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1、题目：浅谈计算机网络在通信中的应用及发展姓名: 刘宝萍专业: 计算机科学与技术指导老师：符永卫内 容 提 要通信的快速发展离不开计算机技术的蓬勃发展，随着微电子技术、计算机技术和通信技术的迅速发展和相互渗透，随着因特网技术的发展和信息基础设施的完善，计算机网络已广泛应用于政府、军事、教育、科研、商业等部门，并连接到千千万万个普通家庭。计算机网络已成为人们获取和交流信息的一种十分重要、快捷的手段，它正深刻影响着社会管理及经济运行模式以及人们的工作,学习和生活方式.目前我国已建成世界上规模最大的、基本覆盖全国的高速信息网络，为我国信息化建设提供了坚实的基础。近年来电信业一直保持以23倍于GDP的速
2、度发展，电信业对国民经济的直接贡献率不断提高，电信业务收入与GDP的比值由1998年的2.2提高到2002年的4，上升了近一倍。中国电信业在国民经济各产业中起到基础性、战略性、先导性的作用，它的充分发展是经济发展水平提高的重要标志之一。 本篇论文主要阐述计算机网络中在通信业的实际应用，主要以IP技术为实例进行论证。关键词: 计算机 网络 IP技术 应用论文类型: 应用研究型目 录1 计算机网络与通信31.1 计算机发展历史31.2 电信发展历史31.3 通信传输网的发展41.4 英特网的发展72 IP技术作为新兴技术在计算机网络中的应用122.1 IP技术的定义122.2 IP电话的定义142
3、.3 IP传输技术152.4 IP电话的由来172.5 IP 电话系统的基本原理192.6 IP电话与传统电话的比较252.7 IP电话网和普通电话网的传送的区别262.8 IP技术为通讯运营商带来的好处283 IP 技术未来发展趋势293.1 IP技术有良好的发展基础293.2 IP技术向多媒体通信发展293.3 IP电话适合部分消费群体的需要333.4 IP 电话的前景 334 计算机网络在通信中应用的展望.35 参考文献 37浅谈计算机网络在通信中的应用及发展通信的快速发展离不开计算机技术的蓬勃发展，随着微电子技术、计算机技术和通信技术的迅速发展和相互渗透，随着因特网技术的发展和信息基础
4、设施的完善，计算机网络已广泛应用于政府、军事、教育、科研、商业等部门，并连接到千千万万个普通家庭。计算机网络已成为人们获取和交流信息的一种十分重要、快捷的手段，它正深刻影响着社会管理及经济运行模式以及人们的工作、学习、生活方式。在21世纪，计算机网络尤其是Internet技术必将改变人们的生活、学习、工作乃至思维方式，并对科学、技术、政治、经济乃至整个社会产生巨大的影响，每个国家的经济建设、社会发展、国家安全乃至政府的高效运转都将越来越依赖于计算机网络。目前我国已建成世界上规模最大的、基本覆盖全国的高速信息网络，为我国信息化建设提供了坚实的基础。近年来电信业一直保持以23倍于GDP的速度发展，
5、电信业对国民经济的直接贡献率不断提高，电信业务收入与GDP的比值由1998年的2.2提高到2002年的4，上升了近一倍。2003年，中国通信业务收入达到5000亿元，比2002年增长了13.9。中国电信业在国民经济各产业中起到基础性、战略性、先导性的作用，它的充分发展是经济发展水平提高的重要标志之一。利用电信网络技术的电子政务、电子商务、远程教育和远程医疗成为各领域信息化的重要手段。 1计算机网络与通信1.1计算机的发展历史1946年，世界上第一台电子数字计算机（ENIAC）在美国诞生。这台计算机共用了18000多个电于管组成，占地170m2，总重量为30吨，耗电140千瓦，运算速度达到每秒能
6、进行5000次加法、 300次乘法。电子计算机在短短的50多年里经过了电子管、晶体管、集成电路（IC）和超大规模集成电路（VLSI）四个阶段的发展，使计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越低，应用越来越广泛，已应用到众多领域。1.2电信的发展历史从电报发明到电话的诞生，从原来由人工转接到程控交换，从固定电话到移动电话等等，都标志着通信技术随着计算机技术的发展，也在不断的向前发展。比如电信通信按传送信号的方式不同，可分为模拟通信和数字通信两大类。通信系统的基本框图接收变换器信源信道发送变换器信源 信息 信号 信号 信息噪声常见的模拟通信有电话、电视等，常见的数字通信有电报、数据通信（计算
7、机通信）等。过去，数字通信在整个通信中只占很小的比重。近年来，随着电子计算机的日益广泛应用，数字通信的需求急剧增长。同时由于大规模和超大规模集成电路的迅速发展以及计算机技术、数字信号处理技术的日益发展，电话通信技术也在一步步向数字化的方向发展。例如程控电话交换机就是利用电子计算机技术，用预先编好的程序来控制电话的接续工作。1965年5月，美国贝尔系统的1号电子交换机问世，它是世界上第一部开通使用的程控电话交换机。程控自动电话交换技术的出现是20世纪电话通信的又一次重大变革。1.3通信传输网的发展计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机C1调制解调器电话网计算机C2调制解调器计算
8、机网络结构有点对点直连型、总线型、环型、星型等。如图所示：C1C1两台计算机通过电话网的直接连接C5C2C4C3 星型结构C3C2环形结构计算机计算机或终端通信控制装置通信控制装置调制解调器通信链路调制解调器通信的最基本形式是点对点之间建立通信系统。尽管通信系统种类繁多，但不能称作通信网。只有众多的通信（传输）系统通过交换通过交换系统按照一定的拓朴结构组织组合在一起，才能形成一个通信网。计算机通信网的原理框图如下：计算机通信网原理框图通信传输网拓朴结构图信息通过通信线路将信号从一个地点传送到另一个地点，通信线路的传输媒质经历了架空明线、对称电缆、同轴电缆、光缆等主要阶段，不同的材料容量和传输距
9、离各不相同。1941年，美国建成了第一条同轴电缆线路，可以同时开通480路电话，后来逐渐发展扩大、最后发展到一条同轴电缆上可同时开通10080到13200路电话。1970年，由于用于通信的激光器和光导纤维（光纤）相继研制成功，使通信传输媒体的容量进一步扩大。1976年，美国在亚特兰大用含有144根光纤的光缆建成了第一条光纤通信实验系统。1988年，第一条横跨大西洋的海底通信光缆敷设成功。成为欧美两大洲之间的骨干通信线路。 目前传输线路所用的介质以光纤为主，它是由光导纤维作为传输介质,其主要成分为SiO2(玻璃),是一种细小并能传输光信号的柔韧玻璃丝，具有其它传输介质无法比拟的优点，光纤通信最主
10、要的优点是：（1） 容量大。光纤工作频率比目前电缆使用的工作频率高出8-9个数量级。（2） 衰减小。光纤每公里衰减比目前容量最大的通信同轴电缆的每公里衰减要低一个数量级以上。在普通线路上每30公里才需要一个中继器，某些甚至可以达到100公里以上,而铜线每5公里就需要一个中继器，既降低了功率损耗，也可以节约很多资金。（3） 体积小，重量轻。例如，双绞线每公里重8吨，而容量大其10倍的光缆仅重100公斤/公里，有利于施工和运输。（4） 防干扰性及保密性好。光纤不受强弱电干扰，不受外界气候影响。且因为光纤不漏光，并难于拼接，所以光纤网络很难被窃听，安全系数很高，保密性强。因其有许多优于铜线和同轴电缆
11、的优点，是目前数据传输中最优异的传输介质。光纤通信的通信容量发展之快是十分惊人的，现在已经实际应用的光纤通信系统容量或传输速率，已经比1977年的那个系统提高了2000多倍。而且还有更大的容量可以开发，光纤通信以其无可比拟的超大容量，能够适应目前网络对长距离传输大容量宽带信号的要求，在计算机网络中发挥着十分重要的作用。从80年代开始已经逐渐替代电线和电缆成为现代电信网的骨干。在信息量爆炸性增长的信息社会里，光纤通信成为信息传递的主力。到2000年，全世界80%以上的信息传送业务已由光纤通信来完成。随着技术的不断发展，光缆在网络中的应用也越来越广泛。 随着通信和网络的不断发展，通信网也不断更新，
12、最早的通信网是公用电报网，随后建立了公用电话网，后来又建立了用户电报网，近年推出智能用户电报、用户传真、交互型可视数据、会议电视、计算机通信和INTERNET等非语音业务。如今，电话是人们使用最多、最为普及的通信工具。它已经成为人们工作、生活中密不可分的伙伴。拿起电话，即使对方是在相隔万里、远隔重洋的某一地方，也能在瞬息之间建立联系，就像对方是在自己的身旁一样。1.4因特网的发展随着计算机应用的深入，特别是家用计算机越来越普及，一方面希望众多用户能共享信息资源，另一方面也希望各计算机之间能互相传递信息进行通信。个人计算机的硬件和软件配置一般都比较低，其功能也有限，因此，要求大型与巨型计算机的硬
13、件和软件资源，以及它们所管理的信息资源应该为众多的微型计算机所共享，以便充分利用这些资源。基于这些原因，促使计算机向网络化发展，将分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源，组成计算机网络。计算机网络的发展过程大致可以分为具有通信功能的单机系统、具有通信功能的多机系统、计算机网络三个阶段。一个计算机系统连入网络以后，具有共享资源、提高可靠性、分担负荷和实现实时管理等优点。从80年代末开始，计算机网络技术进入新的发展阶段，它以光纤通信应用于计算机网络、多媒体技术、综合业务数字网络
14、(ISDN)、人工智能网络的出现和发展为主要标志。90年代到现在是计算机网络高速发展的时期，计算机网络的应用将向更高层次发展，尤其是Internet网的建立，推动了计算机网络的飞速发展。100年前，人们要给异地的亲友送去问候，大多要依靠驿差的长途跋涉。如今，坐在家中的电脑前轻点鼠标，远在万里之遥的友人便可在瞬间收到你发去的电子贺卡。这正是得益于网络的飞速发展。计算机网络的概念最早起源于1964年美国兰德公司的一篇有关分布式通信的研究报告。该报告导致了美国国防部对通信系统的新设想：在战争频繁爆发的年代，网络的安全至关重要，能否建立一种类似蜘蛛网的一个网络系统，如果一部分网络被破坏后，其他网络仍然
15、可以照常工作的，保证通信畅通和共享计算机中的信息资源。1968年，美国国防部在其下属的高级研究项目署（ARPA）成立一个专家小组，专门研究这个所谓的蜘蛛网系统。研究人员把若干小型计算机相互连接起来，当时把这一组计算机称作信息处理器，实际上是一个小型的计算机局域网络。研究结果表明，完全可以建立一个计算机网络通信系统，该系统可以不需要中心控制系统，在局部系统遇到破坏的情况下，整个系统照常运转。1969年8年，美国国防部就成功建起了一个计算机网络的雏形-ARPA网。从此，世界进入了网络技术的新纪元。1972年，研究人员运用ARPA网发送电子邮件，获得成功，这标志着网络开始与通信相结合。进入80年代，
16、计算机网络技术开始从美国传到世界各地，但也只是局限在研究部门和大学的范围，然而它的商业潜能已默默地引起了各国的注意。1989年，日内瓦欧洲粒子物理实验室开发成功万维网，为在INTERNET存储、发布和交换超文本的图文信息提供了强有力的工具。从1993年开始，以INTERNET为代表的计算机网络进入了大发展阶段。1993年才对公众开放的因特网的迅速发展，使现实生活发展到匪夷所思的地步。到1999年底，全球因特网使用者达2.6亿，2005年达到7.65亿，计算机网络已经把全世界联成为一个地球村，全世界正在为此构筑一个数字地球。美国科学家米歇尔科兹曼曾经下过一个重要论断：19世纪是铁路时代，20世纪
17、是高速公路的时代，21世纪将是信息高速公路（宽带网络）的时代。 INTERNET正是由于光纤骨干网的不断完善，不断延伸到世界各地，人们能更方便的利用互联网技术工作、生活、学习。也正是由于互联网的广泛使用，人们在这个网络的基础开发更多新的通信技术，例如IP电话技术。20世纪70年代初期以来，公用电话网的话音通信技术未发生根本性的变化，其主要特征是采用面向连接的基于4kbit/s信道的电路交换，通过信令来控制连接，传输上使用同步传输方式。这种方式的主要优点是服务质量有保障、控制相对简单，但其不足之处亦日渐突出，如每个连接的带宽固定，不能适应非64kbit/s速率和可变速率的业务需求；在对话静音期也
18、占用资源，浪费带宽等等。另外，64kbit/sPCM话音编码技术已经明显落后。此时，分组数据网络在网络经济性和业务质量控制方面取得了较大的进步和发展。通过IP、ATM和帧中继等分组数据网进行通信，已经成为规划者的首选。由于分组交换具有很多优点，例如，统计复用、资源利用率高、带宽灵活可变，用户可同时进行多个通信等，数据网所承载的业务不断综合化。除数据业务外，话音的分组化趋势使得分组话音业务逐渐和数据业务综合在一起，在分组网上进行传送，IP电话在此背景下逐渐成为热点。 随着因特网和企业内联网在全球范围的快速发展，越来越多的公司注意到在IP网络上传输话音可以减少电话和传真等的传统电信费用，并可开展增
19、值的多媒体应用。因特网最初是运行在电话网系统上的，由于当今市场的特殊管制条件，许多INTERNET服务供应商（ISP）和数据网络的一些运行商敏锐地认识到IP电话是一个很大的潜在利润增长点。因为随着对数据交换网投资的增长，维护单独的语音通信设施将会变得昂贵和复杂，所以大多数的网络计划者不愿意长期同时运行多个网络，而倾向于尽可能的将通信设施进行合并。将数据和语音通信综合起来可以节约成本，更有效地利用对基础设施的投资。分组交换声音技术的出现使服务商和最终用户可以将声音和数据综合起来。电信公司也认为，背负费用高昂的电话网可能将会过时，因此正在为把话音与数据网络合并而努力。不过这种趋势并不是要用INTE
20、RNET取代电话网，而是两者相辅相成，是集成的趋势。如果IP上的语音应用技术可以实现得很好的话，节省的开销将非常可观，其节省量可高达。这样，在许多情况下，投资可望能够在一年全部收回，并且这种节省还会继续。这是因为IP上的语音应用所需要的维护费用比电话系统的维护费用少得多。因此也就出现了在因特网上运行电话系统的现象。据统计和预测，在2000年以后，数据通信总量将很快超越语音通信总量，并且以不可逆转的趋势增长。数据网络的重要性以及数据网络容量的不断扩展给数据与话音的融合提供了基础。在承载话音方面，VOATM技术、VOFR技术、以及VOIP技术在不断发展之中，而VOIP以其自身的特点在应用方面有着巨
21、大的潜力。 传统话音通信网与现代的数据通信网的融合，开创了电信业发展的新纪元，在一个统一的数据通信网络平台上传输话音、图形、图象、视频、数据及多媒体信号已是大势所趋。IP协议不仅已成为因特网的标准协议，而且已普遍为电信业所接受。未来的因特网将提供可管理的IP服务，使电信网络也能对信息流进行优先级分类，并实施访问控制。IP技术的发展给电信运营商带来了新的机遇和挑战。2IP技术作为新兴技术在计算机网络中的应用2.1IP技术的定义IP是英文Internet Protocol的缩写，意思是“网络之间互连的协议”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机
22、网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。无论是X.25这样的低速网络还是ATM这样的高速网络，无论是以太网等广播介质网，还是DDN点到点通信网络，甚至无线卫星信道，IP协议都能很好地适应，在上面正常运行。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守IP协议就可以与因特网互连互通。正是因为有了IP协议，因特网才得以迅速发展成为世界上最大的、开放的计算机通信网络。因此，IP协议也可以叫做“因特网协议”。 由于各个厂家生产的网络系统和设备，如以太网、分组交换网等，它们相互之间不能互通，不能互通的主要原因是因为它们所传送数据的基本单元（技术上称之为“帧”）的格式不同。IP协议
23、实际上是一套由软件程序组成的协议软件，它把各种不同“帧”统一转换成“IP数据报”格式，这种转换是因特网的一个最重要的特点，使所有各种计算机都能在因特网上实现互通，即具有“开放性”的特点。 数据报也是分组交换的一种形式，就是把所传送的数据分段打成“包”，再传送出去。但是，与传统的“连接型”分组交换不同，它属于“无连接型”，是把打成的每个“包”（分组）都作为一个“独立的报文”传送出去，所以叫做“数据报”。这样，在开始通信之前就不需要先连接好一条电路，各个数据报不一定都通过同一条路径传输，所以叫做“无连接型”。这一特点非常重要，它大大提高了网络的坚固性和安全性。 每个数据报都有报头和报文这两个部分，
24、报头中有目的地址等必要内容，使每个数据报不经过同样的路径都能准确地到达目的地。在目的地重新组合还原成原来发送的数据。这就要IP具有分组打包和集合组装的功能。 在实际传送过程中，数据报还要能根据所经过网络规定的分组大小来改变数据报的长度，IP数据报的最大长度可达65535个字节。 IP协议中还有一个非常重要的内容，那就是给因特网上的每台计算机和其它设备都规定了一个唯一的地址，叫做“IP地址”。由于有这种唯一的地址，才保证了用户在连网的计算机上操作时，能够高效而且方便地从千千万万台计算机中选出自己所需的对象来。 随着因特网和企业内联网在全球范围的快速发展，越来越多的公司注意到在IP网络上传输话音可
25、以减少电话和传真等的传统电信费用，并可开展增值的多媒体应用。在IP网络上提供电话是IP网向实时通信业务领域拓展的第一步，现在，在IP网络上提供电话是IP网向实时通信业务领域拓展的第一步，现在，IP网上的话音业务VOIP，即IP电话，已经被证明是可行的，目前的发展与竞争在于健全标准、完善产品设备，并将这种业务投入商用。2.2IP电话的定义IP 电话是按国际互联网协议规定的网络技术内容开通的，进行语音信息实时传送的一种新的长途电话业务，中文翻译为网络电话或互联网电话，它是利用国际互联网Internet为语音传输的媒介，从而实现语音通信的一种全新的通信技术。IP电话是IP网上可通过TCP/IP协议实
26、现的一种电话应用。这种应用包括PC对PC连接、PC对话机连接、话机对话机连接，还包括Internet或Intranet上的语音业务、传真业务（实时和存储/转发）、Web上实现的IVR（交互式语音应答）、经由WEB的统一消息转发（Unified messaging）等等。IP电话是一种数字电话，是技术创新的一种通信服务业务。它把语音、压缩编码、打包分组、分配路由、存储交换、解包解压等交换处理在IP网或互联网上实现语音通信。它促进了网络资源利用，降低语音业务成本。因此在全球范围内得到了迅速的发展，可以说是当今世界上发展最快、普及最快的一门应用服务技术之一，也是计算机网络界关注的热点之一。它采用了压
27、缩编码及统计复用等技术，节省了网络的带宽资源，降低了通信成本，所以IP电话可以为用户提供更经济的长途电话服务。可以说，IP电话是技术进步的产物。2.3IP传输技术传输电信网大多采用时分多路复用方式，因特网须采用的是统计复用变长分组交换方式，二者相比，后者对网络资源利用率高，互连互通简便有效、对数据业务十分适用，这是因特网得以飞速发展的重要原因之一。但是，宽带IP网络通信对QoS和延迟特性提出了苟刻的要求，因此，统计复用变长分组交换的技术发展为人们所关注。目前，除已问世的新一代IP协议-IPV6外，世界因特网工程任务组（IETF）提出了多协议标记交换技术（MPLS），这是一种基于网络层选路的各种
28、标记/标签的交换，能提高选路的灵活性，扩展网络层选路能力，简化路由器和基于信元交换的集成，提高网络性能。MPLS既可以作为独立的选路协议工作，又能与现有的网络选路协议兼容，支持IP网络的各种操作、管理和维护功能，使IP网络通信的QoS、路由、信令等性能大大提高，达到或接近统计复用定长分组交换（ATM）的水平，而又比ATM简单、高效、便宜、适用。IETF还地抓紧新的分组理理持术，以便实现QoS选路。其中正在研究隧道技术就是为了实现单向链路的宽带传送。 另外，如何选择IP网络传输平台也是近年来研究的一个重要领域，先后出现了IP over ATM、IP over SDH、IP over DWDM等技
29、术，目前公认的宽带网络分析模型如图所示。 宽带IP网络的分层模型第一层是基层础，提供高速的数据传输骨干。IP层向IP用户提供高质量的，具有一定服务保证的IP接入服用户层提供接入形式（IP接入和宽带接入）和服务内容形式。在基础层，以太网作为IP网络的物理层，是理所当然的事情，但是IP over DWDM却是最新技术，并具有很大的发展潜力。 密集波分多路复用（Dense Wave Division MultipLexing,DWDM）为光纤网络注入新的活力，并在电信运营商敷设新的光纤主干网中提供惊人的带宽。DWDM技术是构建在光纤的超大带宽能力和先进的光传输设备基础之上的应用技术。波分多路复用的名
30、称是从单股光纤上传送多个波长的光（LASER）而得来的。目前的系统能够发送和识别16个波长，而将来的系统能够支持4096全波长。这具有重要意义，因为每增加一个波长，就增加了一个信息流。因此可以将2.6Gbit/s（OC-48）网络扩大16倍，而不必铺设新的光纤。 大多数新的光纤网络以（9.6Gbit/s）的速度运行OC-192，在与DWDM结合时，在一对光纤上产生150Gbit/s以上的容量。另外，DWDM提供了接口的协议和速度无关的特征，在一条光纤上可同时支持ATM、SDH和千兆以太网信号的传输，这样和现在已建成的各种网络都可以兼容，因此DWDM既可以保护已有的投资，还可以以其巨大带宽为IS
31、P和电信公司提供了功能更强的主干网，并使宽带成本更低和访问性更强，这对VoIP解决方案的带宽要求提供强有力的支持。增加的传输速率不仅可以提供更粗的管道，使阻塞的机会更少，而且使延时降低了许多，因此可以在很大程度上减少IP网络上的QoS要求。2.4IP电话的由来1、最初的IP电话是个人计算机与个人计算机之间的通话。他们是一些拥有电脑，并且可以上互联网的客户，通话双方利用双方的电脑与调制解调器，再安装好声卡及相关软件，加上送话器和扬声器，双方约定时间同时上网，然后进行通话，具体如下图:在这一阶段，只能完成双方都知道对方网络地址及必须约定时间同时上网的点对点的通话，在普通的商务领域中就显得相当麻烦，
32、因而，不能商用化或进入公众通信领域。2、随着IP电话的优点逐步被人们认识，许多电信公司在此基础上进行了开发，从而实现了计算机与普通电话之间的通话。如下图:计算机一方，一般需要能上国际互联网(Internet)的普通计算机(PC)，一台调制解调器(modem)， 计算机上同样应该装有声卡和送话器及扬声器，并且要安装IP电话的软件。电话机用户方，应当具备拨号上本地网IP电话的网关(gateway)的功能。计算机(PC)方呼叫远端电话: 先通过Internet登陆到网关，进行帐号确认，提交被叫号码，然后由网关完成呼叫。电话呼叫远端计算机(PC): 计算机(PC)应当向Internet提供一个固定的地
33、址，并且在电话所在网关上进行登记，电话向网关呼叫，通过网关自动呼叫被叫计算机(计算机平时不能关机)。这一类IP电话，拥有电话机的一方，可以不必安装计算机及相关软件与设备。目前，国内有些计算机客户与国外进行IP电话的通话已可以采用这种方式。但是，这种方式仍旧十分不方便，无法满足公众随时需要的通话方式。3、在以上方式的基础上，国际上许多大的电信公司又推出了普通电话与普通电话之间的通话，如下图:普通电话客户通过本地电话拨号上本地的互联网电话的网关(Gateway)，输入帐号、密码，确认后键入被叫号码，这样本地与远端的网络电话通过网关透过Internet网络进行连接，远端的Internet网关通过当地
34、的电话网呼叫被叫用户，从而完成普通电话客户之间的电话通信。作为网络电话的网关， 一定要有专线与 Internet 网络相连， 即是Internet网上的一台主机，目前双方的网关必须用相同一家公司的产品。这种通过Internet网从普通电话-普通电话的通话方式就是人们通常讲的IP电话，也是目前发展得最快而且最有商用化前途的电话。2.5IP电话的基本原理通过因特网进行语音通信是一个非常复杂的系统工程，其应用面很广，因此涉及的技术也特别多，其中最根本的技术是VoIP (Voice over IP)技术，即IP电话技术。可以说，因特网语音通信是VoIP技术的一个最典型的、也是最有前景的应用领域。因此在
35、讨论用因特网进行语音通信之前，有必要首先分析VoIP的基本原理，以及VoIP中的相关技术问题。1、 VoIP的基本传输过程传统的电话网是以电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为64kbit/s。而所谓的VoIP是以IP分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。为了在一个IP网络上传输语音信号，要求几个元素和功能。最简单形式的网络由两个或多个具有VoIP功能的设备组成，这一设备通过一个IP网络连接。VoIP模型的基本结构图如下图2-18所示。从图中可以发现VoIP设备是如何把语音信号转换为IP数据流，并把这些数据流转发到I
36、P目的地，IP目的地又把它们转换回到语音信号。两者之间的网络必须支持IP传输，且可以是IP路由器和网络链路的任意组合。因此可以简单地将VoIP的传输过程分为下列几个阶段。VoIP的模型结构（1） 语音-数据转换语音信号是模拟波形，通过IP方式来传输语音，不管是实时应用业务还是非实时应用业务，都首先要对语音信号进行模拟数据转换，也就是对模拟语音信号进行8位或6位的量化，然后送入到缓冲存储区中，缓冲器的大小可以根据延迟和编码的要求选择。许多低比特率的编码器是采取以帧为单位进行编码。典型帧长为1030ms。考虑传输过程中的代价，语间包通常由60、120或240ms的语音数据组成。数字化可以使用各种语
37、音编码方案来实现，目前采用的语音编码标准主要有ITU-T G.711。源和目的地的语音编码器必须实现相同的算法，这样目的地的语音设备帮可以还原模拟语音信号。（2） 原数据到IP转换一旦语音信号进行数字编码，下一步就是对语音包以特定的帧长进行压缩编码。大部份的编码器都有特定的帧长，若一个编码器使用15ms的帧，则把从第一来的60ms的包分成4帧，并按顺序进行编码。每个帧合120个语音样点（抽样率为8kHz）。编码后，将4个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音添加包头、时标和其它信息后通过网络传送到另一端点。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接（一条线路），并在端点之间
38、传输编码的信号。IP网络不像电路交换网络，它不形成连接，它要求把数据放在可变长的数据报或分组中，然后给每个数据报附带寻址和控制信息，并通过网络发送，一站一站地转发到目的地。（3）传送在这个通道中，全部网络被看成一个从输入端接收语音包，然后在一定时间（t）内将其传送到网络输出端。t可以在某全范围内变化，反映了网络传输中的抖动。网络中的同间节点检查每个IP数据附带的寻址信息，并使用这个信息把该数据报转发到目的地路径上的下一站。网络链路可以是支持IP数据流的任何拓结构或访问方法。（4） IP包-数据的转换目的地VoIP设备接收这个IP数据并开始处理。网络级提供一个可变长度的缓冲器，用来调节网络产生的
39、抖动。该缓冲器可容纳许多语音包，用户可以选择缓冲器的大小。小的缓冲器产生延迟较小，但不能调节大的抖动。其次，解码器将经编码的语音包解压缩后产生新的语音包，这个模块也可以按帧进行操作，完全和解码器的长度相同。若帧长度为15ms，是60ms的语音包被分成4帧，然后它们被解码还原成60ms的语音数据流送入解码缓冲器。在数据报的处理过程中，去掉寻址和控制信息，保留原始的原数据，然后把这个原数据提供给解码器。（5）数字语音转换为模拟语音播放驱动器将缓冲器中的语音样点（480个）取出送入声卡，通过扬声器按预定的频率（例如8kHz）播出。 简而言之，语音信号在IP网络上的传送要经过从模拟信号到数字信号的转换
40、、数字语音封装成IP分组、IP分组通过网络的传送、IP分组的解包和数字语音还原到模拟信号等过程。整个过程如图所示。VoIP传输的基本过程通过研究VOIP传输的基本过程，我们可以分析得出IP电话的基本原理就是通过语音压缩算法对语音信号进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按TCP/IP标准进行打包，经过网络把数据包发送到接收地；接收端把这些语音数据包串起来，经过解码解压缩处理后恢复成原来的语音信号，从而达到由互联网传送语音的目的。2、IP电话系统的组成IP电话系统的基本组成如图：IP电话的系统一般应有三部分组成：电话(Phone)、网关(Gateway)和网络管理者或者叫关守(Gatekeeper
41、) 。电话(Phone)是指可以通过电话网或一线通ISDN 网连到本地网关的电话终端。网关是通过 IP 网络提供电话到电话， 完成话音通信的关键设备， 即Internet网络与电话网、一线通(ISDN)网之间的接口设备，它应当完成语音压缩，将64Kbit/s的语音信号压缩成低码率的语音信号；完成寻址与呼叫控制；具有IP网络接口与电话(PSTN)或一线通(ISDN)的互连接口。网络管理者负责用户注册与管理，它应当有如下功能：将被叫号码的前几位数字对应网关的IP地址；对接入用户的身份认证 (即确认)，防止非法用户接入；做呼叫记录并有详细数据， 从而保证收费正确；完成区域管理，多个网关也可由一个网络
42、管理者进行管理。在整个IP电话系统中，网关设立在世界上各个地区，完成当地电话网与Internet的接入与转换处理等功能。网关接收到了标准电话信号以后，经数字化、编码、压缩处理，按IP协议打包到Internet上，根据传输路由，通过Internet发送到对端网关；反之，网关接收到了Internet传来的IP包，经解压处理后还原成模拟语音信号再转到电话网系统。网关可同时接入和转出电话语音信号，实现全双工通信。 网关因其生产厂商不同而有所不同，但基本的组成模块是一样的，包括数据处理主机、语音模块、数据处理模块、数据接续模块和管理软件模块等。网关具有路由管理功能，它把各地区电话区号映射为相应地区网关的
43、IP地址，这些信息存放在一个数据库中。数据接续处理软件将完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。在用户拨打长途电话时，网关根据电话区号数据库资料，确定相应网关的IP地址，并将此IP地址加入IP数据包中，同时选择最佳路由，以减少传输时延，IP数据包经Internet到达目的地的网关。在一些Internet尚未延伸到或未设立网关的地区，可设置路由，由距离最近的网关通过长途电话网进行转接。当然，这仅仅是一个IP电话系统最典型与基本需要的组成，也有些系统与此不尽完全一致，实际系统的组成比这里讲的要复杂。2.6IP电话与传统电话的比较IP电话与传统电话相比较，有许多不相同的地方。语音传输的媒介是完全
44、不同的，IP电话的传输媒介为Internet网络，而传统电话为公众电话交换网。它们的交换方式也是完全不同的，IP电话运用的是分组交换技术，信息根据IP协议分成一个一个分组进行传输，每个分组上都有目的地址与分组序号，到目的地后再还原成原来的信号，而且分组可以沿不同的途径到达目的地，而传统电话用的是电路交换的方式，它没有IP电话交换的这些功能。从占用信道或带宽上讲，IP电话有信息才传送，反之不传送，这样，其语音信息不占用固定信道， 使用压缩技术后， 其话音信息可以压缩到8Kbit/s，而传统电话一般要占用64Kbit/s的固定信道， 而且只要不挂机，传统电话始终占用这一信道，所以IP电话的带宽远远
45、低于传统电话。从费用上讲，IP电话的费用组成是：Internet通信资费市内电话通话资费IP电话相关设备费用，由于Internet资费我国仅每分钟6分6厘，市话费也相当便宜，加上IP电话所占带宽比较低的原因，所以与传统的国际长途电话费的成本比较相对较低，也有一些国家或地区对传统的国际长话要加收一定的税金，所以，国际长话费相对较高。从话音质量上讲，IP电话相对传统电话的语音质量较差，其中有带宽、延迟等因素，尤其在网络拥塞时，通话质量可能难以保证。IP电话与传统电话的比较如下表:性能品种IP 电 话传统电话传输媒体互联网(Internet)公众电话网(PSTN)交换方式分组交换电路交换带宽利用率高
46、低使 用 费低高话音质量低高2.7IP电话网和普通电话网传送的区别IP电话发展迅速、受到人们关注的主要原因是IP电话能大量节省打长途电话的费用，尤其是打国际长途电话时更为显著。它可以比普通的长途电话节省很多费用是因为普通的长途电话是通过电话网传送的，而IP电话是利用因特网传送的。电话网和因特网的传送有很大的区别（主要的区别如附表所示）。 附表 电话网和因特网传送的区别电话网因特网处理信号模拟语音信号数字数据信号传输方式电路交换分组交换计费方式按通话次数、时间、距离计费按期付费（如按月付费）、按接入速率计费组织管理有成套的组织和管理目前尚无电话网是为电话通信而建设的，为了通电话建设了大量电话线路
47、和无线信道，需要一系列交换设备、传输设备和中继设备，以及相应的运营维护组织和设施，因此电话通信的的成本费用高。计费的方式是按打电话的次数、通话距离的远近和通话时间的长短计算的。因特网是计算机的互联网络，原本是由国家资助而建立的学术性网络，联网使用是免费的。1995年才过渡成为商业性质的因特网，联网需要收费，但仍含有一些公益的性质，收费比较低。计费的方式是按期（例如按月）、按接入速率收取费用的。 从传输技术来说，电话网是采用电路交换方式，即电话通信的电路一旦接通后，电话用户就占用了一个信道，无论用户是否在讲话，只要用户不挂断，信道就一直被占用着。一般情况下，通话双方总是一方在讲话、另一方在听，听的一方没有讲话也占用着信道，而
