基于局域網的ＩＰ電話網絡的設計與實現

【摘要】IP電話是一種基于Internet的新型應用服務，各單位先進的局域網設施為局域網IP電話的實現提供了有利基礎。本文在分析IP電話系統構成的基礎上，以校園網絡為例詳細討論在局域網中構建IP電話網絡的方法及其實現技術。

【關鍵詞】IP電話，校園網，電話網絡

【中圖分類號】G484【文獻標識碼】B【論文編號】1009—8097（2007）04—0077—03

一、引言

IP電話(VoIP，Voice over Internet Protocol)，是基于IP網絡的語音傳輸技術，是一種利用互聯網實現語音通信的先進通信手段。局域網IP電話系統是在基于Ethernet技術的局域網上傳送IP語音的系統，能同時傳送語音和數據業務，，完全可以取代傳統的專用小交換機(PBX)系統。目前國內各高校都已經建立起了基于Internet技術的完善的校園園區網絡，為了提高園區網絡的利用效率，應當盡可能地開發更多的基于校園網的應用服務，，IP電話技術正是其中一項很有發展價值的項目。通過校園網將數據網絡與電話網絡合二為一，既能降低成本，又有利于網絡的布線、安裝和維護。

目前國內對網絡IP電話系統已進行了一些研究，如文獻1中詳細討論了IP電話系統中軟硬件模塊的構成其及功能，以及服務器端和客戶端的工作原理，文獻2中則簡單介紹了吉林省氣象部門的IP電話網絡系統，，但尚沒有文獻對如何在局域網中進行IP電話網絡的實施進行詳細探討。本文詳細討論如何在局域網中設計并實現IP電話網絡，為IP電話在局域網中的推廣提出一種現實可行的方案。

二、IP電話系統的構成

IP電話以IP網絡作為主要傳輸介質進行語音傳送。IP網絡使用標準的TCP/IP協議實現計算機之間的通信和數據交換。TCP/IP協議負責將要傳輸的IP數據分組排隊發送到網絡上，每個分組均包含有地址及數據重組信息，以確保數據安全和數據分組交換正確無誤。IP電話利用語音網關之類的設備將電話語音數字化，將數據壓縮后打包成數據包，通過基于路由器/分組交換的IP（Inernet/Intranet）數據網傳輸到目的地，目的地收到這一串數據包后，將數據重組、解壓縮后還原成聲音，從而實現網絡兩端用戶的通話功能。

在IP電話系統中，有兩個關鍵設備，一個是網關，另一個是網守。網關類似于普通的電腦交換機，后者的作用是將網絡資源輸出給多臺電腦，而前者則是用來連接電話機用的。語音網關連接通信設備，可實現語音、傳真模擬信號與數據信號的轉換。語音、傳真模擬訊號通過電話機、傳真機或者PBX(電話交換系統)傳到語音網關，語音或者傳真信號經過編碼轉化成IP數據包，通過數據專線、ATM或者ISDN等TCP/IP廣域網絡傳送到遠程的語音網關。最后遠程的語音網關再將IP數據包反解成語音，傳真模擬信號后，傳至電話機、傳真機或者再由PBX送到使用者終端。

網守是一種軟交換設備，負責VoIP網路上訊號交換及控制，其功能類似傳統PSTN上的交換機，是VoIP網絡系統的重要組成部分。在IP電話系統中，網守處于高層，用來管理IP電話網關，其功能包括RAS功能（實現用戶認證、地址解析、帶寬管理、路由管理、安全性管理、區域管理）、呼叫處理功能、用戶界面和參數設置（完成路由表、網關數據表、網關組數據表、本網守數據設定等數據的輸入、修改、保存和調試信息、日志信息、告警信息的管理和用戶權限管理、網管功能（通過運行SNMP代理，與網管中心建立聯系）。

三、系統設計與實現

目前我校都已建立了完善的校園園區網絡，為了充分利用好這個網絡資源，我們希望在網絡上同時承載更多的服務，數據、視頻和語音就是其中最主要的三項。為此我們通過在網絡中增加一些IP電話系統關鍵設備來擴充網絡的功能，實現數據網與語音通信網的溶合。

（一）總體結構模型

根據校園網絡的結構特點，為了能在校園網絡中進行IP電話系統的實施，我們采用客戶/服務器模式進行分布式設計，從而最大限度的利用已有資源，實現校園網內各類終端用戶之間語音通話服務。整個IP電話網絡的拓撲結構如圖1所示。

（二）系統設備選擇

本系統是在現有的校園網絡環境下實現IP電話服務的系統，除了共享原來的校園網絡基礎設備之外，為實現IP電話的語音服務功能，我們必須增加IP電話系統中兩個關鍵設備——網關和網守。為此，我們采用了Cisco公司提供的Cisco CallManager系統，安裝在Cisco介質集中服務器(MCS)上。Cisco CallManager是Cisco企業IP電話解決方案中基于軟件的呼叫處理組件，受Cisco AVVID(語音、視頻和集成數據體系架構)支持，可提供數據、語音和視頻服務，具有較高的系統可用性、負載均衡和可擴展性。一個到配置數據庫的可Web瀏覽界面可支持遠程設備和系統配置，配置操作簡單，便于實施。通過Cisco CallManager系統建立IP電話呼叫管理中心，允許接入路由器為本地連接的IP電話提供呼叫處理功能。Cisco CallManager既具有網守的所有功能，也具有網關的功能，為系統提供了一種全面的語音通信控制服務。

為了實現辦公系統中語音郵件和自動接聽等服務，我們采用了Cisco統一通信服務平臺Cisco Unity Express系統。通過Cisco Unity Express將通信服務與日常使用的桌面應用相集成，提供消息發送服務(將電子郵件、語音留言和傳真信息發送到同一個收件箱中)和智能化的語音消息發送服務，實現了語音郵件和自動應答服務，用戶可以通過電話收聽電子郵件，通過互聯網檢查語音留言。

為了實現與公用電話交換網PSTN的連接，以及實現普通電話機與IP電話系統的通信，對網絡中的Cisco 2811集成多業務路由器進行擴展，加載語音模塊，配置三種Voice Interface Card，提供多種接入方式。2811路由器自本身的FastEthernet以太網接口連接至校園園區網絡中，擴展語音模塊中的FXO接口與電信模擬中繼PBX連接，BRI接口下掛的ISDN中繼，兩者實現校園IP電話網絡與外界電信網絡的聯系，FXS接口直接連接普通電話，實現普通電話機與IP電話機的通信。

(三)系統實施

將Cisco CallManager系統、Cisco Unity Express系統及Cisco 2811語音網關連接至數據中心的一臺交換機上，IP地址分別為10.1.1.2（CallManager）和10.1.1.4（Unity Express）。Cisco 2811語音網關通過FXO接口連接到電信公網PSTN網絡中。系統中配備一系列IP電話或普通電話，IP電話可直接接到網絡各類交換機上，或與電腦和視頻套件配合使用，構成IP可視電話系統，普通電話連接至2811語音網關的FXS接口模塊。移動用戶(無線IP電話、安裝了IP電話軟件的筆記本)利用網絡中原有的無線訪問接入點(AP)直接接入。辦公電腦通過安裝IP電話軟件實現的軟電話系統直接通過原有網絡連接直接進入IP電話系統。以上實施方案充分利用學校已有網絡系統，保護了已有投資，節省了大量建網成本。

(四)系統配置

所有設備連接完成后，接下來便是為各類IP電話分配電話號碼，并將其添加到系統數據庫中。本系統中我們采用如下的電話編號規則：根據電話終端的不同，對電話號碼進行分類，將其分為五類：第一類是先進的有線IP電話機，我們采用了Cisco 7960和7970兩系列有線IP電話，此類電話號碼設以2開頭，如2001；第二類是先進的無線IP電話機，我們采用了Cisco 7920系列，此類電話號碼均以79開頭，如7911；第三類是IP視頻電話系統，采用了Cisco 7960和7970兩類有線IP電話，外加視頻套件并與辦公電腦相連構成視頻電話系統，此類電話號碼均以4開頭，如4001；第四類為軟電話終端，通過安裝電話軟件系統，使電腦具有IP電話功能，此類電話中桌面終端號碼以1開頭，筆記本及PDA終端號碼以3開頭，如1000和3008；第五類為普通電話終端，其電話號碼以9開頭，如9001。網內所有電話號碼均為4位。外線電話撥打時在電話號碼前面加一個0。

CallManager具有路由管理功能，它把各地區電話號映射與各設備的MAC地址相聯系，信息存放在一個設備數據庫中。用戶撥打IP電話時，呼叫被發送到CallManager進行解析，CallManager電話網關根據設備數據庫資料中的電話區號，確定相應網關的IP地址，并將IP地址加入IP數據包中，同時選擇最佳路由，把IP數據包經網絡送達目的IP電話網關。對于因特網未延伸到或暫時未設立網關的地區，可設置路由，由語音網關通過FXO接口轉接出局。CallManager管理工具為網絡中各類IP電話（包括所有有線IP電話、無線IP電話和軟電話）的電話號碼的分配提供了一種基于Web瀏覽界面配置方式，建立電話號碼與各設備的MAC地址的映射，并將其添加到自己的設備數據庫中，從而實現電話撥號的尋址。通過“Add a New Phone”頁面可逐一添加所有IP電話設備，實現對所有IP電話的訪問控制，如圖2所示。

為了實現局域網中IP電話與外部電信網絡的互通，對2811語音網關語音模塊中Voice Interface Card做如下設置：

dial-peer voice 9001 pots//定義撥號對等體到語音物理端口

destination-pattern 9001 //分配電話號碼

port 0/0/0 //定義語音端口，此處為FXS端口，接普通電話

dial-peer voice 1000 voip //定義撥號對等體到語音 destination-pattern [1-8]...//為撥號對等體分配電話號碼，

//號碼以1到8的數字開頭，其中“.”為通配符 session target ipv4:10.1.1.2//定義VoIP路由，為對端的IP地址 //呼叫將轉移到CallManager服務器上

req-qos guaranteed-delay//語音數據流RVSP的保證，

//其中guaranteed-dealy用于保證整個網絡的延時

ip precedence 5//IP優先級，5為關鍵

dial-peer voice 9 pots//定義撥號對等體到語音物理端口

destination-pattern 0T//定義電話話碼以0開頭，其中“T”為通配符

port 0/1/0 //定義語音端口，此處為FXO端口

forward-digits all //取消截號發送

supported-language ZH //配置支持語言類型

四、系統的通話方式

通話該IP電話網絡，我們提供了三種IP電話通話方式：

1、電話到電話方式

這種方式要求通話雙方都擁有電話機，可以是IP電話機，也可以是普通電話機，如2001呼叫2101，或2101呼叫9001。IP電話可與電腦及相應視頻套件構成IP視頻電話系統，實現視頻通話，如4001呼叫4101

2、PC 到PC（電腦到電腦）方式

這種方式要求通話雙方都有上網的電腦并裝有相應的電話客戶端軟件。此方法適用于所有接入校園網的用戶，用戶只需運行該軟件，能過耳麥便能進行呼叫和接聽電話。如1000呼叫1001或3008呼叫3208

3、PC到電話方式

這種方式適合于呼叫一方擁有電話機而另一方沒有電話機但有接入網絡的電腦，并運行IP電話客戶端軟件，處于待機狀態。此時任一方通過撥打對方的網絡IP電話號碼進行呼叫，另一方摘機或在電腦上點擊連接，便可接聽電話。如1101呼叫9002或7910呼叫1000。

4、網內、網外的互通

網內電話可通過在號碼前加拔一個0字呼叫外網的電話，網外電話通過拔打學校總機然后加拔分機號可呼叫網內電話。如網內2001通過0013979179988呼叫13979179988手機用戶，13979179988通過07913891951-2001呼叫2001用戶。

五、結束語

IP電話作為一種基于Internet的網絡應用服務，受到了人們的廣泛關注，各單位先進完善的局域網設施為這項應用提供了廣闊的發展空間，通過添加相應的電信設備，對局域網改造，實現數據通信網與語音電話網絡的溶合，可充分發揮局域網的應用能力，不僅可以提高局域網的利用率，而且還可為企事業單位節約不少運營成本，是值得推廣的一項新技術。

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