（通信與信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)論文）基于p2psip的ip語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可用性的研究與設(shè)計(jì).pdf

基t - p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可用性的研究與設(shè)計(jì) 摘要 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展以及多媒體應(yīng)用的深入和普 及，目前i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)已成為i n t e m e t 應(yīng)用的一個(gè)熱門(mén)研究課題。s i p ( s e s s i o n i n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 是由i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 組織提出的信令 控制協(xié)議。s i p 協(xié)議以開(kāi)放性、可擴(kuò)展性以及與i n t e m e t 結(jié)合緊密等優(yōu)勢(shì)，正 逐步成為n g n 軟交換系統(tǒng)中的重要協(xié)議。 p 2 p ( p e e rt op e e r ，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)1 技術(shù)的出現(xiàn)打破了原有c s 架構(gòu)業(yè)務(wù)模型，p 2 p 雖然網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有中央服務(wù)器，但是能夠進(jìn)行自組織，同時(shí)p 2 p 系統(tǒng)具有高擴(kuò)展性、 健壯性和容錯(cuò)性等特性，正越來(lái)越受到人們的廣泛研究并得到規(guī)模使用。 如何針對(duì)s i p 與p 2 p 的優(yōu)勢(shì)，使這兩種技術(shù)能有夠有效地互補(bǔ)結(jié)合是當(dāng)前 研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本文從分析研究s i p 協(xié)議和p 2 p 技術(shù)入手，設(shè)計(jì)出基于p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可用性的模型。本設(shè)計(jì)充分考慮到s i p 服務(wù)的商業(yè)化和電 信級(jí)運(yùn)營(yíng)，系統(tǒng)發(fā)揮了p 2 p 網(wǎng)絡(luò)和s i p 協(xié)議兩者的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)s i p 協(xié)議進(jìn)行了支 持p 2 p 的擴(kuò)展，采用c h o r d 節(jié)點(diǎn)搜索算法，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可用性，并對(duì)其中的 關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)注冊(cè)、資源定位等技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。 關(guān)鍵字：s i pp 2 pc h o r d 算法注冊(cè)資源定位 基丁p 2 p s i p 的l p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可州性的研究與設(shè)計(jì) r e s e a r c ha n dd e s i g n o fah i g ha a i l a b l ev o i c eo v e ri p s y s t e mb a s e d o np 2 p s i pt e c h n o l o g y a b s t r a c t a t p r e s e n t ，w i t ht h e t r e m e n d o u s d e v e l o p m e n t o ft h e c o m p u t e r n e t w o r k e c h n o l o g ya n dt h ec o m m u m c a t i o nt e c h n o l o g ya sw e l la st h o r o u g ha n dp o p u l a r a p p l i c a t i o no fm u l t i m e d i a ，v o i c eo v e ri ph a sb e c o m eap o p u l a rr e s e a r c ht o p i co f i n t e r n e ta p p l i c a t i o n t h es e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o li sas i g n a l i n gp r o t o c o ld e v e l o p e d b yi e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) i ti sn o wg r a d u a l l yb e c o m i n gt h ec r i t i c a l p r o t o c o lo fs o f l s w i t c hb e c a u s eo ft h ea d v a n t a g eo fd e g r e eo fo p e n ，e x t e n s i o na n d c o n n e c t i o nw i t hi n t e r n e t p 2 p ( p e e rt op e e r ) t e c h n o l o g yb r e a k st h ef o r m a lc sb a s e dm o d eo fb u s i n e s s ，i t a r o s ep e o p l e si n t e r e s ti nr e s e a r c h i n ga n du s i n gi nl a r g es c a l e ，b e c a u s ei ti n h e r e n t l y h a s h i g hs c a l a b i l i t y , r o b u s t n e s s ，f a u l tt o l e r a n c e ，n o n c e n t r a l i z e d s e r v e ra n d s e l f - o r g a n i z e d h o wt oc o m b i n et h e s et w ot e c h n o l i g i e s t o g e t h e r a n dm a k eu s eo ft h e i r a d v a n t a g e si sa ni m p o r t a n tg o a lf o rm a n yr e s e a r c hi n s t i t u t e s b ya n a l y z i n ga n d r e s e a r c h i n gt h ep 2 pt e c h n o l o g ya n ds i pp r o t o c o l ，i nt h i sp a p e r , am o d e lo fas i p - p 2 p v o i c eo v e ri ps y s t e mh a sb e e nd e s i g n e d 。i te x t e n d st h es i pp r o t o c o li no r d e rt o s u p p o r tt h ep 2 p ，u s i n gt h ec h o r dn o d es e a r c h i n ga r i t h m e t i c a n dt h et h e s i sm a k e sa r e s e a r c ho nt h en o d er e g i s t e r , r e s o u r c el o c a t i o ni nd e t a i l k e yw o r d s ：s i pp 2 pc h o r d r e g i s t r a t i o n r e s o u r c el o c a t i o n 首都師范大學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究 工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或 集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體， 均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 友1 缺 lf i 期：蹴t r a i n 首都師范大學(xué)位論文授權(quán)使用聲明 本人完全了解首都師范大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留 學(xué)位論文并向國(guó)家主管部門(mén)或其指定機(jī)構(gòu)送交論文的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將學(xué) 位論文用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文進(jìn)入學(xué)校圖書(shū)館被查閱。有權(quán)將學(xué) 位論文的內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索。有權(quán)將學(xué)位論文的標(biāo)題和摘要匯編出 版。保密的學(xué)位論文在解密后適用本規(guī)定。 學(xué)位論文作者簽名： 引頎 日期：力薩明2 6 日 基于p 2 p s i p 的l p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可h j 性的研究與設(shè)計(jì) 第1 章緒論 1 1 研究背景和研究意義 在信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的大潮流中，以軟交換為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和s i p 與p 2 p 技術(shù)的結(jié) 合成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外通信領(lǐng)域均積極地投入精力來(lái)挖掘該技術(shù)的潛能。i p 語(yǔ)音 通信方案所引起的轟動(dòng)，意味著它已成為語(yǔ)音通信的重要選擇，也就是說(shuō)，它是我們多年 熟知的電路交換電話(huà)技術(shù)的一個(gè)重要替代技術(shù)。i p 語(yǔ)音通信技術(shù)現(xiàn)在不僅能夠提供直接的 電話(huà)服務(wù)，而且能以與我們熟知的傳統(tǒng)電話(huà)相同的服務(wù)質(zhì)量提供更多的附加服務(wù)。為了獲 得一個(gè)具有高可靠性、可擴(kuò)展性、負(fù)載均衡而且互通性能好的i p 語(yǔ)音系統(tǒng)，通過(guò)把p 2 p 技 術(shù)引入至i j s i p 中，提出了基于p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音系統(tǒng)。針對(duì)s i p 和p 2 p 優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與結(jié)合方面的 研究，有不少研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)行了很多有益的嘗試，具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值。 本課題針對(duì)目前i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)健壯性和擴(kuò)展性不高等問(wèn)題進(jìn)行的工作展開(kāi)。在用戶(hù) 定位、呼叫路由查找方面，s i p 服務(wù)器端需要維護(hù)大量的用戶(hù)定位和狀態(tài)信息，如果s i p j 艮 務(wù)器端發(fā)生故障，將導(dǎo)致服務(wù)的大規(guī)模癱瘓；由于系統(tǒng)的用戶(hù)般不受地域性限制，一 旦應(yīng)用具有某些極具吸引力的特點(diǎn)，從而導(dǎo)致用戶(hù)在短期內(nèi)快速膨脹，且用戶(hù)量難以預(yù)測(cè)， 可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)難以前擴(kuò)展且能力不足，難以平滑擴(kuò)展，最終會(huì)影響服務(wù)質(zhì)量和用戶(hù)感受。 引入i r 2 p 與s i p 協(xié)議相結(jié)合的方式，使得系統(tǒng)的健壯性和擴(kuò)展性都增強(qiáng)了，能更好的滿(mǎn) 足實(shí)際需求。在客戶(hù)量增加的情況下，能保持通話(huà)的質(zhì)量。系統(tǒng)能良好地運(yùn)行，滿(mǎn)足在不 同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶(hù)通信的需求，解決以往可能出現(xiàn)的某些網(wǎng)絡(luò)壞境中通信質(zhì)量差的問(wèn)題。 而且在系統(tǒng)的實(shí)際研發(fā)中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮到更多的實(shí)際問(wèn)題，使得丌發(fā)出的產(chǎn)品具有更 高的應(yīng)用價(jià)值。 1 2n g n 和軟交換技術(shù) 1 2 1 n g n 簡(jiǎn)介 n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) ，即下一代通信網(wǎng)絡(luò)，它是以軟交換為核- t l , ，能夠提供 包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體業(yè)務(wù)的基于分組技術(shù)的綜合開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，代表了通信 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。n g n 具有分組傳送、控制功能從承載、會(huì)話(huà)、業(yè)務(wù)中分離、業(yè)務(wù)提供與 網(wǎng)絡(luò)分離、提供開(kāi)放接口、利用各基本的業(yè)務(wù)組成模塊、提供廣泛的業(yè)務(wù)和應(yīng)用、端到端 q o s 和透明的傳輸能力通過(guò)開(kāi)放的接口規(guī)范與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互通、通用移動(dòng)性、允許用戶(hù) 1 基于p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可剛性的研究與設(shè)計(jì) 自由地接入不同業(yè)務(wù)提供商、支持多樣標(biāo)志體系，融合固定與移動(dòng)業(yè)務(wù)等特征。 n g n 可以說(shuō)是在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量和電信外部環(huán)境幾乎同時(shí)發(fā)生巨大變化的前提下，電信業(yè) 試圖利用最新技術(shù)發(fā)展的最新成果，以適應(yīng)技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展、變革、競(jìng)爭(zhēng)需求而提出的下 一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的總體設(shè)想和思路，以及一系列的技術(shù)解決方案。n g n 的目標(biāo)是消除現(xiàn)有電 信網(wǎng)絡(luò)的弊端【1 i ，它的出現(xiàn)是電信史上的里程碑，標(biāo)志著新一代電信網(wǎng)絡(luò)的到來(lái)。 1 2 2 軟交換技術(shù) 軟交換的基本含義就是將呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)( 傳輸層) 中分離出來(lái)，通過(guò)軟件 實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，包括呼叫選路、管理控制、連接控制( 建立、拆除會(huì)話(huà)) 和信令 互通，從而實(shí)現(xiàn)呼叫傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的 平面。軟交換主要提供連接控制、翻譯和選路、網(wǎng)關(guān)管理、呼叫控制、帶寬管理、信令、 安全性和呼叫詳細(xì)記錄等功能【2 1 。與此同時(shí)，軟交換還將網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)能力封裝起來(lái)， 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的業(yè)務(wù)接口和業(yè)務(wù)應(yīng)用層相連，從而可方便地在網(wǎng)絡(luò)上快速提供新業(yè)務(wù)。 軟交換是一個(gè)分布式的軟件系統(tǒng)，可以在基于各種不同技術(shù)、協(xié)議和設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)之間 提供無(wú)縫的互操作性，其基本設(shè)計(jì)原理是設(shè)法創(chuàng)建一個(gè)具有很好的伸縮性、接口標(biāo)準(zhǔn)性、 業(yè)務(wù)開(kāi)放性等特點(diǎn)的分布式軟件系統(tǒng)，它獨(dú)立于特定的底層硬件操作系統(tǒng)，并能夠很好地 處理各種業(yè)務(wù)所需要的同步通信協(xié)議。并且它應(yīng)該有能力支持下列基本要求： ( 1 ) 獨(dú)立于協(xié)議和設(shè)備的呼叫處理和同步會(huì)晤管理應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。 ( 2 ) 在其軟交換網(wǎng)絡(luò)中能夠安全地執(zhí)行多個(gè)第三方應(yīng)用而不存在由惡意或錯(cuò) 誤行為的應(yīng)用所引起的任何有害影響。 ( 3 ) 第三方硬件銷(xiāo)售商能增加支持新設(shè)備和協(xié)議的能力。 ( 4 ) 業(yè)務(wù)和應(yīng)用提供者能增加支持全系統(tǒng)范圍的策略能力而不會(huì)危害其性 能和安全。 ( 5 ) 有能力進(jìn)行同步通信控制，以支持包括帳單、網(wǎng)絡(luò)管理等。 ( 6 ) 支持運(yùn)行時(shí)間捆綁或有助于結(jié)構(gòu)改善的同步通信控制網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓?fù)洹?( 7 ) 從小到大的網(wǎng)絡(luò)可伸縮性和支持徹底的故障恢復(fù)能力。 軟交換的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是在媒體設(shè)備和媒體網(wǎng)關(guān)的配合下，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件編程的方式來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)各種媒體流進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并基于分組網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)i p 網(wǎng)、a t m 網(wǎng)、p s t n 網(wǎng)等 的互連，以提供和電路交換機(jī)具有相同功能并便于業(yè)務(wù)增值和靈活伸縮的設(shè)備【3 1 。 2 基于p 2 p s i p 的l p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可川性的研究與設(shè)計(jì) 1 3i p 語(yǔ)音通信簡(jiǎn)介 i p 語(yǔ)音通信( v o i c eo v e ri n t e r n e tp r o t o c o l ，簡(jiǎn)稱(chēng)v o i p ) ，可以簡(jiǎn)單理解為一種用i p 網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電話(huà)通訊系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音通話(huà)的技術(shù)。 1 3 1 基本原理與實(shí)現(xiàn)形式 v o i p 是建立在i p 技術(shù)上的分組化、數(shù)字化傳輸技術(shù)，其基本原理是：通過(guò)語(yǔ)音壓縮 算法對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)按i p 等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行打包，經(jīng)過(guò) i p 網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮盏兀侔堰@些語(yǔ)音數(shù)據(jù)包串起來(lái)，經(jīng)過(guò)解碼解壓處理后，恢復(fù) 成原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)，從而達(dá)到由i p 網(wǎng)絡(luò)傳送語(yǔ)音的目的。 i p 電話(huà)系統(tǒng)把普通電話(huà)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可聯(lián)入因特網(wǎng)傳送的i p 數(shù)據(jù)包，同 時(shí)也將收到的i p 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成聲音的模擬電信號(hào)。經(jīng)過(guò)i p 電話(huà)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換及壓縮處理， 每個(gè)普通電話(huà)傳輸速率約占用8 - - 1 1 k b i t s 帶寬，因此在與普通電信網(wǎng)同樣使用傳輸速率為 6 4 k b i t s 的帶寬時(shí)，i p 電話(huà)數(shù)是原來(lái)的5 倍。v o i p 的傳輸過(guò)程分為下列幾個(gè)階段1 4 】( 圖1 ) ： 圖1v o i p 傳輸?shù)幕具^(guò)程 ( 1 ) 語(yǔ)音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 語(yǔ)音信號(hào)是模擬波形，通過(guò)i p 方式來(lái)傳輸語(yǔ)音。不管是實(shí)時(shí)應(yīng)用業(yè)務(wù)還是非實(shí)時(shí)應(yīng)用 業(yè)務(wù)，都首先要對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，也就是對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行8 位或6 位的 量化，然后送入到緩沖存儲(chǔ)區(qū)中，緩沖器的大小可以根據(jù)延遲和編碼的要求選擇。許多低 比特率的編碼器是采取以幀為單位進(jìn)行編碼，典型幀長(zhǎng)為1 0 3 0 m s ?？紤]傳輸過(guò)程中的代 價(jià)，語(yǔ)音包通常由6 0 、1 2 0 或2 4 0 m s 的語(yǔ)音數(shù)據(jù)組成。數(shù)字化可以使用各種語(yǔ)音編碼方案 來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前采用的語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)有g(shù) 7 1 1 、g - 7 2 9 等。源和目的地的語(yǔ)音編碼器必須實(shí)現(xiàn) 相同的算法，這樣目的地的語(yǔ)音設(shè)備就可以還原模擬語(yǔ)音信號(hào)。 3 基丁p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可剛性的研究與設(shè)計(jì) ( 2 ) 原數(shù)據(jù)到i p 轉(zhuǎn)換 一旦語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼，下一步就是對(duì)語(yǔ)音包以特定的幀長(zhǎng)進(jìn)行壓縮編碼。大部 份的編碼器都有特定的幀長(zhǎng)，若一個(gè)編碼器使用1 5 m s 的幀，則把從6 0 m s 的包分成4 幀， 并按順序進(jìn)行編碼。每個(gè)幀合1 2 0 個(gè)語(yǔ)音樣點(diǎn)( 抽樣率為8 k h z ) 。編碼后，將4 個(gè)壓縮的 幀合成一個(gè)壓縮的語(yǔ)音包送入網(wǎng)絡(luò)處理器。網(wǎng)絡(luò)處理器為語(yǔ)音添加包頭、時(shí)標(biāo)和其它信息 后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到另一端點(diǎn)。語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單地建立通信端點(diǎn)之間的物理連接( 一條線路) ， 并在端點(diǎn)之間傳輸編碼的信號(hào)。口網(wǎng)絡(luò)與電路交換網(wǎng)絡(luò)不同，它不形成連接，要求把數(shù)據(jù) 放在可變長(zhǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)或分組中，然后給每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)附帶尋址和控制信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送， 一站一站地轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。 ( 3 ) 傳送 在這個(gè)通道中，全部網(wǎng)絡(luò)被看成一個(gè)從輸入端接收語(yǔ)音包，然后在一定時(shí)間( t ) 內(nèi)將 其傳送到網(wǎng)絡(luò)輸出端。t 可以在某全范圍內(nèi)變化，反映了網(wǎng)絡(luò)傳輸中的抖動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)中的同 間節(jié)點(diǎn)檢查每個(gè)l p 數(shù)據(jù)附帶的尋址信息，并使用這個(gè)信息把該數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到目的地路徑上 的下一站。網(wǎng)絡(luò)鏈路可以是支持i p 數(shù)據(jù)流的任何拓結(jié)構(gòu)或訪問(wèn)方法。 ( 4 ) i p 包數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換 目的地v o i p 設(shè)備接收這個(gè)i p 數(shù)據(jù)并開(kāi)始處理。網(wǎng)絡(luò)級(jí)提供一個(gè)可變長(zhǎng)度的緩沖器， 用來(lái)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的抖動(dòng)。該緩沖器可容納許多語(yǔ)音包，用戶(hù)可以選擇緩沖器的大小。小 的緩沖器產(chǎn)生延遲較小，但不能調(diào)節(jié)大的抖動(dòng)。解碼器將經(jīng)編碼的語(yǔ)音包解壓縮后產(chǎn)生新 的語(yǔ)音包，這個(gè)模塊也可以按幀進(jìn)行操作，長(zhǎng)度完全和解碼器的相同。若6 0 m s 的語(yǔ)音包 被分成4 幀，則幀長(zhǎng)度為1 5 m s ，然后它們被解碼還原成6 0 m s 的語(yǔ)音數(shù)據(jù)流送入解碼緩沖 器。在數(shù)據(jù)報(bào)的處理過(guò)程中，去掉尋址和控制信息，保留原始的原數(shù)據(jù)，然后把這個(gè)原數(shù) 據(jù)提供給解碼器。 ( 5 ) 數(shù)字語(yǔ)音轉(zhuǎn)換為模擬語(yǔ)音 播放驅(qū)動(dòng)器將緩沖器中的語(yǔ)音樣點(diǎn)( 4 8 0 個(gè)) 取出送入聲卡，通過(guò)揚(yáng)聲器按預(yù)定的頻 率( 例如8 k h z ) 播出。簡(jiǎn)而言之，語(yǔ)音信號(hào)在i p 網(wǎng)絡(luò)上的傳送要經(jīng)過(guò)從模擬信號(hào)到數(shù)字 信號(hào)的轉(zhuǎn)換、數(shù)字語(yǔ)音封裝成i p 分組、口分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的傳送、i p 分組的解包和數(shù)字語(yǔ) 音還原到模擬信號(hào)等過(guò)程。 1 3 2 市場(chǎng)前景 i p 語(yǔ)音通信的產(chǎn)生是由于i n t e r n e t 的迅猛發(fā)展和普及。i p 電話(huà)利用語(yǔ)音數(shù)據(jù)集成與語(yǔ) 4 基于p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可用性的研究與設(shè)計(jì) 音分組技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，從而迎來(lái)了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這個(gè)新環(huán)境提供了低成本、高 靈活性、高成產(chǎn)率及效率的增強(qiáng)應(yīng)用等特點(diǎn)。i p 電話(huà)的這些優(yōu)點(diǎn)使企業(yè)、服務(wù)供應(yīng)商和電 信運(yùn)營(yíng)商們看到了美好的前景。把語(yǔ)音和數(shù)據(jù)集成在一個(gè)分組交換網(wǎng)絡(luò)中的契機(jī)是由以下 因素推動(dòng)的： 通過(guò)統(tǒng)計(jì)上的多路復(fù)用而提高效率。 通過(guò)語(yǔ)音壓縮和語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)( 靜音抑止) 等增強(qiáng)功能而提高效率。 通過(guò)聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)施組建降低管理成本。 通過(guò)計(jì)算機(jī)電話(huà)集成的新應(yīng)用的可能性。 隨著國(guó)家開(kāi)始大力推進(jìn)n g n 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)與之相關(guān)的應(yīng)用業(yè)務(wù)也成為了 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必然趨勢(shì)。隨著電信運(yùn)營(yíng)的發(fā)展，用戶(hù)群體增加、用戶(hù)對(duì)語(yǔ)音需求的及時(shí)性及 話(huà)音質(zhì)量等等方面都有了越來(lái)越高的要求。作為n g n 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的一個(gè)重要方向，i p 語(yǔ)音 通信業(yè)務(wù)也需要適應(yīng)性的發(fā)展。通過(guò)對(duì)s i p 協(xié)議的研究，開(kāi)發(fā)出基于這種新興技術(shù)的相關(guān) 產(chǎn)品，符合當(dāng)前我國(guó)建設(shè)信息社會(huì)，發(fā)展信息技術(shù)的時(shí)代大潮流。同時(shí)這也會(huì)成為推動(dòng)整 個(gè)n gn 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，建設(shè)信息高速化的重要技術(shù)力量。 1 4p 2 p 技術(shù)簡(jiǎn)介 p 2 p 即p e e rt op e e r ，稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)，是一種獨(dú)特的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它弱 化了服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)的概念。在p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中，每臺(tái)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)都擁有同等的能力，負(fù)有相 同的責(zé)任，節(jié)點(diǎn)之間可以直接交換資源和服務(wù)p 2 p 技術(shù)對(duì)交互式媒體應(yīng)用的支持能夠擴(kuò)展 到大規(guī)模用戶(hù)群，這為互聯(lián)網(wǎng)以及一些電信級(jí)應(yīng)用的大規(guī)模發(fā)展提供了充足的空間。在此 網(wǎng)絡(luò)中的參與者既是資源( 服務(wù)和內(nèi)容) 提供者( s e r v e r ) ，又是資源( 服務(wù)和內(nèi)容) 獲取 者( c l i e n t ) 。 1 4 1p 2 p 技術(shù)的特點(diǎn) p 2 p 網(wǎng)絡(luò)是在不斷地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化的條件下成長(zhǎng)起來(lái)的，因此與傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)相 比，具有一些不可比擬的一些優(yōu)點(diǎn)【5 j ： ( 1 ) p 2 p 模式最主要的優(yōu)點(diǎn)就是資源的高度利用率。在p 2 p 網(wǎng)絡(luò)上，閑散的資源有機(jī)會(huì)得到 利用，所有節(jié)點(diǎn)資源的總和構(gòu)成了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以被用作具有海量存 儲(chǔ)能力和巨大計(jì)算處理能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)。而在c s 模式下，即使客戶(hù)端有大量閑散 5 基1 - p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可用性的研究與設(shè)計(jì) 資源，也無(wú)法被利用。 ( 2 ) 隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，c s 模式下，服務(wù)器的負(fù)載越來(lái)越重，成為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸。一 旦服務(wù)器崩潰，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也隨之癱瘓。而在p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)對(duì)等體都是活動(dòng)的參 與者，每個(gè)對(duì)等點(diǎn)都向網(wǎng)絡(luò)貢獻(xiàn)一點(diǎn)資源，如存儲(chǔ)空間、c p u 周期等。所以，對(duì)等點(diǎn) 越多，網(wǎng)絡(luò)的性能越好，網(wǎng)絡(luò)隨著規(guī)模的增大而更加穩(wěn)固。 ( 3 ) 基于內(nèi)容的尋址方式處于一個(gè)更高的語(yǔ)義層次，因?yàn)橛脩?hù)在搜索時(shí)只須指定具有實(shí)際 意義的信息標(biāo)示而不是物理地址，p 2 p 軟件會(huì)把其翻譯成包含此信息節(jié)點(diǎn)的實(shí)際地址， 而這個(gè)地址對(duì)于用戶(hù)而言是透明的。這將創(chuàng)造一個(gè)更加精煉的信息倉(cāng)庫(kù)和一個(gè)更加統(tǒng) 一的資源表示方法。信息在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間直接流動(dòng)，具有高速及時(shí)，降低中轉(zhuǎn)服務(wù)成 本等優(yōu)點(diǎn)。 ( 4 ) c s 模式下的互聯(lián)網(wǎng)是完全依賴(lài)于中心服務(wù)器的，沒(méi)有服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有意義。而p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中，即使只有一個(gè)對(duì)等點(diǎn)存在，網(wǎng)絡(luò)也是活動(dòng)的，節(jié)點(diǎn)所有者可以隨意的將自己 的信息發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上。 但是p 2 p 也有不足之處。首先，p 2 p 不易于管理，而對(duì)c s 網(wǎng)絡(luò)，只須在中心節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行管理。隨著而來(lái)的是p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)安全性難以保證。因此在安全策略、備份策略等 方面，p 2 p 的實(shí)現(xiàn)要復(fù)雜一些。另外，由于對(duì)等點(diǎn)可以隨意進(jìn)入或退出網(wǎng)絡(luò)，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò) 帶寬和信息存在的不穩(wěn)定。 1 4 2p 2 p 技術(shù)的發(fā)展 p 2 p 技術(shù)正處在發(fā)展的春天，基于這項(xiàng)技術(shù)的高級(jí)應(yīng)用將不斷涌現(xiàn)，這些技術(shù)將極大 地改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信世界的面貌，可以說(shuō)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的又一次新的革命。近年來(lái)，對(duì)等 網(wǎng)絡(luò)的用戶(hù)規(guī)模、應(yīng)用類(lèi)型和流量均呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。分析結(jié)果表明，基于p 2 p 的語(yǔ)音通信 軟件s k y p e 在中國(guó)同時(shí)在線用戶(hù)數(shù)高達(dá)9 0 0 萬(wàn)，p 2 p 互聯(lián)網(wǎng)電視( 如p p l i v e 、p p s t r e a m 等) 的注冊(cè)用戶(hù)數(shù)己超過(guò)1 億，在線收視者數(shù)達(dá)到1 0 0 - 5 0 0 萬(wàn)。p 2 p 應(yīng)用類(lèi)型也已經(jīng)從文件共 享，擴(kuò)展到語(yǔ)音、視頻等應(yīng)用領(lǐng)域。同樣，中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)際流量模式分析報(bào)告表明，p 2 p 流量已占整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)流量的6 0 。 p 2 p 技術(shù)從出現(xiàn)以來(lái)就因其高可伸縮性和高可靠性而受到廣泛的關(guān)注。近年來(lái)，p 2 p 技 術(shù)更是發(fā)展迅速，尤其在資源共享、分布式計(jì)算等發(fā)面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。p 2 p 是 一種開(kāi)放與共享的思想，也是一種基于對(duì)等的計(jì)算模型和基于對(duì)等的應(yīng)用層重疊網(wǎng)絡(luò)架 6 基1 - p 2 p s i p 的l p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可剛性的研究與設(shè)計(jì) 構(gòu)。目前比較流行的語(yǔ)音通信軟件是s k y p e ，它是2 0 0 3 年i 掃k a z a a l 6 】開(kāi)發(fā)的?；趐 2 p 技術(shù) 的i p 語(yǔ)音產(chǎn)品s k y p e 的巨大成功給p 2 p 開(kāi)辟了又一個(gè)新的領(lǐng)域。s k y p e 【7 】是一個(gè)基于p 2 p 技術(shù) 的客戶(hù)端，它采用的是混合p 2 p 的模式。除了注冊(cè)服務(wù)器，在s k y p e 網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有中心服務(wù)器。 在線和離線用戶(hù)信息以分布方式存儲(chǔ)和傳播，用戶(hù)的搜索請(qǐng)求也以同樣的方式處理，使用 了g l o b a li ps o u n d 的編解碼技術(shù)，提供了很好的語(yǔ)音質(zhì)量；使用端對(duì)端的加密方式，具有 一定的安全性；而且簡(jiǎn)單易用，從而促使了其快速發(fā)展。但是它使用的是私有協(xié)議，具有 封閉性。 目前基于d h t 的代表性的研究項(xiàng)目主要包括麻省理工學(xué)院的c h o r d 、加州大 學(xué)伯克利分校的c a n 和t a p e s t r y 、以及微軟研究院的p a s t r y 。 1 5 國(guó)內(nèi)外技術(shù)研究現(xiàn)狀 目前的網(wǎng)絡(luò)電話(huà)系統(tǒng)一般采用基于h 3 2 3 協(xié)議或s i p 協(xié)議。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的i p 語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò) 幾乎全部是基于h 3 2 3 協(xié)議集構(gòu)建的，h 3 2 3 在中國(guó)的v o i p 業(yè)務(wù)中得到了很好的應(yīng)用。 國(guó)外對(duì)于v o i p 的應(yīng)用研究比國(guó)內(nèi)更加成熟一些，它們大多是基于s i p 協(xié)議的。自第二版 本發(fā)布以來(lái)，s i p 協(xié)議得到了更廣泛的應(yīng)用?；谠搮f(xié)議開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，用戶(hù)終端無(wú)論在何 處接入互聯(lián)網(wǎng)，都可以通過(guò)域名找到其歸屬的服務(wù)器進(jìn)行語(yǔ)音通信。隨著i p 網(wǎng)絡(luò)的日漸成 熟，s i p 協(xié)議成為了大家關(guān)注的熱點(diǎn)。 但是h 3 2 3 協(xié)議或s i p 協(xié)議，都是客戶(hù)服務(wù)器模式，服務(wù)器成為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸。基 于p 2 p 技術(shù)的v o i p 產(chǎn)品s k y p e 的巨大成功給p 2 p 開(kāi)辟了又一個(gè)新的領(lǐng)域。在v o i p 中引 入p 2 p 技術(shù)，就可以有效解決網(wǎng)絡(luò)配置管理復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)器資源有限等難題，提 高可靠性和可伸縮性，在實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話(huà)功能的同時(shí)，有效保證了網(wǎng)絡(luò)順暢和語(yǔ)音質(zhì)量，因 此p 2 p 與s i p 相結(jié)劊8 】來(lái)實(shí)現(xiàn)高可用性的lp 語(yǔ)音通信將備受關(guān)注。 在i e t f 的曾經(jīng)設(shè)想中，每個(gè)s i p 節(jié)點(diǎn)同時(shí)也是p 2 p 節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)間地位平等，沒(méi)有普 通節(jié)點(diǎn)和超級(jí)節(jié)點(diǎn)的差別。但是這種設(shè)計(jì)要求現(xiàn)有s i p 設(shè)備做重大改動(dòng)，而且無(wú)法將s i p 服務(wù)做商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。 目前有不少研究機(jī)構(gòu)己經(jīng)在這方面上進(jìn)行了很多有益的嘗試和研究，并取得顯著成 績(jī)，如s i p p e e r i 們、s i p c 1 0 】和s o s i m p l e l l l l 、s i p p i n g p 2 p 1 2 】等。但是直到目前為止，在行業(yè) 界內(nèi)還沒(méi)有形成一個(gè)關(guān)于p 2 p 與s i p 結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 7 基于p 2 p s i p 的l p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可川性的研究與設(shè)計(jì) 1 6 工作內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu) 全文共有六個(gè)章節(jié)，具體內(nèi)容如下： 第一章緒論。本章簡(jiǎn)要分析了本文的研究意義和目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，主要介紹了 i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)和p 2 p 的技術(shù)背景，并提出了本文的主要工作內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)。 第二章系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)研究。本章分析了v o i p 的關(guān)鍵技術(shù)，主要對(duì)s i p 協(xié)議的 詳細(xì)研究，并對(duì)p s t n 網(wǎng)與口網(wǎng)的融合、媒體傳輸協(xié)議等內(nèi)容進(jìn)行了介紹。本章還研究了 p 2 p 網(wǎng)絡(luò)模型分類(lèi)、c h o r d 協(xié)議及其分布式查找系統(tǒng)研究。 第三章基于p 2 p s i p 高可用性系統(tǒng)模型。本章在前兩章的基礎(chǔ)上提出i p 語(yǔ)音通信系 統(tǒng)中基于c h o r d 的p 2 p 模型，介紹系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 第四章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本章是全文的核心內(nèi)容所在。從架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能特點(diǎn)、具 體實(shí)現(xiàn)等方面對(duì)第三章中的系統(tǒng)模型進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要包括網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)操作的 實(shí)現(xiàn)及系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方案設(shè)計(jì)等。 第五章測(cè)試與性能分析。在工作條件允許的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了定量的測(cè)試，并在 此基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)。 第六章存在問(wèn)題和展望。本章對(duì)全文中存在問(wèn)題做了總結(jié)，并對(duì)未來(lái)工作進(jìn)行了展望。 8 基于p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可j j 性的研究與設(shè)計(jì) 第2 章系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)研究 2 1v o i p 的相關(guān)協(xié)議和技術(shù) 2 1 1s i p 協(xié)議 i ) s i p 背景和功能 會(huì)話(huà)仞始協(xié)議s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 0 3 1 是m t f $ o 定的多媒體通信系統(tǒng)框架協(xié) 議之一，它是一個(gè)基于文本的應(yīng)用層控制協(xié)議，獨(dú)立于底層協(xié)議，是在基于i p 網(wǎng)絡(luò)中用于 建立、修改和終止多媒體會(huì)話(huà)的應(yīng)用層控制協(xié)議，是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于i p 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信信令 協(xié)議。多媒體會(huì)話(huà)是指用戶(hù)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，每個(gè)會(huì)話(huà)可以是不同的數(shù)據(jù)，包括因特網(wǎng) 電話(huà)、多媒體會(huì)議、遠(yuǎn)程教學(xué)等，其應(yīng)用具有很大的靈活性。 總體來(lái)說(shuō)，s i p 協(xié)議支持多媒體通信中以下幾個(gè)方面的功能： ( 1 ) 用戶(hù)定位：確定通信中終端的位置。 ( 2 ) 用戶(hù)可用性：確定被叫方是否愿意參與通信。 ( 3 ) 性能協(xié)商：確定通信中所用媒體及媒體參數(shù)。 ( 4 ) 會(huì)話(huà)建立：呼叫雙方會(huì)話(huà)參數(shù)的建立。 ( 5 ) 會(huì)話(huà)管理：包括會(huì)話(huà)轉(zhuǎn)移和中止、會(huì)話(huà)參數(shù)變更、調(diào)用新業(yè)務(wù)等內(nèi)容。 2 ) s i p 中的網(wǎng)絡(luò)元素 s i p q b 有兩個(gè)要素：s i p 用戶(hù)代理和s i p 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器【1 3 】。用戶(hù)代理是呼叫的終端系統(tǒng)元素， 而s i p 服務(wù)器是處理與多個(gè)呼叫相關(guān)聯(lián)信令的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 ( 1 ) s i p 用戶(hù)代理 用戶(hù)代理存在于呼叫終端，本身具有一個(gè)客戶(hù)機(jī)元素( 用戶(hù)代理客戶(hù)機(jī)u a c ) 和一個(gè)服 務(wù)器元素( 用戶(hù)代理服務(wù)器u a s ) ?？蛻?hù)機(jī)元素發(fā)起呼叫而服務(wù)器元素應(yīng)答呼叫。這允許點(diǎn) 到點(diǎn)的呼叫通過(guò)客戶(hù)機(jī)一服務(wù)器協(xié)議來(lái)完成。 ( 2 ) s i p 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 s l p 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器主要指以下三種服務(wù)器：代理服務(wù)器( p r o x y ) 、重定向服務(wù)器( l o c a t i o n s e r v i c e ) 、注冊(cè)服務(wù)器( r e g i s t r a r ) 。 代理服務(wù)器是s i p 系統(tǒng)中最重要的網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)體，可視為應(yīng)用層的路由器，負(fù)責(zé)將用戶(hù) 的s i p 請(qǐng)求和響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳，最終到達(dá)目的地。對(duì)其它網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，消息好像是從代 理服務(wù)器而不是從起始端用戶(hù)發(fā)出的。主、被叫用戶(hù)之間可以有一個(gè)或多個(gè)代理服務(wù)器。 q 基j f - p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可_ f i 性的研究與設(shè)計(jì) 重定向服務(wù)器是實(shí)現(xiàn)呼叫重定向功能的邏輯實(shí)體。它接收u a c 的呼叫請(qǐng)求，通過(guò)服務(wù) 器中配置的策略和對(duì)定位服務(wù)器的查詢(xún)指示u a c 將呼叫重定向到其他目的地，并把此消息 返回給起始客戶(hù)端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)呼叫的靈活控制。代理客戶(hù)端往往須向它咨詢(xún)域內(nèi)客戶(hù)端地 址。 注冊(cè)服務(wù)器接收客戶(hù)機(jī)的注冊(cè)請(qǐng)求，完成用戶(hù)地址的注冊(cè)。代理服務(wù)器往往需要向它 咨詢(xún)域內(nèi)的客戶(hù)端地址。 在實(shí)際應(yīng)用中，這些服務(wù)器是可以選擇的。圖2 顯示的是一個(gè)具有注冊(cè)和代理服務(wù)器 環(huán)境中的用戶(hù)注冊(cè)和邀請(qǐng)流程。 1 1 麓囂g t e e 蠢u ，e 玖 圖2 具有服務(wù)器的u a 通訊示例 當(dāng)一個(gè)用戶(hù)希望呼叫另一用戶(hù)時(shí)，呼叫者用i n v i t e 請(qǐng)求初始呼叫，請(qǐng)求包含足夠的信 息用以被呼叫方參與會(huì)話(huà)。如果客戶(hù)機(jī)知道另一方的位置，則客戶(hù)機(jī)能夠直接將請(qǐng)求發(fā)送 到另一方的i p 地址；如果不知道，客戶(hù)機(jī)將請(qǐng)求發(fā)送到本地配置的s i p 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。如果服 務(wù)器是代理服務(wù)器它將解析被呼叫用戶(hù)的位置并且將請(qǐng)求發(fā)送給重定向服務(wù)器，它可以返 回被呼叫用戶(hù)的位置到呼叫客戶(hù)機(jī)以用來(lái)直接與用戶(hù)聯(lián)系。 3 ) s i p 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)機(jī)制 s i p 是一個(gè)分層結(jié)構(gòu)的協(xié)議，使用層來(lái)組織它的結(jié)構(gòu)，這意味著它的行為根據(jù)一組平等 獨(dú)立的處理階段來(lái)描述，每一階段之間只是松偶合，每一層可以相對(duì)獨(dú)立地進(jìn)行處理。邏 輯層次結(jié)構(gòu)【1 4 】如圖3 1 0 基- j - p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可剛性的研究與設(shè)計(jì) t r a n s a c t i o nu s 烈t u ) t r a n s a c t i o n t r a n s p o r tl a y e r s y n t a x e n c o d i n g 事務(wù)用戶(hù)層 事務(wù)層 傳輸層 語(yǔ)法、句法層 圖3s i p 的層次結(jié)構(gòu) 最底層是語(yǔ)法和編碼層，編碼使用增強(qiáng)b a c k u s - n a y rf o r mg r a m m a r g 眵式語(yǔ)法( b n f ) 來(lái)規(guī) 定，這一層主要負(fù)責(zé)s i p 消息報(bào)文的組建和解析。 第二層是傳輸層，它定義一個(gè)客戶(hù)端如何發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求并接受響應(yīng)，以及一個(gè)服務(wù)器如何 接受請(qǐng)求并發(fā)出響應(yīng)。所有的s i p 實(shí)體都包含一個(gè)傳輸層。 第三層是事務(wù)層，這是s i p 的最基本的組成成分。事務(wù)層包括客戶(hù)端事務(wù)以及服務(wù)器事 務(wù)兩部分。一個(gè)事務(wù)包含一個(gè)客戶(hù)事務(wù)向服務(wù)器事務(wù)發(fā)出的一個(gè)請(qǐng)求以及所有從服務(wù)器事 務(wù)發(fā)過(guò)來(lái)的響應(yīng)?？蛻?hù)端事務(wù)和服務(wù)器端事務(wù)都是一種邏輯功能，都通過(guò)維護(hù)一個(gè)狀態(tài)機(jī) 來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。事務(wù)層的動(dòng)作最終都是和事件相關(guān)聯(lián)。其中事件被劃分為：定時(shí)器、 消息接收、消息發(fā)送、事務(wù)消亡及未知事件( 被初始化的類(lèi)型) 。所以無(wú)論s i pc o r e 在接收 到消息、向外界發(fā)送消息或是事務(wù)的定時(shí)器的觸發(fā)都是通過(guò)事件來(lái)完成，可認(rèn)為其是個(gè)中 間載體。傳輸層負(fù)責(zé)接收和發(fā)送消息( 利用s o c k e t ) ，如果事務(wù)層會(huì)收到傳輸層遞交過(guò)來(lái)的消 息，需要解析、匹配事務(wù)或創(chuàng)建新事務(wù)，將該消息事件插入所對(duì)應(yīng)的事務(wù)后執(zhí)行。 事務(wù)層的上一層稱(chēng)為事務(wù)用戶(hù)( 1 u ) ，一個(gè)事務(wù)用戶(hù)可以創(chuàng)建或取消一個(gè)客戶(hù)事務(wù)。s i p 中的所有實(shí)體，通過(guò)事務(wù)用戶(hù)來(lái)相互區(qū)分。當(dāng)一個(gè)t u 希望發(fā)送請(qǐng)求，它生成一個(gè)客戶(hù)機(jī)事 務(wù)實(shí)例并且向它傳遞請(qǐng)求和目的地的i p 地址，端口，以及用束發(fā)送請(qǐng)求的傳輸機(jī)制。當(dāng)客 戶(hù)機(jī)取消一個(gè)事務(wù)時(shí)，它請(qǐng)求服務(wù)停止進(jìn)一步的處理，將狀態(tài)恢復(fù)到事務(wù)初始化之前，并 且生成特定的錯(cuò)誤響應(yīng)到該事務(wù)。 4 ) s i p 消息組成 s i p 是一個(gè)基于文本的協(xié)議，使用u t f - 8 字符集。從s i p 消息的分類(lèi)來(lái)看，主要分為兩 類(lèi)，一類(lèi)是從客戶(hù)端到服務(wù)器端的請(qǐng)求，一類(lèi)是從服務(wù)器端到客戶(hù)端的響應(yīng)應(yīng)答。一個(gè)基 基于p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可用性的研究與設(shè)計(jì) 本的s i p 消息包含起始行、一個(gè)或多個(gè)頭字段、說(shuō)明頭字段結(jié)束的空行、和一個(gè)可選的消息 體。其組成如下： 消息=起始行( 起始行= 請(qǐng)求行狀態(tài)行) 頭字段 c r l f 【消息體】 o ) s w 請(qǐng)求消息 s i p 請(qǐng)求是客戶(hù)端發(fā)往服務(wù)器端的消息，通過(guò)一個(gè)請(qǐng)求行作為起始行。請(qǐng)求行包含 了方法名、請(qǐng)求u r l 、協(xié)議版本號(hào)、中間的空格分開(kāi)。 請(qǐng)求行- - m e t h o d ( 方法) r e q u e s t - - u r ls i p v e r s i o nc r l f s i p 定義了6 種s i p 請(qǐng)求，每一種都有不同的作用，分別介紹如下： r e g i s t e r ：用于登記聯(lián)系信息。 i n v i t e ：用于邀請(qǐng)用戶(hù)加入會(huì)話(huà)。 a c k ：用于對(duì)請(qǐng)求成功后作出的確認(rèn)。 c a n c e l ：用于取消未完成的請(qǐng)求。 b y e ：會(huì)話(huà)結(jié)束。 o p t i o n s ：用于詢(xún)問(wèn)服務(wù)器的性能。 ( 2 ) s i p 應(yīng)答消息 s i p 應(yīng)答是指服務(wù)器收到請(qǐng)求時(shí)，發(fā)出的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)答。使用狀態(tài)行作為應(yīng)答的 起始行。狀態(tài)行包括協(xié)議版本、狀態(tài)碼和相關(guān)的文本短語(yǔ)。狀態(tài)行的格式如下所示 s t a t u s - l i n e = s i p v e r s i o n s t a t u s - c o d e r e a s o n - p h r a s ec r l f 每個(gè)應(yīng)答都有一個(gè)代表事務(wù)狀態(tài)的編碼，響應(yīng)消息按狀態(tài)行( 起始行) 中的狀態(tài)碼( 3 位) ，可分為： 1 x x ：暫時(shí)響應(yīng)。請(qǐng)求接受到了，正在處理。 2 x x ：成功響應(yīng)。請(qǐng)求被成功的接受，并處理完畢。 3 x x ：重定向響應(yīng)。需要另外發(fā)送請(qǐng)求來(lái)完成任務(wù)。 4 x x ：客戶(hù)端出錯(cuò)。請(qǐng)求語(yǔ)法有錯(cuò)，或者無(wú)法被服務(wù)器端執(zhí)行。 5 x x ：服務(wù)器出錯(cuò)。服務(wù)器無(wú)法完成一個(gè)合法的請(qǐng)求。 6 x x ：全局故障。請(qǐng)求在任何服務(wù)器都無(wú)法完成。 ( 3 ) 頭字段 1 2 基丁ip 2 p s i p 的l p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可川性的研究與設(shè)計(jì) 消息頭字段用于描述消息的屬性，類(lèi)似于h t r p 消息頭的語(yǔ)法和語(yǔ)義。在一個(gè)消 息中，可以有多行消息頭。一個(gè)合法的s i p 請(qǐng)求必須至少包含如下頭域：t o ，f r o m ， c s e q ，c a l l i d ，m a x f o r w a r d s ，v i a 。這6 個(gè)字段是s i p 消息的基本組成部分，它們提供 了用于路由的核心信息。 t o 頭域 t o 是第一個(gè)并且也是最先指定請(qǐng)求的“邏輯”接收地，或者是這個(gè)請(qǐng)求的用戶(hù)或者 資源的a d d r e s s o f - r e c o r d 。這個(gè)域內(nèi)的地址可以是也可以不是請(qǐng)求的最終接收者。t o 頭 域可以用s i p 或者s i p su r l ，也可以用其他方式的u r l ( 比如電話(huà)u r l ) 。所有的s i p 實(shí) 現(xiàn)必須支持s i pu r l 的實(shí)現(xiàn)。 f r o m 頭域 f r o m 頭域包含了請(qǐng)求發(fā)起者的邏輯標(biāo)志，可能是用戶(hù)的a d d r e s s o f - r e c o r d 。就像t o 頭域一樣，f r o m 頭域也包含一個(gè)u r l 并且可以包含一個(gè)顯示的姓名。s i p 可以用這個(gè)頭 域來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)請(qǐng)求的檢查和選擇一個(gè)規(guī)則進(jìn)行對(duì)請(qǐng)求的處理( 比如，自動(dòng)的呼叫拒絕， 對(duì)于某個(gè)人發(fā)過(guò)來(lái)的東西，一律拒絕) c a l l i d c a l l i d 是一個(gè)在一系列消息中，區(qū)分一組消息的唯一標(biāo)志。在對(duì)話(huà)中的任一u a 的所有請(qǐng)求和所有應(yīng)答的c a l l i d 必須一致。在u a 的每次注冊(cè)中，都應(yīng)該是一樣的。 在會(huì)話(huà)外的時(shí)候，u a c 發(fā)起一個(gè)新的請(qǐng)求，這個(gè)c a l l i d 頭域必須由u a c 產(chǎn)生一個(gè)全局 ( 在時(shí)間和空間上都是) 唯一的c a l l i d ，除非是請(qǐng)求頭的方法( m e t h o d ) 指明了其他 的產(chǎn)生方式。c a l l i d 是大小寫(xiě)敏感的，并且通過(guò)字節(jié)來(lái)進(jìn)行比較。采用密碼亂序隨機(jī) 串可以降低會(huì)話(huà)被竊聽(tīng)的機(jī)會(huì)，并且降低c a l l i d 重復(fù)的沖突。不規(guī)定或者要求使用用 戶(hù)界面來(lái)選擇輸入c a l l i d 頭域的值。 c s e q c s e q 頭域是用來(lái)區(qū)分和做為事務(wù)的順序使用的。他由一個(gè)方法( m e t h o d ) 和一 系列的順序號(hào)碼組成。方法( m e t h o d ) 必須和請(qǐng)求的方法一致。對(duì)于對(duì)話(huà)外的非 r e g i s t e r 請(qǐng)求來(lái)說(shuō)，順序號(hào)碼可以是任意的。這個(gè)順序號(hào)碼必須可以由3 2 位的無(wú)符 號(hào)整數(shù)表達(dá)，必須小于2 3 1 。只要遵循了上述指導(dǎo)方針，客戶(hù)端可以用任意的方法來(lái)產(chǎn) 生這個(gè)c s e q 頭域。 m a x f o r w a r d s m a x f o r w a r d s 頭域用來(lái)限制請(qǐng)求到它的目的地中間的跳轉(zhuǎn)。它包含一個(gè)每隔一個(gè) 1 3 基于p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可川性的研究與設(shè)計(jì) 跳轉(zhuǎn)就自動(dòng)減一的數(shù)字。如果m a x f o r w a r d s 在到達(dá)目的之前就減n 0 ，它會(huì)報(bào)告一個(gè) 4 8 3 ( 太多的路由) 錯(cuò)誤回應(yīng)。 v i a v i a 頭域是標(biāo)志了用于事務(wù)傳輸?shù)膫鬏斣O(shè)備，并且也標(biāo)志了應(yīng)答送回的地址。只有 當(dāng)需要通過(guò)選擇傳輸設(shè)備到達(dá)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)( h o p ) 的時(shí)候，才需要在頭域中包含a 域。 當(dāng)u a c 創(chuàng)建一個(gè)請(qǐng)求，它必須在頭域中添加一個(gè)v i a 域。p r o t o c 0 1 名字和p r o t o c o l 版本 必須分別是s i p 和2 0 。v i a 頭域必須包含一個(gè)分支( b r a n c h ) 參數(shù)。這個(gè)參數(shù)用于區(qū)分請(qǐng)求 創(chuàng)建的事務(wù)。 ( 4 ) 消息體 請(qǐng)求消息和應(yīng)答消息都可能含有消息體，它與消息頭之間用一個(gè)空行分開(kāi)。消息 攜帶的消息體通常是s d p 會(huì)話(huà)描述符。 5 ) s i p 的p 2 p 屬性 s i p 協(xié)議本身具有p 2 p 的屬性，盡管在s i p 規(guī)范中定義了一些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，但s i p 仍然是 一個(gè)端到端的業(yè)務(wù)，其主要的業(yè)務(wù)處理是在用戶(hù)代理實(shí)體中完成，s i p 的代理、重定向等服 務(wù)器只是完成消息的轉(zhuǎn)發(fā)、消息的路由功能，并不對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行處理。并且這些服務(wù)器是可 以選擇的，不同類(lèi)型的s i p 服務(wù)器只是邏輯功能上的分類(lèi)，而不是物理上的。服務(wù)器所提供 的功能可以完全或者部分集中到一個(gè)實(shí)體中。因此我們可以將服務(wù)器的功能進(jìn)一步分化到 s i p 終端，增 j w s i p 終端的業(yè)務(wù)處理能力，弱化服務(wù)器的功能，請(qǐng)求和響應(yīng)直接在兩個(gè)s i p 以之間進(jìn)行。 我們可以發(fā)現(xiàn)：s i p 規(guī)范中定義的消息屬性以及其交互方式都適合p 2 p 的應(yīng)用。針對(duì)s i p 的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，需要將它們的功能在p 2 p s i p 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。s i p 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，最關(guān)鍵的是 代理服務(wù)器，因?yàn)槿缟纤f(shuō)，它提供對(duì)s i p 消息的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。因此在p 2 p s i p 網(wǎng)絡(luò)模型 【1 5 1 中，要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是：對(duì)等端如何實(shí)現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，這包括了如何定位用戶(hù) 等功能。 6 ) s i p 與h 3 2 3 的比較 h 3 2 3 1 6 】是國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)部( i t u t ) 制定的用于在i p 網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行實(shí)時(shí)多媒體 通信的協(xié)議簇，由呼叫控制、媒體編碼、管理控制、網(wǎng)絡(luò)安全和會(huì)議通信等一系列協(xié)議組 成，不但包括i p 電話(huà)應(yīng)用，而且還包括i p 視頻和數(shù)據(jù)應(yīng)用( 可選) 以及多媒體會(huì)議應(yīng)用。 其主要目的是實(shí)現(xiàn)位于不同網(wǎng)絡(luò)中的終端之間的音視交互通信，這些網(wǎng)絡(luò)可以是具有q o s 1 4 基y - p 2 p s i p 的i p 語(yǔ)音通信系統(tǒng)高可川性的研究與設(shè)計(jì) 保證的( 如s c n a t m 等) ，也可以是沒(méi)有q o s 保證的( 如l a n 等) 。 h 3 2 3 為基于l p 分組網(wǎng)的視頻會(huì)議系統(tǒng)定義了四個(gè)主要的組件：終端、網(wǎng)關(guān)、關(guān)守、多 點(diǎn)控制單元( m c u ) 。其中最重要的兩類(lèi)網(wǎng)絡(luò)部件是網(wǎng)關(guān)( g a t e w a y ) 和網(wǎng)守( g a t e k e e p e r ) 。 前者負(fù)責(zé)不同網(wǎng)絡(luò)之間的信令和控制信息轉(zhuǎn)換以及多媒體信息變換和復(fù)用，后者負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò) 管理、帶寬管理、地址翻譯和不同管理域之間的互操作。凡遵從h 3 2 3 標(biāo)準(zhǔn)的i p 終端稱(chēng)為 h 3 2 3 終端。 h 3 2 3 協(xié)議并不是為v o i p 專(zhuān)門(mén)提出的，它是一項(xiàng)復(fù)雜的協(xié)議，升級(jí)和擴(kuò)展性不是很好。 在h 3 2 3 體系中，網(wǎng)關(guān)不僅要執(zhí)行媒體格式轉(zhuǎn)換，還要進(jìn)行信令轉(zhuǎn)換，在i n t e m e t 傾) 執(zhí)行h 3 2 3 協(xié)議，在p s t n 側(cè)執(zhí)行i s d n 信令。并且網(wǎng)關(guān)還要控制其內(nèi)部資源，為每個(gè)呼叫建立網(wǎng)關(guān)內(nèi) 部的話(huà)音通信，網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜；而且，定義h 3 2 3 時(shí)，設(shè)計(jì)人員是從終端設(shè)備的角度入 手的，而非從現(xiàn)有p s t n 的內(nèi)部設(shè)備入手，因此h 3 2 3 不能