企業網中的VoIP實現

周 莉

企業網中的VoIP實現

周 莉

一、VoIP的需求

隨著IP應用的日益廣泛以及企業對通信投入效益的日益關注，VoIP技術越來越受到人們的關注。如果企業在兩個地點之間有頻繁的長途電話通訊，或者有多個辦事處、分公司，這樣的企業一般都有其內部網，通過VPN或專線將各城市的分支機構互連。如果能夠通過企業網提供的帶寬，在完成數據業務同時實現電話、傳真等通訊，既能充分利用資源，又可以大幅度地節省話費，還可以將語音與數據這兩種目前企業最重要的通信手段有機結合起來，提高交流效率，簡化內部管理，甚至可以創造新的業務。

我們可以利用企業網，通過搭建內部VoIP網的形式，實現各地區間“長途電話變市話”，內部通信“零話費”。

二、VoIP工作原理

VoIP(Voice over Internet Protocol)俗稱IP電話、VoIP網絡電話或者網絡IP電話。它是一種基于IP網絡電話為主，并推出相應增值業務的應用技術。

VoIP系統的基本組件有終端、網關、關守（H.323）、網管服務器、記賬服務器。

（1）VoIP的基本架構是將語音、傳真模擬信號，通過電話機、傳真機或PBX（電話交換系統）傳至語音網關。

（2）語音、傳真信號經過編碼轉換成IP封包，通過數據專線、Frame Relay（幀中繼）、 ATM或ISDN等廣域網絡傳至遠程的語音網關。

（3）遠程的語音網關再將IP的封包反解成語音、傳真模擬信號后，傳至電話機、傳真機，或再由PBX送至用戶者終端。

VoIP技術可以被看做是完成一定功能的幾組協議，分別是：信令、路由和傳輸。我們一般所說的基于哪種協議的VoIP網絡是指基于哪種信令的協議網絡。VoIP信令協議用于建立和取消呼叫，實現話務控制功能，主要有H323、會話初始協議（SIP）、媒體網關控制協議（MGCP）三種。

三、VoIP在企業中的實現

1.基本需求分析

某企業現有3個分支機構，每個機構使用各自的PBX（小交），構成傳統的內部電話交換網，并各自與當地PSTN（傳統的電話交換網）相連，每個小交有其當地公網總機號，同時，還為各自的內部電話分配號碼。現在每個分公司均有本地互聯網出口，通過VPN將各城市的分支機構互連。現有的主要問題是長途話費居高不下, 我們可以在原有的數據網絡上搭建企業中的VoIP網絡，降低話費。

2.基本需求的解決方案

公司的內部電話由PBX提供， PBX與電信局通過E1相連，一般使用ISDN PRA（30B+D）或R2協議, 一條E1可以支持30個同時進行的外線呼叫。PBX仍屬于傳統電路交換網。語音由獨占的話路通道（時隙）進行傳送，進行時分和空分交換（如圖1所示）。

圖1

PBX使用E1或FXO與公司網關路由器（Gateway）相連，進入企業內部網。不同分公司的網關路由器，通過企業內部IP網絡相連。

當一個呼叫由PBX傳入網關時，網關路由器根據號碼進行路徑選擇，指向遠端的分公司網關路由器，由傳統電路交換網過來的語音信號，將被打成IP包，由IP網絡進行傳送給對端，再由IP交換轉為電路交換，進入對端的PBX，完成呼叫。這樣，語音的長途傳送完全由內部的IP網絡來實現。

例如，北京的內部電話需要與上海的內部電話進行通話，需要首先給兩地分配內部區號。北京區號為99，上海為98，深圳為97。北京呼叫上海，只需拔98+上海分機號。

下面要對PBX和網關路由器進行配置。首先，北京PBX中必須在號碼分析表中將98指向通往網關路由器的接口，PBX的配置在這里不作專門描述。

在網關路由器中，首先要配置指向PBX端的接口，我們采用Cisco3640路由器作為網關，要想和PBX相連，需要為路由器配置相應的語音模塊，在語音模塊上可以根據語音端口的信號類型插入相應的語音接口卡。Cisco路由器可支持3種基本的語音信號類型：FXO (外部交換電話局端口，可以接PBX）、FXS（外部交換工作站端口，可以接普通模擬電話）、E&M(“Receive and Transmit”端口，可以接PBX)。若擴展有NM-HDV2-1T1/E1接口，還可以支持E1與PBX相連，提供更多的語音通道。這里我們以FXO為例。

在傳統電路交換接口端（POTS端），北京網關需要作如下設置：

(1)dial-peer voice 1 pots (定義撥號對等體至傳統電路交換通道)。

(2)destination-pattern 99... (為撥號對等體定義號碼分析,其中“.”為通配符)。

(3)port 1/0/0 (指定電路交換語音端口)。

如上過程，可以定義另一組撥號對等體至傳統電路交換通道dial-peer voice 2 pots，并指定電路交換語音端口port 1/0/1。

在這里，接口port 1/0/0與port 1/0/1，是連接PBX的兩個FXO接口，屬于傳統電路交換電路，凡是被叫號碼為99...的語音呼叫都將從IP包中解出并通過這個接口進入PBX。如果采用E1連接，則接口數會達到30個，需要一一配置每個對等體。

在VoIP端，北京網關的設置如下：

(1)dial-peer voice 3 VoIP （為上海方向定義撥號對等體至VoIP語音通道）。

(2)destination-pattern 98... （為撥號對等體定義號碼分析，其中“.”為通配符）。

(3)指定VoIP路由。由于網絡中網關的數量不多，網絡結構相對簡單，所以可以不用引入網守節點，這樣，不需要通過RAS動態獲得VoIP路由的目標IP地址。直接采用靜態定義模式：

session target ipv4:10.10.2.1

(4)配置Qos，采用QoS集成服務的資源預留協議RSVP保證語音流的整個網絡的延時，利用Qos區分服務，為IP語音流做IP優先級設定，后面會對Qos作更進一步的討論。

req-qos guaranteed-delay

ip precedence 5

(5)為深圳方向定義撥號對等體至VoIP語音通道（重復以上1～4步，通配符等如上所示）。

凡是被叫號碼為98...都將被打成IP包，并發往上海網關路由器的IP接口10.10.2.1。IP包的傳送完全通過現有的IP路由來實現。

在上海、深圳的網關路由器上，也需要做對應的配置，原理與配置方法與北京相同。上海網關接到來自北京的呼叫，被叫號碼98...將被指向傳統電路交換接口FXO，發往上海的PBX，完成通話。深圳被叫號碼97...。

以上配置是將傳統電路交換網絡與IP網絡互聯，電話終端都是傳統電話。通過搭建VoIP網絡，實現了傳統內部電話的異地VoIP互連，節省了長途費用，提高了內部網絡利用率。下面討論另一種情況及其可能帶來的擴展需求。

3.擴展需求

如果企業的某些小型分支機構沒有PBX，希望直接利用IP電話技術構成自己的內部電話網，并能實現異地互連。對于這樣的需求，我們依然可以利用路由器，構建這樣的IP電話網絡。

顧名思義，IP電話是基于IP技術的電話機， IP電話直接通過以太網線與接入網的二層交換機相連。語音在IP電話中被直接打成IP包經過接入網到達呼叫管理中心。管理中心的功能可由路由器來實現。語音連接的建立由語音控制協議H.323或SIP來控制完成。

這里的IP電話可以是真正的IP電話實體，也可以在計算機中裝載IP電話軟件，相當于在計算機中運行一個IP電話終端，這樣，每一臺計算機都可以成為一個企業內部電話分機，這些IP電話也可以和傳統電話網通過網關路由器互連。

4.擴展需求的解決方案

在圖1的基礎上，我們將為網絡添加IP電話，將網關路由器作為呼叫管理器，用一個以太網口連接二層交換機，將新擴展的IP電話（或IP電話主機）連接在交換機上。這樣，我們就可以在北京、上海和深圳部署IP電話。具體網絡結構如圖2所示。

圖2

我們分別將6...，7...，8...的號碼段分給北京、上海、深圳三地。北京的IP電話號碼范圍是600到699。上海為700到799，深圳為800到899。

現在我們來配置北京的網關路由器（呼叫管理器）：

(1)定義電話服務

telephony-service

max-ephones 50 (設置最大電話的數量)

max-dn 50 (最大目錄數)

keepalive 15

system message VOIP

create cnf-f les

ip source-address 10.10.1.5 port 2000 (設置IP及端口)

(2)設置IP電話。

ephone-dn 1 (第一個電話)

number 601 (設置電話號碼)

name hostA (電話名稱)

exit

ephone-dn 2 (第二個電話)

number 602 (設置電話號碼)

name hostB (電話名稱)

exit

(3)IP電話綁定

ephone 1 (對應dn1)

mac-address 00E0.4CB6.B884 (IP電話MAC地址)

type cIPC （類型是cisco IP電話）

button 1:1 (第一個電話)

exit

ephone 2 (對應dn2，操作如上，button 1:2)

......

(4)定義撥號對等體至上海VoIP語音通道

dial-peer voice 5 VoIP

description "TO SHANGHAI"

destination-pattern 7..

session target ipv4:10.10.2.1 （VoIP 路由指定，不采用RAS）

req-qos guaranteed-delay

ip precedence 5 (IP 優先級)

(5)定義撥號對等體至深圳VoIP語音通道（過程與4相似）

上海和深圳網關路由器的配置方法與北京相同。

在上面的設定中，每一個IP電話都有唯一的MAC地址供系統識別，并綁定一個電話號碼。如果是運行在計算機中的軟IP電話，其MAC地址就是計算機網卡的MAC地址。路由器作為呼叫管理中心，當本地的IP電話互撥時，可直接在LAN中互通，如果呼叫外地的IP電話，則通過VoIP類型的Dial-peer通過IP網絡指向目標路由器。通過以上配置，三地的IP電話和傳統電話都能通過企業內部IP網絡實現互通。

四、方案實施過程中主要問題的解決—語音質量問題

為了保證VoIP通話的要求，系統需要為其保證帶寬，盡量避免丟包的發生。由于語音通話是實時進行的，需要對系統產生的延遲有嚴格的要求。網絡中延遲的產生主要由以下4個部分構成：傳播延遲、轉發延遲、隊列延遲、接口延遲。大網絡的延遲主要來自于排隊，即隊列延遲，這會造成語音包在隊列中停留的時間長短不均勻，使語音流傳送忽快忽慢，形成聲音的抖動。所以為了解決隊列問題，就需要采用隊列的優先級設定技術，使語音流得到優先傳送。

為保證上述要求，需要采用QoS服務質量機制。

在明確了網絡的QoS需求之后，下一步是選擇一個適當的服務模型。有3個可選擇的服務模型：盡力、集成、區分。解決語音質量問題的方法可以從使用QoS集成服務和區分服務兩個方面去考慮。

1.集成服務解決方案

在集成服務中，我們最常用的就是帶寬以及延遲保證功能。在我們上面的方案設計中，就在VoIP對等體中使用了此功能。除了帶寬及延遲保證功能，CISCO的QoS系統還提供了呼叫準入控制（CAC）功能，這個功能能夠人工限制同時存在的語音呼叫個數，如果超過門限，則系統限制新的呼叫建立。這個功能可以有效控制VoIP話務占整個網絡帶寬的比重，避免影響其他數據業務，也可以避免系統過度擁塞，造成語音質量的下降。CAC功能可用以下指令配置并激活：

max-conn 20 (CAC功能激活，最大同時呼叫連接數限制為20)

這樣，如果同時存在呼叫個數超過20，則系統將不再接通新的呼叫。

2.區分服務解決方案

區分服務由于其原理簡單，實現方式靈活，所以是最常用的QoS實現方式。區分服務的實現主要通過以下3個步驟來實現。

①流量分類

將不同類型應用的IP流進行分類和標記，分類的方法有很多種，如通過匹配特定的IP ACL或MAC ACL來分類，也可根據來自不同的輸入接口來區分，還可以根據數據包的COS，DSCP等優先級標記來做區分，甚至可以根據應用層特性來進行分類。設置方法如下：

class-map cisco-VoIP (定義一個流量類別)

match access-group name IPPHONES (match命令定義了所允許的流量)

在具體配置方案中，可以在流量類別中使用多條match語句來實現復雜的條件選擇，這時，我們可以使用以下兩個選項來指示如何判定這些match指令。

class-map match-any只要滿足match列表中任何一條，即可判定為匹配。

class-map match-all必須滿足match列表中所有條件，才能判定為匹配。

如，我們可在連接IP電話的交換機中作如下配置：

class-map match-any cisco-VoIP(定義一個流量類別)

match access-group name IPPHONES

match access-group name MACLIST

②指定策略

在完成分類以后，就需要為分好類的流量制定QoS服務策略，流量策略的用途是配置應與某些分類的流量相關聯的QoS特性。一個策略是針對一個或幾個類別的，具體策略可以是重新打上標記，限定或保證帶寬范圍，設定隊列優先級，選擇丟棄方式等。下面就是一個策略的例子：

policy-map policy1 (定義策略)

class cisco-VoIP （對于類別 cisco-VoIP）

priority percent 50 (設定低延遲隊列LLQ，并保證帶寬50%)

set DSCP 46 （設定DSCP 標記為 46 即 ef）

exit

class class-default （對于未被分類的流量）

fair-queue (加權公平隊列)

上述策略就是對于保證語音流質量的典型應用，語音為了保證減少延遲，一般采用低延遲隊列，它的原理就是保證語音始終在不同的隊列中享有最高的優先級。當流量從地方到中央時一般要經過公共核心網，將語音流DSCP標記為46是公共網的國際標準。如果是反向，即從中央到地方，則將其標記為48 (cs6)為好，在交換機中，IP層DSCP為 48正好對應二層CoS等于5的語音幀。

③應用策略

在定義完QoS服務策略以后，需要把策略應用在某個接口上，這樣才能在流量進入和離開該接口時得到相應的QoS策略服務。下面就是一個策略應用的實例：

interface fastethernet 0/1

sevice-policy output policy1 (當流量離開該時，使用策略policy1)

這個實例將上面定義的服務策略，應用在了接口fastethernet 0/1的出棧方向。

實施了以上3個步驟，就完成了該網絡一端的區分服務QoS設定。通過合理的QoS設定，在實施的過程中根據實際情況不斷地調整，可以大大改善話音質量。構建完美的VoIP網絡。

五、VoIP技術展望

VoIP這項技術在最近十多年中得到了迅猛的發展，目前，許多通訊發達的國家已經完成了對VoIP新技術的引進并完善著技術管理的措施。在國內，經過一段時間的發展也出現了不少網絡電話企業，這些企業在通訊成本上都得到了大幅度的降低。同時，優秀的VoIP網絡服務商還能提供一系列的商業通訊服務。

根據國外領先市場調研公司預測，到2013年全球移動VoIP用戶將超過2.78億，10年后將可能有超過一半的移動語音通信基于端到端的移動網絡電話。移動VoIP可以看成是網絡電話發展的一種必然趨勢，也是3G無線網絡環境下手機移動通信的一種主流方式。在“2011年思科云景戰略及統一計算高峰論壇”中，思科展示了在虛擬桌面下更好地實現流媒體的流暢和電話的流暢，為VoIP電話提供了更好的環境。相信在以后網絡電話會越來越多地被人們所接受，逐漸成為人們生活的一部分，為大家提供方便實惠時尚的現代化通訊服務。

[1] [美]Cisco Networking Academy Program Wayne Lewis,Ph. D.多層交換年（第1版）[M].北京：人民郵電出版社，2006

[2] 蔡云剛.VoIP網絡淺析[J].網絡安全技術與應用,2009,12

稿件編號：P1103218

周莉，本科，講師。

北京市商業學校。