Voice over IP : Protocols and Standards
Rakesh Arora, arora@cis.ohio-state.edu
Abstract This paper first discusses the key issues that inhibit Voice over IP (VOIP) to be popular with the users. Then I discuss the protocols and standards that exist today and are required to make the VOIP products from different vendors to interoperate. The main focus is on H.323 and SIP (Session Initiation Protocol), which are the signaling protocols. We also discuss some hardware standards for internet telephony. See Also: Voice over IP - Products, Services and Issues | Voice over IP (Lecture by Dr Jain) | Voice over ATM | H.323
and Associated Protocols | VOIP References | Books on Voice over IP and IP Telephony
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TABLE OF CONTENTS
1. Introduction
❍ 1.1 Main Issues
●
2. H.323 Standard
❍ 2.1 Components of H.323
❍ 2.2 H.323 Protocol Stack
❍ 2.3 Definitions
❍ 2.4 Control and Signaling in H.323
❍ 2.5 Call Setup in H.323
●
3. Session Initiation Protocol (SIP)
❍ 3.1 Components of SIP
❍ 3.2 SIP Messages
❍ 3.3 Overview of SIP Operation
❍ 3.4 Sample SIP operation
●
● 4. Comparison of H.323 with SIP
5. Supporting Protocols
❍ 5.1 Media Gateway Access Protocol
❍ 5.2 RTP and RTCP
❍ 5.3 Real Time Streaming Protocol
❍ 5.4 Resource Reservation Protocol
❍ 5.5 Session Description Protocol
❍ 5.6 Session Announcement Protocol
●
● 6. Hardware Standards
Voice Over IP : Protocols and Standards
http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/voip_protocols/index.html (1 of 20) [2/7/2000 10:47:54 AM]
❍ 6.1 SCBus
❍ 6.2 S.100
● 7. Summary
● Appendix A: Functions of the key protocols and standards
● References
● List of Acronyms
INTRODUCTION

Voice over IP (VOIP) uses the Internet Protocol (IP) to transmit voice as packets over an IP network. So VOIP can be achieved on any data network that uses IP, like Internet, Intranets and Local Area Networks (LAN). Here the voice signal is digitized, compressed and converted to IP packets and then transmitted over the IP network. Signaling protocols are used to set up and tear down calls, carry information required to locate users and negotiate capabilities.One of the main motivations for Internet telephony is the very low cost involved. Some other motivations are:
● Demand for multimedia communication
● Demand for integration of voice and data networks
1.1 Main Issues For VOIP to become popular, some key issues need to be resolved. Some of these issues stem from the fact that IP was designed for transporting data while some issues have arisen because the vendors are not conforming to the standards. The key issues are discussed below [Munch98]: Quality of voice As IP was designed for carrying data, so it does not provide real time guarantees but only provides best effort service. For voice communications over IP to become acceptable to the users, the delay needs to be less than a threshold value and the IETF (Internet Engineering Task Force) is working on this aspect. To ensure good quality of voice, we can use either Echo Cancellation, Packet Prioritization (giving higher priority to voice packets) or Forward Error Correction [Micom] .
● Interoperability In a public network environment, products from different vendors need to operate with each other if voice over IP is to become common among users. To achieve interoperability, standards are being devised and the most common standard for VOIP is the H.323 standard, which is described in the next section.
● Security This problem exists because in the Internet, anyone can capture the packets meant for someone else. Some security can be provided by using encryption and tunneling. The common tunneling protocol used is Layer 2 Tunneling protocol and the common encryption mechanism used is Secure Sockets Layer (SSL).
● Integration with Public Switched Telephone Network(PSTN) While Internet telephony is being introduced, it will need to work in conjunction with PSTN for a few years. We need to make the PSTN and IP telephony network appear as a single network to the users of this service.
● Scalability As researchers are working to provide the same quality over IP as normal telephone calls but at a much lower cost, so there is a great potential for high growth rates in VOIP systems. VOIP systems needs to be flexible enough to grow to large user market and allow a mix of private and public services.
●
Voice Over IP : Protocols and Standards
http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/voip_protocols/index.html (2 of 20) [2/7/2000 10:47:54 AM]
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2. H.323 STANDARD This is the ITU-Trsquo;s (International Telecommunications Union) standard that vendors should comply while providing Voice over IP service. This recommendation provides the technical requirements for voice communication over LANs while assuming that no Quality of Service (QoS) is being provided by LANs. It was originally developed for multimedia conferencing on LANs, but was later extended to cover Voice over IP. The first version was released in 1996 while the second version of H.323 came into effect in January 1998. The standard encompasses both point to point communications and multipoint conferences. The products and applications of different vendors can interoperate if they abide by the H.323 specification.
2.1 Components of H.323 H.323 defines four logical components viz., Terminals, Gateways, Gatekeepers and Multipoint Control Units (MCUs). Terminals, gateways and MCUs are known as endpoints. These are discussed below [DataBeam]:
2.1.1 Terminals These are th

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附录A 译文

IP录音：协议和标准

摘要

本文首先论述了关键问题，抑制语音IP（VoIP）是与用户的喜爱。接着讨论今天存在和需要使VoIP不同厂商的产品互操作的协议和标准。主要的重点是H.323和SIP（会话初始化协议），这是信令协议。我们还讨论了网络电话的一些硬件标准。

参见：语音IP产品，服务和问题|语音IP（由Jain博士讲座）|ATM语音| H.323 VoIP相关协议|参考书|语音IP和IP电话

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表的内容

1. 引言
❍ 1.1 主要问题
●
2. H.323 标准
❍ 2.1 H.323的组件
❍ 2.2 H.323 协议栈
❍ 2.3 定义
❍ 2.4 H.323控制和信号
❍ 2.5 H.323上的呼叫建立
●
3. 会话初始协议 (SIP)
❍ 3.1 SIP组件
❍ 3.2 SIP 消息
❍ 3.3 SIP操作概述
❍ 3.4 SIP样本操作
●
● 4. H.323 与 SIP的比较
5. 支持协议
❍ 5.1 媒体网关接入协议
❍ 5.2 RTP 和 RTCP
❍ 5.3 实时流协议
❍ 5.4 资源预留协议
❍ 5.5会话描述协议
❍ 5.6 会话通告协议
●
● 6. 硬件标准
❍ 6.1 SCBus
❍ 6.2 S.100
● 7. 总结
● 附录一：关键的协议和标准功能
● 工具书类
● 缩略语表

1.引言

Voice over IP（VoIP）使用互联网协议（IP）为在IP网络数据包传输的声音。

因此VoIP可以实现任何使用IP数据网络，互联网，内部网和局域网（LAN）。

这里的语音信号数字化，压缩并转换成IP包的IP网络进行传输。信令协议用于建立和拆除的要求，需要进行信息定位用户和谈判能力. 一种网络电话的主要动机是非常低的成本。其他的一些动机：

多媒体通信的需求

语音和数据网络的整合需求

1.1 主要问题

VoIP成为热门，一些关键问题需要解决。这些问题源于这样的事实：IP是专为数据传输而出现由于供应商不符合标准中存在的一些问题。关键的问题是在[ munch98 ]讨论：

语音质量

作为IP被设计用于携带数据，所以它不提供实时保证只提供尽力而为的服务。在IP语音通信成为用户可接受的延迟，需要小于一个阈值和IETF（Internet Engineering Task Force）正在研究这方面的。为了保证语音质量好，我们可以使用回声消除，数据包优先级（优先权的语音包）和前向纠错[单片机]。

互操作性

在公共网络环境下，不同厂商的产品需要与互操作如果语音IP是在用户变得常见。为了实现互操作性，标准被设计为VoIP最常见的标准H.323标准，在下一节中描述的。

安全

存在这样的问题，因为在互联网上，任何人都可以捕获数据包给别人。一些安全可以通过加密隧道。常见的隧道协议采用的是2层隧道协议和常用的加密机制的安全套接字层（SSL）。

与公共交换电话网（PSTN）的集成

而网络电话被引入，它需要与PSTN连接工作几年。我们需要使PSTN和IP电话网络的出现作为一个单一的网络，这项服务的用户。

可扩展性

研究人员正努力在正常的IP电话提供相同质量但价格非常低，所以在VoIP系统高增长潜力巨大。VoIP系统需要有足够的灵活性，以成长为大用户市场，允许混合私人和公共服务。

2. H.323标准

这是ITU-T（国际电信联盟）标准，供应商应同时提供语音IP服务。该建议提供了语音通信的技术要求在局域网同时假设没有服务质量（QoS）是由局域网。它最初是为局域网上的多媒体会议，但后来扩大到包括语音IP。第一个版本发布于1996而H.323第二版一月生效的1998。该标准包括点对点通信和多点会议。产品和不同厂商的应用程序可以进行互操作，如果他们遵守H.323规范。

2.1 H.323 的组件

H.323定义了四个逻辑组件即。，终端，网关，网守和多点控制单元（MCU）。终端，网关和MCU称为端点。这些都是在[ databeam ]讨论：

2.1.1 终端

这些都是局域网客户端终端，提供实时，双向通信。所有的H.323终端必须支持H.245，Q.931，登记入学资格（RAS）和实时传输协议（RTP）。H.245用于允许通道使用Q.931呼叫信令，用于建立呼叫所需的RTP语音包，进行在RAS用于与网守交互的实时传输协议。这些协议已经在本文后面讨论。H.323终端还包括T.120数据会议协议，视频编解码器，支持单片机。一个H.323终端可以与另一个H.323终端通信，H.323网关或单片机。

2.1.2 网关

H.323网关是网络上提供的实时双向通信的端点，与H.323终端在IP网络和其他电信终端在切换网络，或另一个H.323网关。他们执行一个“翻译”即执行不同的传输格式之间的转换功能，如从H.225到H.221。他们也有音频和视频编解码器之间的转换。网关是电信网和互联网之间的接口。他们把声音从电路交换网和放在公共互联网，反之亦然。网关是可选的，端在一个局域网可以直接与对方沟通。当网络上的终端需要与其他网络的一个端点进行通信，然后通过网关使用H.245和Q.931协议。

2.1.3 守门人

它是H.323系统最重要的组成部分和调度职责的“经理”。 它作为中心点

for all calls within its zone (A zone is the aggregation of the gatekeeper and the endpoints registered with it) and provides

所有电话在区（A区是守门人的聚集和注册它的端点）提供在注册终端服务。的一些功能，守门人提供如下[ databeam ] [协议]：

地址翻译：别名地址的传输地址翻译。这是通过使用翻译表，使用注册信息更新。

录取控制：守门人可授予或拒绝基于呼叫授权访问，源地址和目的地址或其他标准。

呼叫信令：守门人可以选择完成呼叫的端点信号和处理呼叫信令本身。另外，守门人可能直接的端点连接呼叫语音IP协议和标准信号通道：直接向对方。

呼叫权限：守门人会拒绝由于授权失败的终端呼叫通过H.225信令的使用。拒绝的原因可能是限制在一些时间段或限制访问/特定终端或网关。

带宽管理：H.323终端的数量控制允许同时访问网络。通过使用H.225信令，看门人会拒绝由于带宽的限制，终端调用。

呼叫管理：守门人可以保持一份持续的H.323呼叫。这些信息可能是要表明被叫终端忙，为带宽管理功能提供信息。

2.1.4 多点控制单元（MCU）

单片机在网络中的三个或更多的终端和网关参加多点会议的能力提供了一个端点。单片机是一个强制性的多点控制器（MC）和可选的多处理器（MP）。MC决定终端的共同能力利用H.245而不履行音频复用，视频和数据。媒体流复用是通过MP的MC的控制下。下面的图[图]显示所有H.323组件之间的相互作用

图1。组件的H.323

2.2 H.323协议栈

下面的图[图2 ]显示了H.323协议栈。音频，视频和注册数据包使用不可靠的用户数据报协议（UDP），数据和控制应用程序包使用可靠的传输控制协议（TCP）作为传输协议。除了T.120协议，其他协议介绍。v T.120协议是用来定义数据会议的一部分。[ toga99]

图2。H.323协议栈

2.3 定义

2.3.1 区

与它的看门人和端点的集合称为一个区注册。

2.3.2 网络地址

每个H.323实体，网络地址分配和地址唯一标识网络上的H.323实体。一个端点可以使用不同的网络地址不同的渠道在同一个电话。

2.3.3 别名地址

别名地址寻址端点提供了另一种方法。它可以是一个电子邮件地址，电话号码或类似的东西。一个端点可以有一个或多个别名地址与它相关的和独特的声音：在IP协议和标准区。

2.3.4 定义标识符

每一个网络地址，每个H.323实体可以有多个程序（传输层服务访问点）的标识符。这些定义的标识符允许多渠道共享相同的网络地址复用。终点有一个众所周知的定义标识符定义：呼叫信令信道定义标识符。网关也有一个众所周知的定义标识符定义：RAS信道定义标识符和一个众所周知的组播地址的定义：发现组播地址[协议]

2.4 控制和信令H.323

H.323提供了三种控制协议，即。h.225.0/q.931呼叫信令，H.225.0 RAS和H.245媒体控制。h.225/ Q.931是配合使用H.323提供呼叫控制信令。从源到接收器主机建立呼叫，H.225 RAS（注册，入场信号）通道使用。在电话已经建立，H.245用于协商媒体流。

2.4.1 H.225.0：RAS

RAS信道用于端点和网守之间的通信。由于RAS消息发送UDP（不可靠的信道），因此建议超时和重试计数的消息。通过RAS信道规定程序[协议]：

守门人发现

这是一个端点的用途来确定它应该注册的把关过程。端点通常组播一个网守请求（GRQ）消息询问其把关。一个或更多的人的反应可能与守门人确认（GCF）消息从而表示愿意为端点的守门人。响应包括网守的RAS信道的传输地址。守门人不想端点注册它可以发送一个守门人拒绝（乔治敦）消息。如果多个网守响应GCF，然后端点可以选择的人注册它。如果没有人响应超时时间间隔内，端点可以转发GRQ。

端点注册

这是该进程的终点加入区并通知其运输人的别名地址。所有端点通常与网关守卫注册是通过发现过程确定。一个端点发送注册请求（RRQ）来把关。这是送给看门人的RAS信道传输地址。端点从看门人发现过程的把关人的网络地址，使用众所周知的RAS信道定义标识符。守门人应与登记确认（RCF）或注册拒绝（RRJ）。守门人应确保每个别名地址转化为独特的单一传输地址。一个端点可以通过发送注册请求注销登记（URQ）信息的把关。守门人将响应一个注销确认（UCF）消息。一个看门人可能通过发送注册请求取消一个端点注册（URQ）消息的端点。端点必须响应一个注销确认（UCF）消息

端点位置

一个端点或守门人，别名地址的一个端点，要确定其接触信息可以发出定位请求（LRQ）消息。守门人，请求的端点注册应与位置的确认（LCF）包含联系信息的端点或端点的看门人。所有的守门人，请求的端点没有注册将定位拒绝（干粉）如果他们对RAS信道接收的LRQ招生，带宽变化，状态和脱离The RAS channel is also used for the transmission of Admissions, Bandwidth Change, Status and Disengage messages.RAS信道也用于招生，传输带宽的变化，信息状态和脱离。这些消息是一个端点和一个看门人，是用来提供准入控制和带宽管理功能之间交换。招生请求（ARQ）消息指定请求的呼叫带宽。看门人可能降低要求招生呼叫带宽确认（ACF）消息。一个端点或守门人可能试图修改呼叫带宽的呼叫使用带宽改变请求期间（BRQ）消息。

2.4.2 H.225.0呼叫信令

呼叫信令信道用于携带H.225控制消息。在不包含把关网络，呼叫信令消息直接主叫和被叫端点使用呼叫信令传输之间传递Addresses.地址。假定呼叫端点知道呼叫信令传输地址的称为端点，因此可以直接沟通。那确实含有把关网络，入院的消息交换发生呼叫端点和使用网守的RAS信道传输地址守门人之间。呼叫信令是通过TCP（可靠的信道）。

呼叫信令信道路由

呼叫信令消息可以通过两种方式。第一种方法是在callsignaling网守路由呼叫信令消息通过端点间的看门人路由。另一种方法是直接在端点呼叫信令呼叫信令消息的端点之间直接传递。招生信息在RAS信道守门人交换，其次是交换呼叫信令消息的呼叫信令信道反过来遵循H.245控制信道的建立。

控制信道的路由

当看门人路由呼叫信令的使用，有路线的H.245控制信道的方法。第一个方案建立H.245控制信道的端点之间直接而在第二种情况下，H.245控制通道的建立是通过网守完成。

2.4.3 H.245媒体和会议控制

媒体控制协议H.245是H.323系统利用在呼叫建立阶段已经完成。H.245用于谈判和建立所有的媒体渠道，通过RTP/RTCP协议进行。提供的功能toga99 H.245 [ ]：

确定主从：H.245指定多点控制器（MC）是负责中央控制的情况下，一个叫扩展到会议

能力交换：H.245用于谈判能力的电话时，已经建立。能力交换可以发生在任何时间，在通话过程中，可在任何时间达成一致。

媒体通道控制：在会议端点交换功能，可以打开和关闭媒体的逻辑通道。在H.245媒体渠道抽象为逻辑信道（这只是标识符）

会议控制：会议，H.245提供端点与相互认识和建立所有的端点之间的媒体流模型。

2.5 H.323呼叫建立

程序设定一个电话涉及

发现一个看门人，将该端

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