網路電訊的介紹

網際網路帶來前所未有的產業革命，造就了「新經濟」這個新名詞，同時，也因為網路技術的不斷革新以及頻寬的持續擴增，透過網路來傳遞語音多媒體服務已成為一種新的趨勢。網路電話VoIP (Voice over IP)就是在這股趨勢下的產物，它整合了語音、資料甚至於視訊在同一平台傳輸，讓廣大的使用者感受到前所未有的服務，也使更多的應用在網路上實現。

VoIP目前所採用的標準是由ITU-T機構制定的H.323協定， H.323是由國際電信大廠共同參與制定的標準，它最大的優點是把傳統電信的接續及通話方式妥善的整合在網際網路的世界中；缺點在於其訂定的標準規格十分複雜且龐大，這也造成網路業者在跨入電信領域時學習上的困難、實作的成本過高、連結設定的複雜度、以及在異質網路上互通性的困難度。由於這種電信的門檻限制，使得許多網路公司在跨足電信領域時裹足不前。因此，在國際上漸漸有些機構大聲疾呼，希望針對VoIP提出一個簡單、並且容易實現的架構，因此，SIP這個在VoIP所提出的一個新的協定標準，能夠一一解決這些問題。

如果你是下一代電信服務提供者，相信對SIP應該不會陌生，而且現在已經有愈來愈多的VoIP產品都是植基於SIP-Base所發展出的，它在通話訊號接通的處理上充分利用網際網路現有的功能與威力，SIP格式就如同現在所廣泛使用的如HTTP、DNS(Domain Name System)、E-mail等語法，因此下一代的VOIP協定將更容易瞭解，只要你有一些網路及電信背景，你就可以很輕鬆的接受新一代的標準並駕馭它。

回顧傳統電信

起源於1876年的貝爾實驗室所發明的公眾交換網路電話系統(Public Switched Telephone System;PSTN)，後經過不斷的改進及努力，使得電話系統發展成一個複雜而完備的電信網路。近幾年來，隨著智慧型網路系統的發展(IN/ANI)，在傳統PSTN電信網路下透過SS7(Signaling System 7)訊令控制可以提供許多附加服務，包括來話顯示(Caller ID)、通話等待、多方會談、語音郵件、選擇鈴聲以及目錄資訊等。在全世界中，電信事業大多為政府的獨佔事業，雖不斷提升服務，但進步的幅度仍令人詬病，再加上成本高及不夠創新，在新一代的電信網路來臨前，傳統電信似乎也面臨了前所未有的挑戰與衝擊。

INTERNET挑戰PSTN

我們可將PSTN劃分為二，分別為電路交換傳輸層(Circuit Switched Transport Layer)及控制層(Control Layer)。傳輸層是由終端使用者連結交換器及內部連結縱排交換器所組成；而控制層是由電腦(訊號傳輸端點)、資料庫(服務控制端點)、和服務端點所組成。這些電信網路元件也是使得構成PSTN最基本的元件，若再將傳輸層再往下劃分，所有的訊號傳輸都是透過SS7控制電信網路。

傳統電信是以電路交換(Circuit Switch)方式建立連線，當建立連線後，便佔用此線路，直到某一端終止連線，該線路才會釋放出來，自然線路成本較高，而Internet所運用之分封交換(Packet Switch)則不同，封包傳遞是透過Router及Switch轉送，不僅不會獨佔資源，也可讓網路發揮最佳效能，使資源可充份應用。公眾服務網路與網際網路的交換技術不同之處如(表一)所示。

《表一　電路交換與分封交換網路特性比較》

由於網際網路的普及，大量的軟體創新開發並應用廣泛，當然這也促成了新的應用在電話網路上，相當多的研究人員專注於提供即時的網路語音傳輸服務，並發展了新一代的網路電話系統，新一代的網路電話系統會建立在IP、TCP、UDP之上，它運用的技術正是網路協定中最基本的元件，但這種Internet環境中傳遞語音，也面臨了網路特性所產生的問題，現階段仍有許多問題極待克服，但相信長久以來的電信獨佔壟斷事業，在不久的將來即會瓦解，新一代的電話系統將領軍取代傳統電話系統。

網路電話的優點

VoIP的電話系統將可節省大量的成本，網路電話公司大約幾千萬的資本額即可與數千億資本額的電信霸業競逐，由於可結合資料、語音、影像等資料，可提供更多元化的服務，並增加效能及低成本的軟體開發，未來當網路電話應用在電子商務中，將可帶動更多軟體業投入發展更人性及完備之應用軟體。

網路電話的挑戰

有三個因素造成現階段網路電話瓶頸，第一為語音必須作類比與數位轉換、第二為頻寬網路服務品質(QoS)控制、第三為整合傳統電信網路及VoIP網路。由於網路電話現階段應用並不普及，因此策略必須整合傳統電信，這種整合網路提供一個起始端的VoIP電話到目的端PSTN電話，這些異質網路的整合，會造成通話或路?過長產生延遲的原因。

IP通信延遲的原因

●解碼(CODEC)需0.03秒

●處理延遲約0.01秒

●接收處理延遲約0.01秒

●解壓縮延遲0.03~0.06秒，故在資料處理上最少需0.1秒

●額外延遲即緊張緩衝(jitter buffer?!)約0.04~0.06秒

●以上在Phone to Phone或Ethernet to Ethernet共需0.17+0.1秒延遲

●在IP Phone to Phone經Modem處理故額外需0.05秒

●在IP Phone to IP Phone經Modem則需２倍的0.05秒

●人類聽力反應約在0.25~0.28秒

●在電路回路切換延遲需低於0.1秒

此外，當網路電話建立連線時，存在許多轉換及相關的問題，如下所述：

●對語音及影音資料編碼

●位址的轉換(如e-mail轉換成一般的電話號碼)

●頻寬的需求

●對通話兩方作身分鑑別

●通話的轉輸及轉換

●通話對方的所在位址

此外，通話訊號必須提供介於傳統電話系統及網路電話系統的介面，SIP(Session Initiation Protocol)可被使用於這種介面的提供，以下我們將介紹SIP的各種特性及運作。

SIP的介紹

Session Initiation Protocol，簡稱為SIP，已經被國際機構IETF 制定為標準草案Internet Draft, RFC 2543。

SIP是屬於網路傳輸第七層也就是應用層(application-layer)的控制協定，它的作用是負責建立一位以上使用者之間的通話聯繫，同時也支援網際網路中多媒體視訊會議的聯繫功能。SIP是一種植基於文字模式(Text-based)的編碼方式，因此能借助Internet中熟悉的HTTP、DNS(Domain Name System)及E-mail格式作為協定格式內容。此外，SIP協定內容包含了會談描述協定(Session Description Protocol，簡稱SDP)，它的目的是為每一個Session建立時的參數設定。

SIP提供的服務有通話轉送(Call Forwarding)、通話轉換(Call Diversion)、個人行動(Personal Mobility)、通話雙方身分鑑別(Calling and Called Party Authentication)、端點溝通(Terminal Capabilities Negotiation)及多方視訊會議(Multicast Conferencing)等多種通話控制功能。

SIP標準中有幾個標準的元件分別處理包括連結通話(call setup) 、通話的接通與中斷(termination)、通話組態(call configuration)以及資料傳輸等狀態。這其中，由SIP負責通話的連結與中斷設定；由SDP負責通話組態；RTP負責資料傳輸，RTCP則負責資料流的管理工作。在SIP環境裡每個元件各職所司，分工負責。

SIP協定下產生的資料流可在UDP、TCP、及Frame Relay傳輸。考量其成本、目錄服務等因素，SIP在建立通話協定時通常都是發生在第三層TCP/IP，有關於語音、影音的部分是透過RTP協定 經由 UDP傳送。採UDP傳送語音、影音資料的主要考量，為整個信息可在單一封包中傳送，如果SIP信息還分割成多個封包資料時，所耗費的運算時間成本會增加，愈多的封包被切割，可能造成封包遺失的情形就愈容易產生，當SIP在廣域網路(WAN)傳輸時，因封包遺失而造成封包重送時，也會造成訊號傳輸重疊問題。一般我們設定SIP 內定通訊埠為5060，而這通訊埠也可作為RTP/RTCP辨別SIP Client端傳送信息之用。

SDP協定

SIP協定中利用SDP作為描述每一個Session屬性，它的好處是結構簡單，處理速度快。SDP的參數內容也會結合在傳送的信息中，並成為信息的一部分，SDP扮演的角色就如同H.323中的H.245一般，SDP的表頭也編碼成ASCII格式，其表頭包括了：

1.Session的名稱與目的

2.Session是否有效

3.媒體包含Session

4.傳輸的位址及Session媒體格式

5.使用多少頻寬

6.一些資訊(包括了是由何發送此Session)

SDP媒體敘述包括了：

1.媒體的類型 (語音/影音)

2.傳輸的協定 (UDP、TCP、RTP)

3.媒體的格式 (H.261、MPEG)

4.對IP廣播Session中的廣播位址

5.對IP廣播Session中的傳輸埠

6.對IP單一Session的遠端位址

7.對IP單一Session的傳輸埠而言

8.Session開始及中止次數

RTP協定

SIP協定中利用RTP作為兩端點間傳輸語音/影音資料的協定，RTP包含三種特性：

1.循序號碼：在目的端會將收到之封包依照順序作一重整排序，並主即播放，UTP協定中並沒有保證一定送達到對方，並且也沒有依照順序播放，此一協定可彌補此UTP不足。

2.時戳：當Client端在播放封包的時候，同時也播放後續傳送來之封包資料，因此透過時戳可作為封包送出及接收的參考依據，以免有慢到之封包與新接收之封包混在一塊、或延遲轉換、Jitter等，而減少或降低語音/影音傳輸品質。

3.壓縮標準：為減少頻寬的使用，對語音/影音資料需作壓縮編碼，但壓縮標準有很多，必須在RTP註是係採何種編碼標準。

RTCP協定

即時控制協定RTCP(Real Time Control Protocol)的目的是提供回饋資料傳輸品質統計給所有Client端，這些統計包含某一期間內接收數據、封包遺失、封包延遲轉換等統計，Client端在接收到這些統計報表後，可自行控制調整適當之演算法，此外RTCP可對網路診斷提供絕佳的參考依據。

再者，SIP Server的建構可使SIP網路傳輸更為容易，一般可將SIP Server分為兩類：一種為Proxy Server，一種為Redirect Server，無論是採用那種類型，SIP操作都是相互依賴，在Proxy Server模式中，Proxy Server作兩端UAs轉送代理的服務，而Redirect Server則單純回應呼叫端所欲傳送目的端位址，而不居中作轉送的服務。

Proxy Server Operation

Proxy Server扮演的角色類似HTTP系統中的Proxy Server，Proxy Server介於兩個Client端間，當通話建立時，透過RTP傳輸的語音/影音資料都會直接透過Proxy Server作溝通橋樑，當各Client的設定改變時，會直接向Proxy Server註冊並更新資料。如(圖一)所示，當 LNi@cctt.com 向 davidliu@hivocal.com 發出通話邀請時，Proxy Server，接受這個邀請並到Location Server去查詢davidliu目前的位置(真正的位置所在，因為hivocal.com只表示一個domain，並不代表真正的位置)，david.hivoca.com，然後Proxy server再向該位置發出邀請，待davidliu接受之後會回應200 OK的訊息，LNi@cctt.com收到後再發出ACK即可完成連線，此模式為一個最基本的SIP Call Setup 流程。

《圖一　Proxy Server Operation》

Redirect Server Operation

當Client欲建立連線提出請求時，SIP中的Redirect Server會通知欲連線目的端之URL位址，Client再直接與目的端連線，Redirect Server並不作彼此雙方連線之媒介，當各Client的設定改變時，會直接向Redirect Server註冊並更新資料。如(圖二)所示，當 LNi@cctt.com 向 davidliu@hivocal.com 發出通話邀請時，Server接受此邀請，並向Location Server查詢davidliu的所在位置，此時發現davidliu更換到howa.hivocal.com，所以就回應Moved訊息給 LNi@cctt.com ，並告知davidliu目前的位置，此時 LNi@cctt.com 發出ACK表示了解之後就會直接到howa.hivocal.com去邀請davidliu，待davidliu接受邀請之後便可以完成連線，此一模式便是SIP 的Redirect service。

《圖二　SIP Redirect Operation》

SIP位址

:SIP位址會令一般使用E-mail的人感到熟悉，因為SIP位址傳遞就是採E-mail格式，當然使用者也可用使用者名稱及電話號碼，以下所列即為典型的SIP URLs格式：

●sip: graceland@ixlmemphis.com (Host Independent)

●sip: bill@whitehouse.gov (Host Specific)

●sip: +1-800-555-1212@information.att.net

一般來說，使用者通常都不太容易記得每一個人的SIP位址，此問題可透過全球網際網路中的搜尋引擎或目錄服務來解決。舉例來說，欲查詢台北市市長，輸入「馬英九」，透過搜尋引擎及目錄服務即會回應確實的URL名稱，如InJou_Moun@taipeicity.gov.tw ，再者SIP Server會解決主機獨立URL到專屬URL位址，如SIP:InjouMOU@governorsmansion.taipeicity.gov.tw，然後再透過DNS即可將URL位址轉成IP位址傳送，正確的傳送到目的端。

SIP與H.323比較

(表二)顯示了H.323與SIP協定的相異之處，在H.323欄中可清楚知道H.323定義並使用了很多協定傳輸，這會造成網路必須花費相當的時間去執行H.323機制，此外H.323所耗費的相關資源也大於SIP機制，並且可得知，由於SIP的簡單及清楚，全功能的SIP Client機制也許僅只花費二個月就可完成。

《表二　SIP 與H.323比較表》

顯示H.323與SIP所含之規格所佔長度大小及複雜程度，SIP相對於H.323就明顯所佔長度較小，所佔用頻寬也較小，此外SIP的相容性允許在舊版及新版中作連結，但H.323機制中，為了與各種前版相容，每次開發新版本協定時便需提供與舊版連結的功能，在整體實行上也增加其複雜性及容量大小。在未來H.323第三版本中也增加了隱藏通話設定，使得未來通話也可透過UDP來進行傳輸H.225.0及H.245。

結論

雖然目前各種VoIP產品還未真正成熟，但在可見的未來，VoIP將會廣泛應用在日常生活中，也會為不同的使用者、企業量身訂作不同的產品組合，這也可為網路電話市場帶來一片榮景。傳統的電信業者(Carrier)廠商也會因下一代的網路電話發展而面臨更多的挑戰與競爭，每一個業者也必須提供更多的加值服務來滿足顧客的需求，這些當然是將語音、資料、影像及電子商務應用作更充份的結合，一種整合型的網路系統也會開創新的電信革命。

IETF機構所提出的SIP協定是新一代網路電話的解決方案，目前雖然未獲得國際組織的認同並視為業界標準，但其輕薄短小、效率佳、容量小、簡易、清晰等的特性獲得肯定，必將帶領整個VoIP市場另一新紀元。

(作者為聲威網際執行副總經理)