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VoIP基本原理與常見設備
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1995年以色列VocalTec公司所推出的Internet Phone，不但是VoIP網絡電話的開端，也揭開了電信IP化的序幕。人們從此不但可以享受到更便宜、甚至完全免費的通話及多媒體增值服務，電信業的服務內容及面貌也為之劇變。

一開始的網絡電話是以軟件的形式呈現，同時僅限于PC to PC間的通話，換句話說，人們只要分別在兩端不同的PC上，安裝網絡電話軟件，即可經由IP網絡進行對話。隨著寬頻普及與相關網絡技術的演進，網絡電話也由單純PC to PC的通話形式，發展出IP to PSTN（公共開關電話網絡）、PSTN to IP、PSTN to PSTN及IP to IP等各種形式，當然他們的共通點，就是以IP網絡為傳輸媒介，如此一來，電信業長久以PSTN電路交換網網絡為傳輸媒介的慣例及獨占性也逐漸被打破。

VoIP的原理、架構及要求

由Voice over IP的字面意義，可以直譯為透過IP網絡傳輸的語音訊號或影像訊號，所以VoIP就是一種可以在IP網絡上互傳模擬音訊或視訊的一種技術。簡單地說，它是藉由一連串的轉碼、編碼、壓縮、打包等程序，好讓該語音數據可以在IP網絡上傳輸到目的端，然后再經由相反的程序，還原成原來的語音訊號以供接聽者接收。

進一步來說，VoIP大致透過5道程序來互傳語音訊號，首先是將發話端的模擬語音訊號進行編碼的動作，目前主要是采用ITU-T G.711語音編碼標準來轉換。第二道程序則是將語音封包加以壓縮，同時并添加址及控制信息，如此便可以在第三階段中，也就是傳輸IP封包階段，在浩瀚的IP網絡中尋找到傳送的目的端。到了目的端，IP封包會進行譯碼還原的作業，最后并轉換成喇叭、聽筒或耳機能播放的模擬音訊。

在一個基本的VoIP架構之中，大致包含4個基本元素：

(1)媒體網關器（Media Gateway）：主要扮演將語音訊號轉換成為IP封包的角色。

(2)媒體網關控制器（Media Gateway Controller）：又稱為Gate Keeper或Call Server。主要負責管理訊號傳輸與轉換的工作。

(3)語音對講服務器：主要提供電話不通、占線或忙線時的語音響應服務。

(4)信號網關器（Signaling Gateway）：主要工作是在交換過程中進行相關控制，以決定通話建立與否，以及提供相關應用的增值服務。

雖然VoIP擁有許多優點，但絕不可能在短期內完全取代已有悠久歷史并發展成熟的PSTN電路交換網，所以現階段兩者勢必會共存一段時間。為了要讓兩者間能相互溝通，勢必要建立一個互通的接口及管道，而媒體網關器與網關管理器即扮演了中介的色角，因為他們具備將媒體數據流及IP封包轉譯成不同網絡所支持的各類協議。

其運作原理是，媒體網關器先將語音轉換為IP封包，然后交由媒體網關控制器加以控制管理，并決定IP封包在網絡中的傳送路徑。至于信號網關器則負責將SS7信號格式轉換為IP封包。

網絡電話若要走向符合企業級營運標準，必須達到以下幾個基本要求：

1.服務品質（QoS）之保證：這是由PSTN過渡到VoIP、IP PBX取代PBX的最基本要求。所謂QoS就是要保證達到語音傳輸的最低延遲率（400毫秒）及封包遺失率（5-8%），如此通話品質才能達到現今PSTN的基本要求及水準，否則VoIP的推行將成問題。

2.99.9999％的高可用性（High AvAIlable；HA）：雖然網絡電話已成今后的必然趨勢，但與發展已久的PSTN相較，其成熟度、穩定度、可用性、可管理性，乃至可擴充性等方面，仍有待加強。尤其在電信級的高可用性上，VoIP必須像現今PSTN一樣，達到6個9（99.9999%）的基本標準。目前VoIP是以負載平衡、路由備份等技術來解決這方面的要求及問題，總而言之，HA是VoIP必須達到的目標之一。

3.開放性及兼容性：傳統PSTN是屬封閉式架構，但IP網絡則屬開放式架構，如今VoIP的最大課題之一就是如何在開放架構下，而能達到各家廠商VoIP產品或建設的互通與兼容，同時地造成各家產品在整合測試及驗證上的困難度。目前的解決方法是透過國際電信組織不斷擬定及修改的標準協議，來達到不同產品間的兼容性問題，以及IP電話與傳統電話的互通性。

4.可管理性與安全性問題：電信服務包羅萬象，包括用戶管理、異地漫游、可靠計費系統、認證授權等等，所以管理上非常復雜，VoIP營運商必須要有良好的管理工具及設備才能因應。同時IP網絡架構技術完全不同于過去的PSTN電路網，而且長久以來具開放性的IP網絡一直有著極其嚴重的安全性問題，所以這也形成網絡電話今后發展上的重大障礙與首要解決的目標。

5.多媒體應用：與傳統PSTN相比，網絡電話今后發展上的最大特色及區別，恐怕就在多媒體的應用上。在可預見的未來，VoIP將可提供交互式電子商務、聯絡中心、企業傳真、多媒體視訊會議、智能代理等應用及服務。過去，VoIP因為價格低廉而受到歡迎及注目，但多媒體應用才是VoIP今后蓬勃發展的最大促因，也是各家積極參與的最大動力。

主宰VoIP走向的三大主流協定

在浩瀚的IP網絡中要如何正確的尋找到要通話的對方并建立對答，同時也能依照彼此資料的處理能力來傳送語音數據，這中間必須藉由國際電信組織所擬定的標準協議才能達到。如今，市面上的網絡電話大致都會遵循H.323、MGCP及SIP等3種標準協議。雖然目前產品仍以支持H.323為多，但SIP的支持將會成為今后主流。

1.H.323

ITU-T 國際電聯第16研究組首先在1996年通過H.323第一版的制定工作，同時并在1998年完成第二版協議的擬定。原則上，該協議提供了基礎網絡（Packet Based Networks；PBN）架構上的多媒體通訊系統標準，并為IP網絡上的多媒體通訊應用提供了技術基礎。

H.323并不依賴于網絡結構，而是獨立于操作系統和硬件平臺之上，支持多點功能、組播和頻寬管理。H.323具備相當的靈活性，可支持包含不同功能節點之間的視訊會議和不同網絡之間的視訊會議。

H.323并不支持群播（Multicast）協議，只能采用多點控制單元（MCU）構成多點會議，因而同時只能支持有限的多點用戶。H.323也不支持呼叫轉移，且建立呼叫的時間也比較長。

早期的視訊會議多半支持H.323協議，例如微軟NetMeeting、Intel Internet Video Phone等都是支持H.323協議的視訊會議軟件，亦為現今VoIP的前輩。

不過H.323協議本身具有一些問題，例如采用H.323協議的IP電話網絡在接入端仍要經過當地的PSTN電路交換網。而之后制定出的MGCP等協議，目的即在于將H.323網關進行功能上的分解，也就是劃分成負責媒體流處理的媒體網關（MG），以及掌控呼叫建立與控制的媒體網關控制器（MGC）兩個部分。

雖然如今微軟的Windows Mesenger則已改采SIP標準，且SIP標準隱隱具有取代H.323的勢頭。但目前仍有許多網絡電話產品依舊支持H.323協定。

2.SIP（Session Initiation Protocol）

SIP是由IETF所制定，其特性幾乎與H.323相反，原則上它是一種比較簡單的會話初始化協議，也就是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP協議可支持多媒體會議、遠程教學及Internet電話等領域的應用。

SIP同時支持單點播送（Unicast）及群播功能，換句話說，使用者可以隨時加入一個已存在的視訊會議之中。在網絡OSI屬性上，SIP屬于應用層協議，所以可透過UDP或TCP協議進行傳輸。

SIP另一個重要特點就是它屬于一種基于文本的協議，采用SIP規則資源定位語言描述（SIP Uniform Resource Locators），因此可方便地進行撰改或測試作業，所以比起H.323來說，其靈活性與擴展性的表現較好。

SIP的URL甚至可以嵌入到Web頁面或其它超文本連結之中，用戶只需用鼠標一點即可發出呼叫。所以與H.323相比，SIP具備了快速建立呼叫快與支持電話號碼之傳送等特點。

3.MGCP

原則上，MGCP協定與前兩者皆不同，H.323和SIP協議是專門針對網絡電話及IP網絡所提出的兩套各自獨立的標準，兩者間并不兼容及互通。反觀MGCP協議，則與IP電話網絡無關，而只牽涉到網關分解上的問題，也因為如此，該協議可同時適用于支持H.323或SIP協議的網絡電話系統。

MGCP協議制定的主要目的即在于將網關功能分解成負責媒體流處理的媒體網關（MG），以及掌控呼叫建立與控制的媒體網關控制器（MGC）兩大部分。同時MG在MGC的控制下，實現跨網域的多媒體電信業務。

由于MGCP更加適應需要中央控管的通訊服務模式，因此更符合電信營運商的需求。在大規模網絡電話網中，集中控管是件非常重要的事情，透過MGCP則可利用MGC統一處理分發不同的服務給MG。

4.其它重要協議及技術

除了上述3大協議之外，還有許多左右VoIP通話品質及傳輸效率的重要協議與技術。在語音壓縮編碼技術方面，主要有ITU-T定義的G.729、G.723等技術，其中G.729提供了將原有64Kbit/s PSTN模擬語音，壓縮到只有8Kbit/s，而同時符合不失真需求的能力。

在實時傳輸技術方面，目前網絡電話主要支持RTP傳輸協議。RTP協議是一種能提供端點間語音數據實時傳送的一種標準。該協議的主要工作在于提供時間標簽和不同數據流同步化控制作業，收話端可以藉由RTP重組發話端的語音數據。除此之外，在網絡傳輸方面，尚包括了TCP、UDP、網關互聯、路由選擇、網絡管理、安全認證及計費等相關技術。

VoIP各項產品及設備的類型

和許多早期網絡設備一樣，VoIP最早是以軟件的形態問世的，也就是純粹PC to PC功能的產品。為了能貼近過去傳統模擬電話的使用習慣及經驗，之后才漸漸有電話形態的產品出現。對于企業而言，為了追求成本、語音及網絡的整合、多媒體增值功能、更方便的集中式管理，而陸續出現了VoIP網關、IP PBX或其它整合型的VoIP設備等解決方案。以下就這幾種類型的VoIP產品做一簡單介紹。

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