VoIP的基本原理是通過(guò)語(yǔ)音的壓縮算法對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)編碼進(jìn)行壓縮處理，然后把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)按 TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打包，經(jīng)過(guò) IP 網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包送至接收地，再把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)包串起來(lái)，經(jīng)過(guò)解壓處理后，恢復(fù)成原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)，從而達(dá)到由互聯(lián)網(wǎng)傳送語(yǔ)音的目的。 IP 電話的核心與關(guān)鍵設(shè)備是 IP 網(wǎng)關(guān)，它把各地區(qū)電話區(qū)號(hào)映射為相應(yīng)的地區(qū)網(wǎng)關(guān) IP 地址。這些信息存放在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)接續(xù)處理軟件將完成呼叫處理、數(shù)字語(yǔ)音打包、路由管理等功能。 在用戶撥打長(zhǎng)途電話時(shí)，網(wǎng)關(guān)根據(jù)電話區(qū)號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)資料，確定相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的 IP 地址，并將此 IP 地址加入 IP 數(shù)據(jù)包中，同時(shí)選擇最佳路由，以減少傳輸延時(shí)， IP 數(shù)據(jù)包經(jīng) Internet 到達(dá)目的地的網(wǎng)關(guān)。在一些 Internet 尚未延伸到或暫時(shí)未設(shè)立網(wǎng)關(guān)的地區(qū)，可設(shè)置路由，由最近的網(wǎng)關(guān)通過(guò)長(zhǎng)途電話網(wǎng)轉(zhuǎn)接，實(shí)現(xiàn)通信業(yè)務(wù)。

　　VoIP是一種以IP電話為主，并推出相應(yīng)的增值業(yè)務(wù)的技術(shù)。

　　VoIP主要有以下三種方式：

　　網(wǎng)絡(luò)電話：完全基于Internet傳輸實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音通話方式，一般是PC和PC之間進(jìn)行通話。與公眾電話網(wǎng)互聯(lián)的IP電話：通過(guò)寬帶或?qū)Ｓ玫腎P網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音傳輸。終端可以是PC或者專(zhuān)用的IP話機(jī)。

　　傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商的VoIP業(yè)務(wù)：通過(guò)電信運(yùn)營(yíng)商的骨干IP網(wǎng)絡(luò)傳輸語(yǔ)音。提供的業(yè)務(wù)仍然是傳統(tǒng)的電話業(yè)務(wù)，使用傳統(tǒng)的話機(jī)終端。通過(guò)使用IP電話卡，或者在撥打的電話號(hào)碼之前加上IP撥號(hào)前綴，這就使用了電信運(yùn)營(yíng)商提供的VoIP業(yè)務(wù)。

　　VoIP相對(duì)比較便宜。這是因?yàn)閂oIP電話不過(guò)是互聯(lián)網(wǎng)上的一種應(yīng)用。從本質(zhì)上說(shuō)，VoIP電話與電子郵件，即時(shí)訊息或者網(wǎng)頁(yè)沒(méi)有什么不同，它們均能在經(jīng)過(guò)了互聯(lián)網(wǎng)連接的機(jī)器間進(jìn)行傳輸。這些機(jī)器可以是電腦，或者無(wú)線設(shè)備，比如手機(jī)或者掌上設(shè)備等等。

　　基本原理

　　傳統(tǒng)的電話、傳真業(yè)務(wù)，一般是通過(guò)接入電信局提供的PSTN實(shí)現(xiàn)的。這種類(lèi)型的接入方式使用的是線路交換的方式，獨(dú)占通信線路。當(dāng)使用長(zhǎng)途業(yè)務(wù)時(shí)，費(fèi)用很高，如圖2所示。

　　圖2 傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)示意圖

　　而我們的VoIP應(yīng)用是使用IP網(wǎng)絡(luò)取代其中一部分的PSTN網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行語(yǔ)音數(shù)據(jù)的傳輸，使用的是包交換技術(shù)。下圖3所示所示的就是基于H.232協(xié)議組構(gòu)建的VoIP網(wǎng)絡(luò)，在該架構(gòu)中，總體框圖如圖？所示。

　　由圖2可知，接入網(wǎng)絡(luò)中的H.323系統(tǒng)的組成部件稱(chēng)為H.323實(shí)體（entiy），它包括H.232終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守、多點(diǎn)控制器（MC）、多點(diǎn)處理器（MP）和多點(diǎn)控制單元（MCU Muhipoint Control Unit）。關(guān)于這些實(shí)體的具體意義，這部分的內(nèi)容會(huì)在第7節(jié)分析。

　　圖3 基于H.232協(xié)議組的VoIP網(wǎng)絡(luò)示意圖

　　綜上所述，傳統(tǒng)的電話網(wǎng)是以電路交換方式傳輸語(yǔ)音，所要求的傳輸寬帶為64kbit/s。為了充分地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，VoIP通信中通常根據(jù)實(shí)際使用的要求采用各種壓縮算法對(duì)原始的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，常用的有G.723.1、G.729等；然后才用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將壓縮后的語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，在運(yùn)輸層采用無(wú)連接的UDP的方式，其主要目的是為了保證語(yǔ)音數(shù)據(jù)的傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，然后將UDP數(shù)據(jù)報(bào)交由IP分組網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行傳送；在將壓縮數(shù)據(jù)傳送至UDP之前，先用RTP/RTCP協(xié)議對(duì)壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，RTP協(xié)議用以傳送語(yǔ)音數(shù)據(jù)，而RTCP協(xié)議用以傳送語(yǔ)音數(shù)據(jù)的控制信息。如圖4左側(cè)所示。 接收側(cè)收到數(shù)據(jù)后，其處理過(guò)程與發(fā)送側(cè)相反，如圖4右側(cè)所示。

　　圖4 語(yǔ)音數(shù)據(jù)處理示意圖

　　通常每個(gè)網(wǎng)關(guān)，既要發(fā)送語(yǔ)音數(shù)據(jù)，又要接收語(yǔ)音數(shù)據(jù)，所以包含圖3中的所有功能。實(shí)際上，網(wǎng)關(guān)的基本功能就是完成語(yǔ)音數(shù)據(jù)的壓縮、解壓縮和打包、解包處理。

　　實(shí)際的傳輸網(wǎng)絡(luò)可能是非常簡(jiǎn)單的局域網(wǎng)，也可能極其復(fù)雜的廣域網(wǎng)，傳輸途徑中包含各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器、ATM交換機(jī)、SDH等。

　　2.2 主要協(xié)議集

　　在許多場(chǎng)合，VoIP技術(shù)僅指通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)類(lèi)似普通老式電話的功能。但是，在傳統(tǒng)電話網(wǎng)的業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的情況下，VoIP的含義和設(shè)計(jì)目標(biāo)也超越了其字面意義；也就是說(shuō)VoIP技術(shù)不僅指提供雙方會(huì)話的傳統(tǒng)電話技術(shù)，而且是包含話音、圖像和數(shù)據(jù)、支持各種智能業(yè)務(wù)的雙方及多方多媒體通信技術(shù)。

　　VoIP的媒體編碼技術(shù)包括流行的G.723.1、G.729、G.729A話音壓縮編碼算法和MPEG-II多媒體壓縮技術(shù)，目前還有許多的編碼技術(shù)，詳細(xì)情況可參閱第4節(jié)的介紹。

　　VoIP涉及到的控制信令技術(shù)：包括ITU-T H.323和IETF會(huì)話初始化協(xié)議SIP［4］（Session Initation Protocol）兩套標(biāo)準(zhǔn)體系，還涉及到進(jìn)行實(shí)時(shí)同步連續(xù)媒體流傳輸控制的實(shí)時(shí)流協(xié)議TRSP。同時(shí)，還補(bǔ)充了MGCP協(xié)議，即MGCP協(xié)議實(shí)際上是一個(gè)補(bǔ)充的協(xié)議。在H.323協(xié)議和SIP協(xié)議中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，不僅要執(zhí)行媒體格式的變換，如壓縮和解壓縮、RTP打包與解包等功能，而且還要進(jìn)行信令的轉(zhuǎn)換，在IP網(wǎng)絡(luò)側(cè)執(zhí)行H.323或SIP協(xié)議，在PSTN側(cè)執(zhí)行電路交換的信令。這樣網(wǎng)關(guān)的功能變得非常復(fù)雜，限制了每個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的容量；而且，隨著應(yīng)用的不斷普及，將有更多的網(wǎng)關(guān)終端進(jìn)入用戶，這類(lèi)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的由于成本較高，并存在網(wǎng)絡(luò)安全等問(wèn)題，嚴(yán)重影響VoIP系統(tǒng)應(yīng)用。MGCP協(xié)議就可以解決這些問(wèn)題，其基本思想就是將媒體變換功能和網(wǎng)關(guān)控制功能相分離。使網(wǎng)關(guān)只承擔(dān)簡(jiǎn)單的媒體變換功能，稱(chēng)為媒體網(wǎng)關(guān)（MG：Media Gateway），復(fù)雜的網(wǎng)關(guān)控制功能則由網(wǎng)關(guān)之外的獨(dú)立的控制實(shí)體來(lái)執(zhí)行，該實(shí)體稱(chēng)為呼叫代理（CA：Call Agent），兩者之間的接口就采用MGCP協(xié)議來(lái)進(jìn)行交互。

　　VoIP涉及到的分組傳輸技術(shù)：主要采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP。

　　VoIP涉及到的業(yè)務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)包括采用資源預(yù)留協(xié)議RSVP、服務(wù)質(zhì)量Qos和用于業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)控的實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP來(lái)避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保障通話質(zhì)量。

　　VoIP涉及到的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)主要是TCP和UDP。

　　此外還涉及到分組重建技術(shù)和時(shí)延抖動(dòng)平滑技術(shù)、動(dòng)態(tài)路由平衡傳輸技術(shù)、網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)（包括媒體互通和控制信令互通）、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)（SNMP）、安全認(rèn)證和計(jì)費(fèi)技術(shù)、IVR交互式語(yǔ)音響應(yīng)技術(shù)等等。

　　2.3 技術(shù)特點(diǎn)

　　VoIP應(yīng)用在近幾年得到了迅速的發(fā)展，與其許多獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)是分不開(kāi)的。主要的特點(diǎn)有：

　　1．低成本

　　價(jià)格低廉曾經(jīng)是VoIP技術(shù)得以發(fā)展的一個(gè)非常重要的因素。VoIP均會(huì)采用語(yǔ)音壓縮技術(shù)，雖加上RTP/UDP/IP封裝以及底層傳輸?shù)拈_(kāi)銷(xiāo)，通常也只需要傳統(tǒng)電路交換1/3~1/4左右的帶寬；而且，利用VoIP技術(shù)來(lái)傳輸語(yǔ)音，本質(zhì)上是分組統(tǒng)計(jì)復(fù)用的，這樣，就可以在更大程度上提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。同時(shí)，隨著VoIP技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)關(guān)等設(shè)備的生產(chǎn)成本也迅速下降。低成本為VoIP技術(shù)的迅速推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　2．容易實(shí)現(xiàn)增值業(yè)務(wù)

　　VoIP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)絕非僅僅是價(jià)格低廉，靈活實(shí)現(xiàn)增值業(yè)務(wù)才是VoIP得以發(fā)展的真正動(dòng)力。VoIP采用的是智能終端，IP網(wǎng)絡(luò)是開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)，其固有的分布式計(jì)算機(jī)環(huán)境很容易迅速推出新的業(yè)務(wù)。相對(duì)而言，電話網(wǎng)推出一項(xiàng)增值業(yè)務(wù)往往比較困難，有時(shí)受限于終端能力和網(wǎng)絡(luò)互通能力，某些業(yè)務(wù)還無(wú)法提供。在局端系統(tǒng)中，傳統(tǒng)電話網(wǎng)采用智能網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)增值業(yè)務(wù)，而VoIP技術(shù)從本質(zhì)上來(lái)講，比智能網(wǎng)技術(shù)更加靈活，智能也更強(qiáng)大。

　　下圖就是傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)絡(luò)和VoIP的比較。由圖5可以明顯看出，VoIP在通話成本上具有明顯優(yōu)勢(shì)，通話質(zhì)量略遜一籌，但其在不斷發(fā)展與加強(qiáng)中。因此VoIP業(yè)務(wù)給傳統(tǒng)通訊業(yè)帶來(lái)巨大沖擊，也給新興運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)商機(jī)。

　　圖5 傳統(tǒng)電話和VoIP電話技術(shù)比較