解决方案，目前虽然未获得国际组织的认同并视为业界标准，但其轻薄短小、效率佳、容量小、简易、清晰等的特性获得肯定，必将带领整个VoIP市场另一新纪元。

(作者为声威网际执行副总经理)