基于局域網(wǎng)的語音、數(shù)據(jù)的管理應用

趙均

摘 要： 為減少網(wǎng)絡布線的施工量、后期的人工維護工作量和線路調(diào)整而產(chǎn)生機械故障率，提出局域網(wǎng)中采用IP電話通信。通過分析局域網(wǎng)存在的一般問題，強調(diào)運用三層交換機管理VLAN劃分、優(yōu)先級映射和流量監(jiān)管的QoS等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了IP電話和計算機在局域網(wǎng)中正常工作和施工維護便利，并通過實驗驗證網(wǎng)絡拓撲構(gòu)架和方法的正確性。基于局域網(wǎng)構(gòu)架的三層交換機的語音和數(shù)據(jù)的控制，使廣泛使用的模擬電話在現(xiàn)有超五類線介質(zhì)基礎(chǔ)上運行成為可能，這種新的運行模式，極大地降低了施工和維護成本，具有廣闊的市場前景。

關(guān)鍵詞： IP電話； 三層交換機； 復合VLAN； 服務質(zhì)量

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）08?0074?03

Voice and data management application based on LAN

ZHAO Jun

（Wuhan Supply Construction Engineering Company， Wuhan 430015， China）

Abstract： In order to reduce the workload of network cabling， artificial maintenance workload and mechanical failure rate produced by line adjustment， a scheme to use IP telephony in LAN is put forward. By analyzing the general problems existing in LAN， the key technologies of using the three?layer switch to manage VLAN division， QoS of priority mapping and traffic supervision are emphasized. The normal work of IP phone and computer in LAN， convenient construction and maintenance were implemented. The validity of the method and network topology architecture was proved through the experiment. It is possible that the extensively?used analog telephone works properly in the existing super five?line medium by means of the three?layer switch to control voice and data， which is based on LAN architecture. The new operation mode reduced the construction and maintenance costs greatly， so it has a broad market prospect.

Keywords： IP phone； three?layer switch； recombination VLAN； QoS

電話和計算機網(wǎng)絡已經(jīng)成為人們辦公通信的重要方式，傳統(tǒng)的電話線是每部電話采用一對雙絞線，這樣使得施工和維護非常麻煩，需要清楚每根線的作用，費時費力。為了充分利用超五類線網(wǎng)絡，可使用IP電話設(shè)備通信及三層交換機[1]進行管理控制，極大降低維護成本，減少線路故障率。由專門的硬件設(shè)備或軟件將呼叫的話音信號采樣并數(shù)字化，進行壓縮打包，經(jīng)過IP網(wǎng)絡傳輸?shù)綄Ψ剑蓪Ψ降脑O(shè)備或軟件接收并進行解壓縮，再還原成模擬信號。語音壓縮編碼技術(shù)則是IP電話技術(shù)的基礎(chǔ)[2]。

1 網(wǎng)絡拓撲圖

辦公區(qū)域設(shè)備的網(wǎng)絡拓撲圖如圖1所示。為減低成本，每層樓樓有兩臺24口二層交換機，分別接相應樓層各辦公室內(nèi)的IP電話和電腦，即一臺交換機接一組IP電話，另一臺交換機接一組電腦。機房內(nèi)放置一臺三層交換機，一臺路由器，一臺IP電話通信服務設(shè)備，一臺服務器。IP電話通信服務設(shè)備即網(wǎng)關(guān)，是SIP系統(tǒng)中的互聯(lián)設(shè)備，完成網(wǎng)間協(xié)議轉(zhuǎn)換，它是實現(xiàn)SIP系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡互聯(lián)互通的關(guān)鍵設(shè)備[3]。按照如圖1所示，三層交換機端口接對應設(shè)備。通過以上網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，使得二層交換機接收和轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)為語音或者為數(shù)據(jù)文件。三層交換機則可以清楚的劃分端口，將二層交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)其定義到相同類型應用端口中，方便管理。

2 無控制管理分析

2.1 IP電話語音數(shù)據(jù)

VoIP小時間量程的語音數(shù)據(jù)包數(shù)字化為IP數(shù)據(jù)包，并將它們通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流從一個IP電話發(fā)送到另一個。使用SIP，可以隨意選擇標準組件，快速駕馭新技術(shù)，幫助建立、修改和拆除兩個通話端點之間的會話。

但是SIP也有缺陷，它既不是會話描述協(xié)議，也不提供會議控制功能。為了描述消息內(nèi)容負載情況和特點，SIP使用Internet的會話描述協(xié)議（SDP）來描述終端設(shè)備的特點，SIP自身也不提供服務質(zhì)量（QoS）。當IP電話運行網(wǎng)絡用戶數(shù)和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很大的突發(fā)時，結(jié)果導致網(wǎng)絡的可以帶寬變化較大，會導致IP語音包嚴重丟失。語音包的丟失是影響IP電話語音質(zhì)量最主要、也是最直接的因素。因此，減少語音包的丟失是提高IP電話語音質(zhì)量的最主要措施之一。

2.2 數(shù)據(jù)文件

數(shù)據(jù)文件在網(wǎng)絡中傳輸，是基于TCP/IP協(xié)議。IP數(shù)據(jù)包主要由“目的IP地址”、“源IP地址”和“凈載數(shù)據(jù)”三部分構(gòu)成。在對IP數(shù)據(jù)包不加控制的傳播，必然導致對網(wǎng)絡資源的需求超過了固有的容量。因為在事先沒有任何協(xié)商和請求許可機制的資源共享網(wǎng)絡中，幾個IP分組同時到達路由器，并期望經(jīng)同一個輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)的可能性是存在的，顯然，不是所有分組可以同時接受處理，必須有一個服務順序，中間節(jié)點上的緩存為等候服務的分組提供一定保護。然而，如果此狀況具有一定的持續(xù)性，當緩存空間被耗盡時，路由器只有丟棄分組。在這種持續(xù)過載的狀態(tài)下，網(wǎng)絡性能會急劇下降。交換機采用CSMA/CD協(xié)議對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)，對數(shù)據(jù)的廣播，部分數(shù)據(jù)包不可避免被無關(guān)設(shè)備檢測到。不僅系統(tǒng)信息不安全，而且容易產(chǎn)生廣播風暴。

3 三層交換機管理

3.1 VLAN的劃分

VLAN的劃分，采用的是基于端口的劃分。這種劃法的優(yōu)點是定義VLAN成員時非常簡單，只要將所有的端口都定義為相應的VLAN組即可[4?7]。按照圖1所示，將網(wǎng)絡劃分為3個VLAN， IP電話和IP電話通信服務設(shè)備為VLAN2，計算機和服務器為VLAN3，調(diào)試計算機為VLAN4，這樣保證數(shù)據(jù)和語音不會混合在同一線路傳輸，便于三層交換機控制。按照網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)包的用途劃分VLAN，保證了同一類型數(shù)據(jù)在同一VLAN的傳播，減少了網(wǎng)絡廣播風暴的可能。使用復合VLAN技術(shù)，為實現(xiàn)調(diào)試計算機能訪問控制樓層間各VLAN的IP電話和計算機，便于維護操作。

3.2 服務質(zhì)量管理

服務可用性是QoS的重要基礎(chǔ)要素。成功實現(xiàn)QoS的前提是網(wǎng)絡基礎(chǔ)構(gòu)造必須高度可靠。進一步理解QoS，它是指網(wǎng)絡為某特定數(shù)據(jù)流提供優(yōu)良服務（滿足或超過業(yè)務要求的服務質(zhì)量）的能力[8]。IP電話和上網(wǎng)訪問同時在局域網(wǎng)運行時，若不通過三層交換機對相關(guān)應用的數(shù)據(jù)包進行管理，就是出現(xiàn)通話斷斷續(xù)續(xù)，的文件無法打開，提示下載文件損壞等問題。根據(jù)局域網(wǎng)中應用的特點，分析出語音對時延抖動要求較高，而數(shù)據(jù)文件對丟包率要求較高，因此采用配置端口信任報文的DSCP優(yōu)先級，基于接口的流量監(jiān)管技術(shù)，來實現(xiàn)QoS管理。

3.2.1 優(yōu)先級映射

配置信任DSCP優(yōu)先級時，設(shè)備根據(jù)報文的DSCP優(yōu)先級對報文進行分類并進行后續(xù)的優(yōu)先級映射，得到報文映射后的DSCP優(yōu)先級。因為在局域網(wǎng)中語音的優(yōu)先級為5，數(shù)據(jù)文件的優(yōu)先級為1。

3.2.2 流量監(jiān)管

當網(wǎng)絡發(fā)生擁塞后，超出的流量將采取其他方式處理。如果處理方式為監(jiān)管，那么數(shù)據(jù)包就會被丟棄。通常情況下，網(wǎng)絡設(shè)備缺省丟棄后到的數(shù)據(jù)包而傳輸先到的數(shù)據(jù)包，這樣的丟棄方式稱為尾丟棄。也可以讓網(wǎng)絡設(shè)備在發(fā)生擁塞時，先丟棄低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包而傳輸高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包[9]。

4 管理控制后的測試結(jié)果

由于在局域網(wǎng)使用IP電話進行通話，對網(wǎng)絡質(zhì)量非常敏感，因此僅對接IP電話的e0/0/2端口進行測試，以驗證效果。

4.1 吞吐量

對e0/0/2和e0/0/23端口使用NetIQ Chariot軟件進行測試，設(shè)置“Add pair”，“TCP”，“Throughout腳本”，10個獨立線程，吞吐量結(jié)果見圖2，測試平均值為9.4 Mb/s，完全滿足語音對帶寬的要求。

4.2 響應時間

與吞吐量測試的端口和軟件相同，使用“Response_Time腳本”，響應時間的測試結(jié)果見圖3。響應時間的平均值為0.4 ms，滿足國家A類標準[10]。

4.3 優(yōu)先級映射和流量監(jiān)管

5 結(jié) 語

基于局域網(wǎng)構(gòu)架的三層交換機的語音和數(shù)據(jù)的控制，使廣泛使用的模擬電話在現(xiàn)有超五類線介質(zhì)基礎(chǔ)上運行成為了可能。這種新的運行模式，極大的減少施工和維護成本，具有廣闊的市場前景。

參考文獻

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