企业网中的VoIP实现

周 莉

企业网中的VoIP实现

周 莉

一、VoIP的需求

随着IP应用的日益广泛以及企业对通信投入效益的日益关注，VoIP技术越来越受到人们的关注。如果企业在两个地点之间有频繁的长途电话通讯，或者有多个办事处、分公司，这样的企业一般都有其内部网，通过VPN或专线将各城市的分支机构互连。如果能够通过企业网提供的带宽，在完成数据业务同时实现电话、传真等通讯，既能充分利用资源，又可以大幅度地节省话费，还可以将语音与数据这两种目前企业最重要的通信手段有机结合起来，提高交流效率，简化内部管理，甚至可以创造新的业务。

我们可以利用企业网，通过搭建内部VoIP网的形式，实现各地区间“长途电话变市话”，内部通信“零话费”。

二、VoIP工作原理

VoIP(Voice over Internet Protocol)俗称IP电话、VoIP网络电话或者网络IP电话。它是一种基于IP网络电话为主，并推出相应增值业务的应用技术。

VoIP系统的基本组件有终端、网关、关守（H.323）、网管服务器、记账服务器。

（1）VoIP的基本架构是将语音、传真模拟信号，通过电话机、传真机或PBX（电话交换系统）传至语音网关。

（2）语音、传真信号经过编码转换成IP封包，通过数据专线、Frame Relay（帧中继）、 ATM或ISDN等广域网络传至远程的语音网关。

（3）远程的语音网关再将IP的封包反解成语音、传真模拟信号后，传至电话机、传真机，或再由PBX送至用户者终端。

VoIP技术可以被看做是完成一定功能的几组协议，分别是：信令、路由和传输。我们一般所说的基于哪种协议的VoIP网络是指基于哪种信令的协议网络。VoIP信令协议用于建立和取消呼叫，实现话务控制功能，主要有H323、会话初始协议（SIP）、媒体网关控制协议（MGCP）三种。

三、VoIP在企业中的实现

1.基本需求分析

某企业现有3个分支机构，每个机构使用各自的PBX（小交），构成传统的内部电话交换网，并各自与当地PSTN（传统的电话交换网）相连，每个小交有其当地公网总机号，同时，还为各自的内部电话分配号码。现在每个分公司均有本地互联网出口，通过VPN将各城市的分支机构互连。现有的主要问题是长途话费居高不下, 我们可以在原有的数据网络上搭建企业中的VoIP网络，降低话费。

2.基本需求的解决方案

公司的内部电话由PBX提供， PBX与电信局通过E1相连，一般使用ISDN PRA（30B+D）或R2协议, 一条E1可以支持30个同时进行的外线呼叫。PBX仍属于传统电路交换网。语音由独占的话路通道（时隙）进行传送，进行时分和空分交换（如图1所示）。

图1

PBX使用E1或FXO与公司网关路由器（Gateway）相连，进入企业内部网。不同分公司的网关路由器，通过企业内部IP网络相连。

当一个呼叫由PBX传入网关时，网关路由器根据号码进行路径选择，指向远端的分公司网关路由器，由传统电路交换网过来的语音信号，将被打成IP包，由IP网络进行传送给对端，再由IP交换转为电路交换，进入对端的PBX，完成呼叫。这样，语音的长途传送完全由内部的IP网络来实现。

例如，北京的内部电话需要与上海的内部电话进行通话，需要首先给两地分配内部区号。北京区号为99，上海为98，深圳为97。北京呼叫上海，只需拔98+上海分机号。

下面要对PBX和网关路由器进行配置。首先，北京PBX中必须在号码分析表中将98指向通往网关路由器的接口，PBX的配置在这里不作专门描述。

在网关路由器中，首先要配置指向PBX端的接口，我们采用Cisco3640路由器作为网关，要想和PBX相连，需要为路由器配置相应的语音模块，在语音模块上可以根据语音端口的信号类型插入相应的语音接口卡。Cisco路由器可支持3种基本的语音信号类型：FXO (外部交换电话局端口，可以接PBX）、FXS（外部交换工作站端口，可以接普通模拟电话）、E&M(“Receive and Transmit”端口，可以接PBX)。若扩展有NM-HDV2-1T1/E1接口，还可以支持E1与PBX相连，提供更多的语音通道。这里我们以FXO为例。

在传统电路交换接口端（POTS端），北京网关需要作如下设置：

(1)dial-peer voice 1 pots (定义拨号对等体至传统电路交换通道)。

(2)destination-pattern 99... (为拨号对等体定义号码分析,其中“.”为通配符)。

(3)port 1/0/0 (指定电路交换语音端口)。

如上过程，可以定义另一组拨号对等体至传统电路交换通道dial-peer voice 2 pots，并指定电路交换语音端口port 1/0/1。

在这里，接口port 1/0/0与port 1/0/1，是连接PBX的两个FXO接口，属于传统电路交换电路，凡是被叫号码为99...的语音呼叫都将从IP包中解出并通过这个接口进入PBX。如果采用E1连接，则接口数会达到30个，需要一一配置每个对等体。

在VoIP端，北京网关的设置如下：

(1)dial-peer voice 3 VoIP （为上海方向定义拨号对等体至VoIP语音通道）。

(2)destination-pattern 98... （为拨号对等体定义号码分析，其中“.”为通配符）。

(3)指定VoIP路由。由于网络中网关的数量不多，网络结构相对简单，所以可以不用引入网守节点，这样，不需要通过RAS动态获得VoIP路由的目标IP地址。直接采用静态定义模式：

session target ipv4:10.10.2.1

(4)配置Qos，采用QoS集成服务的资源预留协议RSVP保证语音流的整个网络的延时，利用Qos区分服务，为IP语音流做IP优先级设定，后面会对Qos作更进一步的讨论。

req-qos guaranteed-delay

ip precedence 5

(5)为深圳方向定义拨号对等体至VoIP语音通道（重复以上1～4步，通配符等如上所示）。

凡是被叫号码为98...都将被打成IP包，并发往上海网关路由器的IP接口10.10.2.1。IP包的传送完全通过现有的IP路由来实现。

在上海、深圳的网关路由器上，也需要做对应的配置，原理与配置方法与北京相同。上海网关接到来自北京的呼叫，被叫号码98...将被指向传统电路交换接口FXO，发往上海的PBX，完成通话。深圳被叫号码97...。

以上配置是将传统电路交换网络与IP网络互联，电话终端都是传统电话。通过搭建VoIP网络，实现了传统内部电话的异地VoIP互连，节省了长途费用，提高了内部网络利用率。下面讨论另一种情况及其可能带来的扩展需求。

3.扩展需求

如果企业的某些小型分支机构没有PBX，希望直接利用IP电话技术构成自己的内部电话网，并能实现异地互连。对于这样的需求，我们依然可以利用路由器，构建这样的IP电话网络。

顾名思义，IP电话是基于IP技术的电话机， IP电话直接通过以太网线与接入网的二层交换机相连。语音在IP电话中被直接打成IP包经过接入网到达呼叫管理中心。管理中心的功能可由路由器来实现。语音连接的建立由语音控制协议H.323或SIP来控制完成。

这里的IP电话可以是真正的IP电话实体，也可以在计算机中装载IP电话软件，相当于在计算机中运行一个IP电话终端，这样，每一台计算机都可以成为一个企业内部电话分机，这些IP电话也可以和传统电话网通过网关路由器互连。

4.扩展需求的解决方案

在图1的基础上，我们将为网络添加IP电话，将网关路由器作为呼叫管理器，用一个以太网口连接二层交换机，将新扩展的IP电话（或IP电话主机）连接在交换机上。这样，我们就可以在北京、上海和深圳部署IP电话。具体网络结构如图2所示。

图2

我们分别将6...，7...，8...的号码段分给北京、上海、深圳三地。北京的IP电话号码范围是600到699。上海为700到799，深圳为800到899。

现在我们来配置北京的网关路由器（呼叫管理器）：

(1)定义电话服务

telephony-service

max-ephones 50 (设置最大电话的数量)

max-dn 50 (最大目录数)

keepalive 15

system message VOIP

create cnf-f les

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

(2)设置IP电话。

ephone-dn 1 (第一个电话)

number 601 (设置电话号码)

name hostA (电话名称)

exit

ephone-dn 2 (第二个电话)

number 602 (设置电话号码)

name hostB (电话名称)

exit

(3)IP电话绑定

ephone 1 (对应dn1)

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

type cIPC （类型是cisco IP电话）

button 1:1 (第一个电话)

exit

ephone 2 (对应dn2，操作如上，button 1:2)

......

(4)定义拨号对等体至上海VoIP语音通道

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 优先级)

(5)定义拨号对等体至深圳VoIP语音通道（过程与4相似）

上海和深圳网关路由器的配置方法与北京相同。

在上面的设定中，每一个IP电话都有唯一的MAC地址供系统识别，并绑定一个电话号码。如果是运行在计算机中的软IP电话，其MAC地址就是计算机网卡的MAC地址。路由器作为呼叫管理中心，当本地的IP电话互拨时，可直接在LAN中互通，如果呼叫外地的IP电话，则通过VoIP类型的Dial-peer通过IP网络指向目标路由器。通过以上配置，三地的IP电话和传统电话都能通过企业内部IP网络实现互通。

四、方案实施过程中主要问题的解决—语音质量问题

为了保证VoIP通话的要求，系统需要为其保证带宽，尽量避免丢包的发生。由于语音通话是实时进行的，需要对系统产生的延迟有严格的要求。网络中延迟的产生主要由以下4个部分构成：传播延迟、转发延迟、队列延迟、接口延迟。大网络的延迟主要来自于排队，即队列延迟，这会造成语音包在队列中停留的时间长短不均匀，使语音流传送忽快忽慢，形成声音的抖动。所以为了解决队列问题，就需要采用队列的优先级设定技术，使语音流得到优先传送。

为保证上述要求，需要采用QoS服务质量机制。

在明确了网络的QoS需求之后，下一步是选择一个适当的服务模型。有3个可选择的服务模型：尽力、集成、区分。解决语音质量问题的方法可以从使用QoS集成服务和区分服务两个方面去考虑。

1.集成服务解决方案

在集成服务中，我们最常用的就是带宽以及延迟保证功能。在我们上面的方案设计中，就在VoIP对等体中使用了此功能。除了带宽及延迟保证功能，CISCO的QoS系统还提供了呼叫准入控制（CAC）功能，这个功能能够人工限制同时存在的语音呼叫个数，如果超过门限，则系统限制新的呼叫建立。这个功能可以有效控制VoIP话务占整个网络带宽的比重，避免影响其他数据业务，也可以避免系统过度拥塞，造成语音质量的下降。CAC功能可用以下指令配置并激活：

max-conn 20 (CAC功能激活，最大同时呼叫连接数限制为20)

这样，如果同时存在呼叫个数超过20，则系统将不再接通新的呼叫。

2.区分服务解决方案

区分服务由于其原理简单，实现方式灵活，所以是最常用的QoS实现方式。区分服务的实现主要通过以下3个步骤来实现。

①流量分类

将不同类型应用的IP流进行分类和标记，分类的方法有很多种，如通过匹配特定的IP ACL或MAC ACL来分类，也可根据来自不同的输入接口来区分，还可以根据数据包的COS，DSCP等优先级标记来做区分，甚至可以根据应用层特性来进行分类。设置方法如下：

class-map cisco-VoIP (定义一个流量类别)

match access-group name IPPHONES (match命令定义了所允许的流量)

在具体配置方案中，可以在流量类别中使用多条match语句来实现复杂的条件选择，这时，我们可以使用以下两个选项来指示如何判定这些match指令。

class-map match-any只要满足match列表中任何一条，即可判定为匹配。

class-map match-all必须满足match列表中所有条件，才能判定为匹配。

如，我们可在连接IP电话的交换机中作如下配置：

class-map match-any cisco-VoIP(定义一个流量类别)

match access-group name IPPHONES

match access-group name MACLIST

②指定策略

在完成分类以后，就需要为分好类的流量制定QoS服务策略，流量策略的用途是配置应与某些分类的流量相关联的QoS特性。一个策略是针对一个或几个类别的，具体策略可以是重新打上标记，限定或保证带宽范围，设定队列优先级，选择丢弃方式等。下面就是一个策略的例子：

policy-map policy1 (定义策略)

class cisco-VoIP （对于类别 cisco-VoIP）

priority percent 50 (设定低延迟队列LLQ，并保证带宽50%)

set DSCP 46 （设定DSCP 标记为 46 即 ef）

exit

class class-default （对于未被分类的流量）

fair-queue (加权公平队列)

上述策略就是对于保证语音流质量的典型应用，语音为了保证减少延迟，一般采用低延迟队列，它的原理就是保证语音始终在不同的队列中享有最高的优先级。当流量从地方到中央时一般要经过公共核心网，将语音流DSCP标记为46是公共网的国际标准。如果是反向，即从中央到地方，则将其标记为48 (cs6)为好，在交换机中，IP层DSCP为 48正好对应二层CoS等于5的语音帧。

③应用策略

在定义完QoS服务策略以后，需要把策略应用在某个接口上，这样才能在流量进入和离开该接口时得到相应的QoS策略服务。下面就是一个策略应用的实例：

interface fastethernet 0/1

sevice-policy output policy1 (当流量离开该时，使用策略policy1)

这个实例将上面定义的服务策略，应用在了接口fastethernet 0/1的出栈方向。

实施了以上3个步骤，就完成了该网络一端的区分服务QoS设定。通过合理的QoS设定，在实施的过程中根据实际情况不断地调整，可以大大改善话音质量。构建完美的VoIP网络。

五、VoIP技术展望

VoIP这项技术在最近十多年中得到了迅猛的发展，目前，许多通讯发达的国家已经完成了对VoIP新技术的引进并完善着技术管理的措施。在国内，经过一段时间的发展也出现了不少网络电话企业，这些企业在通讯成本上都得到了大幅度的降低。同时，优秀的VoIP网络服务商还能提供一系列的商业通讯服务。

根据国外领先市场调研公司预测，到2013年全球移动VoIP用户将超过2.78亿，10年后将可能有超过一半的移动语音通信基于端到端的移动网络电话。移动VoIP可以看成是网络电话发展的一种必然趋势，也是3G无线网络环境下手机移动通信的一种主流方式。在“2011年思科云景战略及统一计算高峰论坛”中，思科展示了在虚拟桌面下更好地实现流媒体的流畅和电话的流畅，为VoIP电话提供了更好的环境。相信在以后网络电话会越来越多地被人们所接受，逐渐成为人们生活的一部分，为大家提供方便实惠时尚的现代化通讯服务。

[1] [美]Cisco Networking Academy Program Wayne Lewis,Ph. D.多层交换年（第1版）[M].北京：人民邮电出版社，2006

[2] 蔡云刚.VoIP网络浅析[J].网络安全技术与应用,2009,12

稿件编号：P1103218

周莉，本科，讲师。

北京市商业学校。