VoIP網(wǎng)絡中H.323與SIP的比較與互通研究

譚洪川，孫建華

（中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

網(wǎng)絡電話（VoIP）是隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種技術，其基本原理是采用語音編碼算法對語音采樣，然后將編碼壓縮處理后的語音碼流在分組網(wǎng)絡上進行傳輸，并由目的端進行解碼還原為模擬語音，從而實現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)互通語音的目的[1-2]。

VoIP中，主流的協(xié)議標準有兩個，一個是由國際電信聯(lián)盟（ITU-T）提出的H.323系列協(xié)議，目標就是把網(wǎng)絡電話當作傳統(tǒng)電話使用，僅是把原電信網(wǎng)的電路交換傳輸變成了互聯(lián)網(wǎng)的分組交換傳輸；另一個是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）提出的會話初始協(xié)議（SIP，Session Initiation Protocol），目標是將網(wǎng)絡電話作為互聯(lián)網(wǎng)上的一個應用而非傳統(tǒng)電話。

H.323和SIP具有較多相似之處，如：信令控制相同，都需完成呼叫控制過程；支持的業(yè)務相同，都以語音為主的多媒體業(yè)務；媒體傳輸協(xié)議相同，都采用實時傳輸協(xié)議（RTP，Real-time Transport Protocol）。但二者由于提出方的理念不同也存在一定的差異。H.323和SIP在VoIP中均得到了不同程度的應用，在相當長的一段時間內(nèi)都將長期共存，因此解決這兩種不同網(wǎng)絡之間的互通至關重要。

1 協(xié)議簡介

1.1 H.323協(xié)議

H.323定義了在分組網(wǎng)絡上多媒體通信的協(xié)議集，由一系列功能清晰的協(xié)議模塊組成。H.323協(xié)議包括用于建立連接的H.225，用于安全的H.235，用于媒體控制的H.245，用于業(yè)務互操作的H.246，用于大型會議的H.332，用于補充業(yè)務的H.450等[3]。

H.323系統(tǒng)一般由網(wǎng)關（Gateway）、網(wǎng)守（Gatekeeper）、多點控制單元（MCU）、終端（Terminal）等部分構成[4]，其網(wǎng)絡結構如圖1所示。

圖1 H.323系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構

H.323網(wǎng)關是電路交換網(wǎng)絡與分組網(wǎng)絡之間的網(wǎng)關設備，分別完成電路交換側與IP側的呼叫建立和釋放；完成語音編碼方式的轉(zhuǎn)換、信令協(xié)議的轉(zhuǎn)換；實現(xiàn) H.225、H.235、H.245等協(xié)議；支持的語音編碼包括G.711、G.723、G.729等。

H.323網(wǎng)守的功能主要是實現(xiàn)對網(wǎng)關的控制，提供地址翻譯、訪問控制、帶寬控制等功能，需支持H.225、H.235、H.245、H.323等協(xié)議，通常采用分級網(wǎng)守的組網(wǎng)方式實現(xiàn)。

H.323多點控制單元（MCU）是構成多點會議的終端設備，主要包括兩部分：多點控制（MC）和多點處理（MP）。MCU對H.323會議終端的所有信令和媒體數(shù)據(jù)進行處理與轉(zhuǎn)發(fā)。

H.323終端是直接面向用戶，提供雙向?qū)崟r通信的節(jié)點設備，如IP電話機、PC軟電話、多媒體終端等。而模擬電話則是通過網(wǎng)關接入H.323系統(tǒng)的。

1.2 SIP協(xié)議

SIP協(xié)議是類似于超文本傳送協(xié)議（HTTP）的基于文本的信令協(xié)議，充分利用HTTP幀中的頭域、認證機制、編碼規(guī)則以及錯誤代碼等。SIP采用客戶端/服務器（CS，Client/Server）的控制方式進行信息交換，并采用會話描述協(xié)議（SDP，Session Description Protocol）進行媒體及會話能力的描述。

SIP協(xié)議堅持簡單化與開放性原則，設備的復雜性在網(wǎng)絡邊緣。SIP主要完成五項功能：找到用戶位置、確定用戶是否可用、確定用戶能力、建立會話、管理會話[5]。SIP共規(guī)定了6種信令：呼叫邀請和會話響應信令、屬性查詢信令、客戶注冊信令、取消已發(fā)出請求信令、結束會話信令。

圖2描述了SIP系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構，包括用戶代理（UA，UserAgent）和網(wǎng)絡服務器。

（1）UA

UA是指向網(wǎng)絡服務器發(fā)送請求并與之建立連接的終端設備或者應用程序，包括支持SIP協(xié)議的軟硬件，如IP電話機、含SIP客戶端軟件的PC機。每個 UA又包括用戶代理客戶系統(tǒng)（UserAgent Client）和用戶代理服務系統(tǒng)（UserAgent Server）。用戶代理客戶系統(tǒng)用于向用戶代理服務系統(tǒng)發(fā)出SIP請求并建立連接。用戶代理服務系統(tǒng)接收用戶代理客戶系統(tǒng)的請求，并給予接受、重定向或拒絕的應答。

圖2 SIP系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構

（2）網(wǎng)絡服務器

SIP系統(tǒng)中，網(wǎng)絡服務器主要有4類：代理服務器、注冊服務器、定位服務器、重定向服務器，它們可分布在不同的物理實體中，也可以共存于一個設備。

1）代理服務器：負責接收UA發(fā)來的呼叫請求消息，并代表UA將請求發(fā)送給相應的服務器，并根據(jù)收到的應答對用戶做出響應。它可以改寫原請求消息中的內(nèi)容。

2）注冊服務器：接收客戶端的注冊請求，完成用戶地址的注冊。并從用戶當前的地址中接收更新信息，同時還負責維護數(shù)據(jù)庫中所有用戶的當前位置列表。

3）定位服務器：SIP系統(tǒng)中，除通過注冊服務器來維護用戶的位置列表以外，也可以利用其他定位服務器的域名系統(tǒng)（DNS）、輕量目錄訪問協(xié)議（LDAP）等提供的定位服務來增強其定位功能。

4）重定向服務器：接收代理服務器的SIP請求，并為其指出轉(zhuǎn)發(fā)消息下一次應該送達的代理服務器的地址。

2 協(xié)議比較

H.323協(xié)議和SIP協(xié)議都能通過IP網(wǎng)實現(xiàn)建立、維持、監(jiān)控和終止設備間的連接過程，在功能實現(xiàn)層面是完全相同的，但在協(xié)議本身實現(xiàn)的過程卻有較大的區(qū)別[6-7]。

1）編碼方式：H.323協(xié)議采用了抽象語法標記（ASN.1）的二進制編碼方式，信令復雜、不直觀；SIP協(xié)議采用的是文本編碼方式，頭域含義一目了然，如From、To等域名，所以消息非常簡單。

2）地址格式：H.323支持多種地址格式，有H.323-ID、E.164-ID、電子郵件（Email）身份標識、統(tǒng)一資源定位符（URL）標識、傳送身份標識（transport-ID）等地址類型；而 SIP協(xié)議支持的地址類型主要是類似于Email形式的SIP URL格式。

3）控制消息：H.323的呼叫控制信令包括注冊、認證、狀態(tài)消息和H.225控制消息；SIP的呼叫信令采用SIP消息。

4）會話能力協(xié)商：H.323采用H.254協(xié)議來進行能力協(xié)商的會話控制，媒體參數(shù)協(xié)商信令和呼叫建立過程是分開進行的；而SIP采用的是SDP進行媒體及會話能力的描述，其會話請求過程和媒體參數(shù)協(xié)商是同時進行的。

5）呼叫建立過程：H.323的呼叫建立涉及3條信令：用于終端與網(wǎng)守之間注冊、授權、改變帶寬、脫離解除等過程的 RAS(Registration Admission Status）信令；用于建立兩個終端之間連接的H.225呼叫信令；用于傳送終端間的主從判別、能力交換、邏輯信道的打開和關閉、模式參數(shù)請求等的 H.245控制信令，H.323的呼叫建立時間較長。

SIP是基于文本的CS模式的協(xié)議，利用請求、響應、證實的機制實現(xiàn)會話控制，呼叫控制的信息是封裝在SIP消息的報頭里面，呼叫建立過程相對較短，簡單明了。

3 協(xié)議的互通

H.323和SIP的互通其實就是信令的互通（或轉(zhuǎn)換），需要一種互通信令網(wǎng)關來實現(xiàn)?；ネㄐ帕罹W(wǎng)關的結構如圖3所示，包含H.323協(xié)議棧、SIP協(xié)議棧和控制與轉(zhuǎn)換單元?；ネㄐ帕罹W(wǎng)關既可以同H.323網(wǎng)絡中的網(wǎng)守合并為一個設備，也可以同SIP網(wǎng)絡中的代理服務器合并為一個設備，部署方式十分靈活[7-8]。

圖3 互通信令網(wǎng)關的結構

1）H.323協(xié)議棧：負責呼叫信令及控制消息與H.323網(wǎng)絡之間的收發(fā)，包含向H.323網(wǎng)守進行注冊，使互通信令網(wǎng)關成為H.323網(wǎng)絡的一個網(wǎng)關設備。

2）SIP協(xié)議棧：負責SIP消息與SIP網(wǎng)絡之間的收發(fā)，包含向服務器的注冊與定位，使互通信令網(wǎng)關成為SIP網(wǎng)絡的一個網(wǎng)關設備。

3）控制與轉(zhuǎn)換單元：實現(xiàn)H.323的各控制信令和SIP消息的翻譯與映射，包括地址轉(zhuǎn)換與映射、消息轉(zhuǎn)換與映射、媒體能力協(xié)商。

（1）地址轉(zhuǎn)換與映射

H.323和SIP所支持的地址格式是不同的，在兩個網(wǎng)絡之間交互必須首先對地址進行轉(zhuǎn)換，這就要求互通信令網(wǎng)關不但能夠自動識別消息中的地址類型，而且還要根據(jù)地址映射的規(guī)則將其變換為對端的地址類型。如將SIP URL中的電話號碼形式映射為H.323的E.164標識；將H.323中的IP地址或者傳輸端口標識映射為SIP URL中的主機（Host）字段等。

（2）消息轉(zhuǎn)換與映射

消息轉(zhuǎn)換與映射主要包括消息格式的轉(zhuǎn)換和消息內(nèi)容的映射兩個方面。

消息格式的轉(zhuǎn)換：H.323 協(xié)議采用ASN.1編碼方式，而SIP消息是基于文本的，采用通用轉(zhuǎn)換格式（UTF-8）編碼方式，兩種協(xié)議的消息格式轉(zhuǎn)換主要是ASN.1編碼和UTF-8編碼之間的轉(zhuǎn)換。

消息內(nèi)容的映射：H.323與SIP之間的消息映射是根據(jù)通信流程的規(guī)則進行不同協(xié)議消息內(nèi)容的轉(zhuǎn)換。通常，消息映射是一對一映射的，如：將 SIP側的邀請消息映射為H.323側的呼叫建立或接入請求消息；將H.323側的建立連接消息映射為SIP側的“200 OK”成功響應消息。消息映射也有一到多映射的情況，如釋放呼叫的消息轉(zhuǎn)換，即是將 SIP側的BYE消息映射為H.323側的一系列呼叫，包括：H.245 會話結束、H.225釋放結束、RAS呼叫退出請求。

（3）媒體能力協(xié)商

兩個不同類型網(wǎng)絡中的終端雙方在呼叫發(fā)起時需相互協(xié)商對方的媒體能力，才能打開RTP通道以發(fā)送雙方均支持的編解碼媒體包。H.323是采用H.245進行媒體能力協(xié)商，而SIP采用SDP進行媒體能力協(xié)商。媒體能力協(xié)商主要包括語音碼流的編解碼方式集合、IP 地址和端口號、回聲控制的使用等。因此，互通信令網(wǎng)關在進行呼叫信令轉(zhuǎn)換的同時，需具備H.323 網(wǎng)絡和SIP網(wǎng)絡的媒體協(xié)商能力，并且需準確解釋媒體能力，避免產(chǎn)生誤解。即：要求互通信令網(wǎng)關接收到SIP網(wǎng)絡發(fā)出的呼叫請求時，就從其媒體字段獲得媒體格式和能力的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為對應的 H.245能力交換信息；同樣它也能將H.245協(xié)議描述的媒體格式和能力轉(zhuǎn)換為對應的SDP能力交換信息。

4 結語

VoIP 技術已逐漸成為語音技術發(fā)展的主流，其中的H.323協(xié)議沿用的是傳統(tǒng)的電話信令模式，最大優(yōu)勢在于技術成熟，有不少的H.323產(chǎn)品；而SIP協(xié)議則借鑒了互聯(lián)網(wǎng)的標準和協(xié)議，具有簡單、開放和可擴展的優(yōu)勢?？傮w來說，H.323和SIP是兩個各有側重、目標相同、相對完整的協(xié)議體系，協(xié)議本身并沒有絕對的先進性，不會出現(xiàn)絕對取代的情況。因此，解決H.323與SIP之間網(wǎng)絡互通的信令網(wǎng)關具有重要的地位。隨著IP網(wǎng)絡的不斷發(fā)展和協(xié)議的不斷完善，互通信令網(wǎng)關的功能與適配性將會越來越成熟，使兩類網(wǎng)絡能更加緊密得結合在一起，滿足更廣泛的用戶需求。

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