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1、 网络优化技术讲义 （CCNP ONT） Module 2 Describe Cisco VoIP Implementations Lesson 1 Introducing VoIP Networks Benfits of Packet Telephony Networks 高效的利用带宽和设备：传统的电话网络提供了 64kb 的语音隧道，分组电话技术可以 共享网络上其他的带宽。 低成本的传输：分组电话技术可以从数据流量中静态统计多个语音流量 巩固了网络开支：语音直接转换成数据包，进入到包交换的架构中。 改进了雇员通过 IP 电话提供的生产力 IP 电话实现了商务通信设备：最直接查找应用层数据
2、库，将电话集成到商务应用中 基于软件和无线的电话提供了可移动性 引入新的通信设备：PDA 分组电话组件： 电话：为用户提供电话的特点，包括 IP 电话、基于软件的在 PC 上操作的电话、传统 电话 网关： 多点控制单元：为会议准备，如果有多个用户参与呼叫，则所有的会议成员把他们的多 媒体发送到多点控制单元，这样他们之间可以互相交流。 应用层服务：提供基于 XML 的 IP 电话，IP 电话可以直接访问数据库或者号码簿。 网闸（gatekeepers） ：提供呼叫任务控制，为呼叫路由翻译电话号码、名字到 IP 地址 呼叫中心：提供呼叫控制、CAC、带宽控制、地址翻译服务、 视频终端：为用户提供视
3、频电话技术。 VoIP 的两种基本实现方法： 模拟接口： ? FXS：用于 PSTN、PBX side of an FXS-FXO connection，连接电话或者传真 ? FXO：用于 end device side of an FXS-FXO connection ? E&M：turnk、在交换机之间使用。 数字接口：T1、E1 电话呼叫阶段： Call setup：检查呼叫路由的配置决定目的地，配置指定了需要的带宽，CAC 决定带宽 是否满足，如果满足，将产生一个 setup 消息：交换语音的设备的 IP 地址、DUP 端口 号、数字语音的格式。 Call maintenance：监控
4、数据包的数量、数据包丢失、延迟，判断传输的质量 Call teardown：终止会话，并为其他呼叫做准备 分布式呼叫控制（通过网关自动实现） process dialed digits and route the call：发起会话 supervise the call：监管会话 terminate the call：终止会话 集中式呼叫控制： 两个网关之间有个呼叫中心 语音网关必须启用 MGCP 协议， 所有的行为由呼叫中心控制。呼叫路由表，仅仅存在于呼叫中心 2 Lesson 2 Digitizing and Packetizing Voice 语音编码基础： 模数转换：在电话与路由器的
5、FXS（foreign exchange station）接口进行转换，路由器 将模拟信号转换为数字信号，然后封装到 IP 数据包中。由 DSP（数字信号处理器）来 完成 1. 从模拟信号中抽取样本（sampling） ：周期性的抽取，样本的输出结果是 PAM 信号 2. 将样本量化（quantization） ：PAM 信号匹配分组尺寸 3. 将数值编码为 2 进制：encoding 4. 对样本进行压缩以减少带宽（可选） ：compression 数模转换：有 DSP 来完成 1. 如果抽样压缩了的话，那么将进行解压缩 2. 解码抽样，重建 PAM 信号 3.从 PAM 信号中，重建模拟信
6、号。 Nyquist 定律 ? 抽样频率会音响数字信号的质量 ? Nyquist 定律决定了模拟信号的最小抽样频率 ? Nyquist 定律表明：抽样频率应该至少是最大 tunnel 频率的 2 倍。 ? 电话频率是 3003400Hz，数字语音抽样频率是 8000Hz 量化： ? 表示了一定的振幅数值 ? 将模拟信号分成数值，256steps，PAM 尽量是量化后的值接近原始的模拟信号。 ? 线性量化：适用于在小信号中较低的 SNR， ? 对数形量化： 数字语音编码： ? 每一个抽样使用 8 比特来进行编码：1 比特 polarity，3 比特 segment，4 比特 step ? 需要
7、64kbs 的带宽 ? 基于线路的电话网络使用 TDM 来合并多个 64kbs 隧道为一个信号物理线路 DSP（数字信号处理器） Voice termination：是一种电话应用中的特定处理器、将模拟语音转换为数字格式、提 供压缩、取消回应、VAD、CNG、避免抖动 Conferencing：将多个 party 融合成一 incoming steams Transcoding：可以将一种编码转换为其他编码。 Lesson 3 Encapsulating Voice Packets for Transport End-to-End Delivery of Voice Packets 模拟电话链
8、接到 CO 交换机 CO 交换机在模拟和数字之间进行转换 当呼叫建立之后，PSTN 提供：端到端的专用线路、利用固定的带宽进行同步转换 CO 交换机利用 G.711 编码将模拟信号转换为数字信号 Voice Transport in IP Networks 模拟电话连接到语音网关 语音网关在数字和模拟之间进行转换 当呼叫建立之后，IP 网络提供：数据包转发、共享带宽 3 语音被封装成 IP 数据包 语音封装中用到的协议 TCP、UDP、RTP（实时传输协议） VoIP 使用 DUP 和 RTP 原因： ? reliability：不需要进行三次握手，不需要面向链接的服务 ? reorderin
9、g：UDP 不提供这种功能，但是 RTP 提供，RTP 能够使得数据包的顺序正 确。 ? Time-stamping： ? Multiplexing：RTP 不识别多个 call，但 UDP 的端口可以协商范围：1638432767 ? Others：TCP 的头部大于 UDP 的头部，小的头部可以减轻带宽需要。 RTP 头部压缩 目的是为了减少带宽负担，增大带宽利用 RTP 不仅仅压缩 RTP 的头部，还可以压缩 IP 和 UDP 的头部 Lesson 4 Caluclating Bandwidth Requirements 语音采样和数据包大小对带宽的影响 Packet rate：每秒钟封
10、装语音数据包的数量 Packetization size：封包尺寸定义了要将多少比特封装到数据包中才能反映出语音信息 IP overhead：定义了在 IP 封装中要有多少字节添加到语音信息中。 Data link overhead：定义了在数据链路封装中添加的字节数 Tunneling overhead：定义了在隧道协议中添加的字节数 数据链路层开销 针对 VoIP 的开销：18 比特 for Ethernet、22 比特 for802.1Q、6 比特 for FR 或者 PPP 安全和隧道开销 因为要增加安全或者隧道，所以要增加额外的字节，增加数据包的长度 VAD 的带宽效应 VAD（vo
11、ice activity detection） VAD 的特点： ? 检测停顿 ? 抑制“无音设备”的传输 ? 依靠很多因素：声音类型、背景声音的级别 ? 可以节省 35%的带宽 Lesson 5 Implementing Voice Support in an Enterprise Network 企业语音的实现 网关和网阀 cisco 统一的呼叫管理器（cisco unified callmanager）和 IP 电话 Cisco 路由器上的语音网关功能 将传统的电话设备链接到 VoIP 将模拟信号转换为数字信号 将语音封装到 IP 包里 提供语音压缩 提供 DSP（数字信号处理器）来支持
12、会议技术和视频转码技术 支持 IP 电话情景再现 4 为 IP 电话扮演呼叫中心角色 提供 DTMF 中继和传真 cisco 统一的呼叫管理器功能 call processing：包括呼叫路由决定 Dial plan administration：扮演呼叫中心的角色和 MGCP 网关，减少设备对本地呼叫路 由的需要。 Signating and device control： Phone feature administration：整个的 IP 电话配置将储存在其中 Directory and Extensible Markup Language： Programming interface
13、 to external application： 企业 IP 电话部署模型 Single site： 仅限于本地IP电话， CallManager集中在单点上。 IP WAN is not used for voice、 PSTN is used for all external calls、 Multisite with centralized call processing： CallManager 集中在单点上， 适合本地和远程 IP 电话。 Multisite with distributed call processing：CallManager 集中在多点上，仅限于本地 IP 电
14、 话。 Clustering over WAN：在多点上进行分布，仅限于本地 IP 电话 IOS 中的语音配置命令 对于几个基本的 VoIP 配置来说， 需要配置两个语音网关， 而且都要有 IP 地址， 并相连。 举例说明： hostname R1 interface FastEthernet 0/0 ip address 10.1.1.1 255.255.255.0 ! 整个的 dial peer 描述了一个语音网关的所有呼叫路由 dial-peer voice 1 pots POST=plain old telephone service ，意思就是能够在 destination-patt
15、ern 1111 物理接口指定电话号码 port 1/0/0 ! dial-peer voice 2 voip 描述了 VoIP 设备的 IP 地址 destination-pattern 2222 session target ipv4 :10.2.2.2 ! CAC（call admission control） 限制了同时发生语音呼叫的数量 阻止了由于大量的语音流量而占据了 WAN 的过量资源 是因为 QoS 无法解决语音过量的问题 Module 3 Introduction to IP QoS Lesson 1 Introducing QoS 融合型网络中与 QoS 相关的问题 Lac
16、k of bandwidth：多种数据流竞争有限的带宽，最大的可用带宽等同于最低速率的线 5 路带宽。 解决方法： ? 升级链路 ? 优先转发重要的数据包： 最基本的排队机制是 FIFO、 WFQ （weighted fair queuing） 、 CBWFQ（class-based weighted fair queuing） 、LLQ（low latency quening） ? 压缩第二层数据帧：两种算法：stacker、predictor ? 压缩数据包的头部：压缩 TCP 头部或者 RTP 头部 End-to-end delay：数据包不得不穿越多个网络设备和链路，这样将增加延迟 种类： ? processing delay：检测并将数据包转发到出接口。 （不可预测的） ? queuing delay：排队等候。 （不可预测的） ? serialization delay：将封装在数据帧中的数据包中的比特放入物理介质上所需要的 时间。 （固定的） ? propagation delay：传播所花费的时间。 （固定的） Variatio
