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基本信息
书名：IP电话技术与软交换(第2版)
定价：36.00元
作者：桂海源
出版社：北京邮电大学出版社有限公司
出版日期：2010-01-01
ISBN：9787563521425
字数：
页码：
版次：2
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.499kg
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内容提要
本书较全面地介绍了与IP电话和软交换有关的技术。主要包括IP电话的基本概念，IP电话网的一般结构和IP电话的一般处理过程。具体有：IP电话的技术基础，语音处理技术，H.323协议栈的结构、基于H.323协议的IP电话系统的结构和IP电话网中主要设备的功能；以软交换为核心的下一代网络的主要特点、下一代网络的分层结构和下一代网络各部件之间采用的标准协议（包括SIP协议、媒体网关控制协议H.248和信令传输协议SIGTRAN）；影响IP电话服务质量的主要因素和IP网络为提高IP电话服务质量采用的主要措施；以软交换为中心的下一代网络技术在固定电话网、移动电话网和企业网中的应用方案。
本书是高等院校教学用书，也可作为通信工程技术人员的技术参考书。
目录
作者介绍
文摘
序言
《海源诗语：现代通信的脉络与未来》 第一章：数字通信的基石——从模拟到数字的飞跃 本章将深入剖析通信技术演进的历史长河，重点聚焦于从传统的模拟通信向现代数字通信的根本性转变。我们将追溯模拟通信的起源，理解其工作原理，并探讨其在效率、保真度和可扩展性方面的局限性。随后，我们将详细阐述数字通信的核心概念，包括信号的采样、量化和编码等关键过程，以及这些过程如何通过二进制的语言重塑信息传输。 我们将深入探讨数字通信带来的革命性变化，例如： 噪声免疫力提升： 数字信号在传输过程中对噪声的抵抗能力远超模拟信号，极大地提高了通信的可靠性和清晰度。我们将通过数学模型和实际案例来解释这一原理。 信息压缩与高效存储： 数字信号的二进制特性使得信息可以被高效压缩，从而节省了传输带宽和存储空间。本章将介绍几种经典的信源编码技术，如霍夫曼编码和算术编码，并分析其在实际应用中的效果。 信号处理与增值服务： 数字信号的可塑性使得复杂的信号处理成为可能，这为诸如数据加密、纠错编码、以及各类高级通信业务奠定了基础。我们将探讨一些基础的数字信号处理算法，并预示其在未来通信中的重要作用。 多媒体通信的实现： 从语音到图像，再到视频，数字通信为多媒体信息的融合与传输提供了坚实的技术支撑。我们将探讨多媒体数据在数字域的表示方式，以及如何通过高效的传输协议实现流畅的多媒体体验。 本章还将简要回顾早期数字通信系统的一些代表性技术，例如脉冲编码调制（PCM），并为后续章节介绍更先进的通信技术做好铺垫。通过对数字通信基石的深入理解，读者将能更好地把握现代通信系统的复杂性与精妙之处。 第二章：网络世界的演进——从电路交换到分组交换的转型 本章将聚焦于通信网络结构的核心演变，即从传统的电路交换模式向现代分组交换模式的根本性转变。我们将首先回顾电路交换的历史，理解其在电话网中的核心地位。我们将详细阐述电路交换的工作原理，包括建立专用通信链路、独占信道直至通话结束的特点。同时，我们将分析电路交换的优势，如端到端的连接保证和低时延特性，并重点讨论其在资源利用率、灵活性和成本方面的显著劣势，尤其是在处理突发性、非持续性流量时的低效问题。 随后，我们将深入探讨分组交换这一革命性的技术。本章将详细解析分组交换的核心概念： 数据包的形成与传输： 我们将阐释数据如何被分割成独立的、带有地址信息的“数据包”（Packet），以及这些数据包如何在网络中独立路由和传输。 存储转发机制： 详细解释网络节点如何接收、存储、再转发数据包，并探讨其对网络拥塞管理和路由决策的影响。 统计复用优势： 详细分析分组交换如何通过统计复用来实现信道资源的共享和高效利用，特别是当多个用户同时发起通信请求时，网络资源的分配策略。 路由算法的多样性： 介绍几种典型的路由算法，如距离向量路由（Distance Vector Routing）和链路状态路由（Link State Routing），并分析它们在动态网络环境下的工作机制。 拥塞控制与流量管理： 探讨在分组交换网络中，如何通过拥塞控制机制（如TCP的慢启动、拥塞避免等）来防止网络过载，保证通信质量。 本章还将对比电路交换和分组交换的各自优缺点，强调分组交换在灵活性、资源利用率、成本效益以及支持多样化业务方面的巨大优势，这为其成为互联网等现代数据网络的基础奠定了理论基础。 第三章：互联网的骨骼——TCP/IP协议族详解 本章将深入剖析构成现代互联网基石的TCP/IP协议族。我们将系统地梳理TCP/IP协议族的层次化结构，并逐层详解各层协议的关键功能和工作机制，以构建一幅完整的互联网通信图景。 应用层： 我们将首先介绍应用层协议，如HTTP（超文本传输协议）在Web浏览中的作用，SMTP（简单邮件传输协议）和POP3/IMAP（邮件读取协议）在电子邮件系统中的角色，以及DNS（域名系统）如何实现域名与IP地址的解析。本章将深入分析这些协议的报文结构、通信流程以及它们如何满足用户的各种应用需求。 传输层： 接下来，我们将重点讲解传输层的核心协议——TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。我们将详细阐述TCP的可靠性机制，包括三次握手与四次挥手的连接建立与释放过程，滑动窗口与确认应答的流量控制，以及快速重传与拥塞控制的差错恢复策略。同时，我们将分析UDP的无连接、尽力而为的特性，以及它在流媒体、在线游戏等对时延敏感的应用场景中的优势。 网络层： 本章将深入探讨网络层的核心协议——IP（网际协议）。我们将详细解析IP数据报的结构，包括源IP地址、目的IP地址、TTL（生存时间）等重要字段的作用。我们将阐述IP地址的分配机制、子网划分以及NAT（网络地址转换）等技术如何扩展IPv4地址空间。此外，还将简要介绍IPv6的引入及其在地址空间、报文格式等方面的改进。 数据链路层与物理层： 虽然TCP/IP协议族主要聚焦于更高层，但本章也将简要回顾数据链路层（如以太网协议）和物理层在数据帧的封装、MAC地址的寻址以及信号传输方面的作用，强调它们是IP数据包能够最终在物理介质上传输的必要支撑。 通过对TCP/IP协议族各层协议的深入剖析，读者将能清晰地理解数据如何在互联网中从源端传输到目的端，以及各个协议在保障通信的可靠性、效率和可管理性方面所扮演的关键角色。 第四章：语音的数字化旅程——编码、压缩与传输 本章将深入探讨语音信号在现代通信系统中是如何被处理和传输的，重点关注其数字化过程中的关键技术：编码、压缩与传输。我们将从语音信号的物理特性出发，解析其如何被转化为数字信息。 语音信号的特性分析： 我们将首先简要介绍语音信号的声学特性，包括频率范围、响度变化以及语音的非平稳性等。这将有助于理解后续编码和压缩技术的出发点和目标。 语音编码（Speech Coding）： 本章将详细介绍几种主流的语音编码技术，区分其在编码复杂度、编码速率和语音质量上的差异。 波形编码（Waveform Coding）： 如PCM（脉冲编码调制）及其变种（如μ-law和A-law），重点讲解其采样、量化和编码的基本原理，以及其在音频质量上的表现。 混合编码（Hybrid Coding）： 如LPC（线性预测编码），阐述其如何利用语音信号的预测特性来降低编码复杂度，并分析其在早期移动通信中的应用。 基于模型编码（Model-based Coding）： 如CELP（码激励线性预测）及其变种，深入讲解其如何利用声学模型来生成更接近人声的编码，分析其在现代通信系统中的高效性。 语音压缩（Speech Compression）： 在实现数字化编码的基础上，本章将进一步探讨如何对语音数据进行压缩，以减少传输带宽占用。我们将介绍一些常见的语音压缩算法，并分析其在不同应用场景下的适用性。 语音传输与质量保障： 讲解语音数据在网络中传输时所面临的挑战，如延迟、抖动和丢包。我们将介绍一些用于提高语音传输质量的技术，例如： 抖动缓冲（Jitter Buffer）： 如何通过缓冲技术来平滑语音流的接收，减少由于网络抖动引起的听觉失真。 丢包补偿（Packet Loss Concealment）： 在发生数据包丢失时，如何通过算法来预测和填充丢失的语音片段，以降低对用户听觉的影响。 回声消除（Echo Cancellation）： 讲解在全双工通信中，如何有效地消除由扬声器声音回传至麦克风引起的回声，保证通话的清晰度。 本章将通过理论讲解与实例分析相结合的方式，帮助读者全面理解语音信号在现代通信系统中的数字化处理流程，以及各种技术如何协同工作，为用户提供清晰、流畅的语音通信体验。 第五章：软交换的诞生与演进——融合通信的新篇章 本章将聚焦于“软交换”这一关键技术，它标志着通信系统从传统硬件中心化向软件化、分布式演进的重要里程碑。我们将深入探讨软交换的定义、核心原理、关键技术以及其在构建现代融合通信系统中的核心作用。 传统交换的局限性： 首先，我们将回顾传统电话交换机（硬交换）的工作模式，分析其硬件依赖性强、升级困难、功能扩展受限以及设备昂贵等弊端，为软交换的出现提供历史背景。 软交换的定义与核心理念： 详细阐述软交换（Softswitch）的概念，强调其将传统电话交换功能通过软件在通用服务器上实现的核心思想。我们将深入解析软交换如何实现控制信令与媒体流的分离，将呼叫控制功能从媒体网关中剥离出来，实现对网络资源的集中化管理。 软交换的关键技术： 本章将重点剖析实现软交换的几个核心技术： 媒体网关（Media Gateway, MG）： 讲解媒体网关负责在不同网络（如IP网络和PSTN）之间进行媒体流的转换和传输，包括编解码、信号转换等功能。 媒体网关控制器（Media Gateway Controller, MGC）： 详细阐述MGC作为软交换的核心，负责与媒体网关进行通信，执行呼叫建立、终止、路由决策、策略控制等功能。我们将介绍MGC与MG之间常用的信令协议，如MGCP（Media Gateway Control Protocol）或H.248（也称为MEGACO）。 应用服务器（Application Server, AS）： 讲解应用服务器如何为软交换平台提供丰富的增值业务，例如语音邮箱、交互式语音应答（IVR）、即时消息、视频会议等。我们将分析AS如何通过SIP（Session Initiation Protocol）等协议与MGC进行交互。 SIP协议的地位： 重点强调SIP（Session Initiation Protocol）在软交换架构中的重要性。我们将详细解析SIP的文本报文格式、请求方法（如INVITE, ACK, BYE）以及响应码，阐述其作为一种灵活、可扩展的会话建立与管理协议，如何支撑多媒体通信的实现。 软交换的优势与应用： 详细分析软交换带来的显著优势，包括： 灵活性与可扩展性： 通过软件升级和增加服务器即可轻松扩展功能和容量，降低了硬件投资和维护成本。 功能集成与业务融合： 能够轻松集成语音、视频、数据、消息等多种通信业务，构建统一的融合通信平台。 降低运营成本： 减少了对专用硬件的需求，提高了资源利用率，降低了网络建设和运营维护的成本。 快速业务创新： 基于软件的架构使得新业务的开发和部署更加迅速，能够快速响应市场需求。 软交换的演进与未来展望： 简要介绍软交换在实际应用中的演进，例如向IMS（IP Multimedia Subsystem）等更高级的融合通信架构的过渡。展望软交换技术在未来通信网络中的发展趋势，如云化、虚拟化等。 本章将通过对软交换核心架构和关键技术的深入解析，帮助读者理解其如何颠覆了传统的通信交换模式，为现代IP语音通信和各类融合通信业务的实现奠定了坚实的技术基础。 第六章：IP语音通信的基石——VoIP技术详解 本章将深入探讨IP语音（Voice over IP, VoIP）技术，这是软交换架构中最核心的应用之一。我们将从VoIP的基本原理出发，详细解析其关键组成部分、工作流程以及为用户带来的革命性通信体验。 VoIP的基本原理： 阐述VoIP如何利用现有的IP网络来传输语音信号。我们将详细解释语音信号如何经过编码、打包，然后通过IP网络进行传输，最终在接收端还原为可听的语音。 VoIP的关键组成： 终端设备： 介绍VoIP终端的种类，包括IP电话机、电脑上的软电话客户端、以及支持VoIP功能的智能手机。 VoIP网关： 再次强调VoIP网关在连接IP网络与传统电话网络（PSTN）中的作用，负责完成不同协议和媒体格式之间的转换。 媒体服务器： 讲解媒体服务器在VoIP系统中的功能，如会议桥（Conference Bridge）、语音信箱（Voicemail）、IVR（Interactive Voice Response）等。 呼叫代理（Call Agent）/软交换： 强调软交换（如第五章所述）在VoIP系统中的核心地位，负责呼叫的路由、控制和管理。 VoIP的工作流程： 详细解析一次典型的VoIP呼叫建立过程： 呼叫发起： 从终端设备发起呼叫请求。 呼叫建立： 软交换（呼叫代理）接收请求，进行路由决策，并与其他相关的软交换或网关进行信令交互。 媒体协商： 终端设备或网关之间通过SIP等协议协商媒体参数，如编解码器、端口号等。 媒体传输： 一旦媒体通道建立，语音数据通过RTP（Real-time Transport Protocol）进行实时传输。 呼叫终止： 通话结束后，通过BYE等SIP消息终止会话。 VoIP的关键协议： SIP（Session Initiation Protocol）： 深入解析SIP在VoIP呼叫控制中的核心作用，包括其信令的建立、修改和终止过程。 RTP（Real-time Transport Protocol）： 讲解RTP如何承载实时媒体流（如语音和视频），包括其报文格式、序列号、时间戳等字段在保证实时性和同步性中的作用。 RTCP（RTP Control Protocol）： 介绍RTCP如何与RTP协同工作，提供关于媒体传输质量的反馈信息，如丢包率、延迟等。 VoIP的优势与挑战： 成本效益： 相比传统电话，VoIP在长途通话和企业通信方面具有显著的成本优势。 灵活性与集成性： 易于集成到企业IT网络中，并与其他通信应用（如即时消息、视频会议）实现融合。 移动性： 用户可以通过各种设备随时随地接入VoIP服务。 挑战： 讨论VoIP面临的挑战，如对网络带宽和稳定性的要求、潜在的安全风险（如拨号欺诈）、以及与传统电话功能（如紧急呼叫）的兼容性问题。 VoIP的应用场景： 介绍VoIP在企业通信、家庭用户、呼叫中心、统一通信等领域的广泛应用。 本章将通过对VoIP技术核心原理、关键协议和工作流程的深入讲解，帮助读者理解其如何将语音通信带入IP时代，并为现代通信系统的构建提供了强大的支撑。 第七章：融合通信的实现——IMS与统一通信的架构 本章将聚焦于现代通信领域最前沿的两个概念：IMS（IP Multimedia Subsystem）和统一通信（Unified Communications, UC）。我们将深入解析IMS作为实现IP多媒体业务的核心架构，以及统一通信如何将各类通信工具和服务整合，为用户提供无缝、高效的通信体验。 IMS架构详解： IMS的定位与目标： 阐述IMS旨在构建一个开放、标准化的平台，用于提供各种IP多媒体服务，包括语音、视频、消息、在线协作等，实现业务与接入方式的分离。 IMS的核心组成： 详细介绍IMS的关键组件： 用户注册与身份管理： 包括HSS（Home Subscriber Server）的作用，负责存储用户注册信息、服务配置文件等。 会话控制层： 重点讲解P-CSCF（Proxy-CSCF）、I-CSCF、S-CSCF等SIP代理服务器在呼叫路由、会话管理中的作用。 应用层： 介绍Application Server (AS) 如何提供各类多媒体服务，以及与会话控制层之间的接口（如SIP）。 媒体层： 强调媒体网关（MG）和媒体网关控制器（MGC）在IMS中处理媒体流的地位。 连接层： 简要提及IMS如何与接入网络（如Wi-Fi, 3G/4G/5G, PSTN）进行连接。 IMS的关键协议： 再次强调SIP在IMS中的核心地位，并介绍Diameter协议在HSS与CSCF之间的认证和授权中的应用。 统一通信（Unified Communications, UC）的概念与愿景： UC的定义与目标： 阐述UC是将企业内的各种通信和协作工具（如电话、视频会议、即时消息、电子邮件、日程安排、状态显示等）整合到一个统一的平台中，实现信息的无缝流转和高效协同。 UC的关键要素： 介绍构成UC系统的核心要素，包括： 即时消息与状态显示（Presence）： 用户可以实时查看联系人的在线状态，并进行快速的即时通信。 语音与视频通信： 提供高质量的VoIP和视频会议服务。 会议协作： 支持多方语音、视频、屏幕共享和文件共享的在线会议。 呼叫管理： 包括呼叫转移、呼叫保持、呼叫等待、呼叫路由等。 语音邮件与传真集成： 将语音邮件和传真信息整合到统一的收件箱中。 日程与联系人管理： 与日历和联系人列表集成，提供便捷的通信入口。 IMS与UC的协同作用： 深入分析IMS如何为UC提供强大的技术支撑。IMS作为一个标准化的多媒体服务平台，能够为UC系统提供统一的信令控制、媒体处理和应用服务接口，从而促进各类通信工具的融合。 UC的应用场景与优势： 探讨UC在企业中的广泛应用，例如提升远程协作效率、降低沟通成本、改善客户服务、加速业务流程等。 UC的未来发展趋势： 展望UC的未来，如与人工智能、物联网的结合，以及在云端化、移动化方面的进一步发展。 本章将通过对IMS架构和UC概念的全面解析，展现现代通信系统如何通过技术整合和平台化，为用户带来更加便捷、高效、智能的通信与协作体验，是理解当前和未来通信技术发展的重要篇章。 第八章：通信安全与隐私保护——在网络时代维护信息安全 本章将深入探讨在日益复杂的通信网络环境中，如何保障通信安全与用户隐私。我们将分析通信安全面临的各种威胁，并详细介绍当前主流的安全技术和防护策略。 通信安全威胁分析： 窃听与监听： 分析未经授权获取通信内容的风险，包括网络嗅探、中间人攻击等。 欺骗与伪造： 探讨伪造通信方身份、篡改通信内容的可能性。 拒绝服务攻击（DoS/DDoS）： 分析通过大量无效请求瘫痪通信服务的攻击手段。 恶意软件与病毒： 介绍可能通过通信渠道传播的恶意软件对设备和数据造成的危害。 身份盗窃与数据泄露： 分析攻击者如何通过非法手段获取用户敏感信息。 加密技术在通信中的应用： 对称加密与非对称加密： 详细介绍这两种基本加密方式的原理、优缺点，以及在通信中的不同应用场景（如对称加密用于数据传输，非对称加密用于密钥交换和数字签名）。 SSL/TLS（Secure Sockets Layer/Transport Layer Security）： 深入解析SSL/TLS协议如何为互联网通信提供端到端的安全保障，包括其握手过程、数字证书的作用以及在Web浏览、邮件传输等场景中的应用。 端到端加密（End-to-End Encryption, E2EE）： 重点讲解E2EE的原理，即只有通信双方能够解密消息，中间节点（包括服务提供商）也无法访问原始内容，以及其在即时消息、VoIP等应用中的重要性。 身份认证与授权机制： 密码学基础： 简要介绍哈希函数、数字签名等用于验证数据完整性和身份的密码学工具。 数字证书与公钥基础设施（PKI）： 解释数字证书如何充当数字身份的“身份证”，以及PKI如何构建一个可信的证书管理体系。 多因素认证（Multi-Factor Authentication, MFA）： 介绍MFA如何通过结合多种验证方式（如密码、短信验证码、生物识别）来提高账户安全性。 网络安全防护技术： 防火墙（Firewall）： 介绍防火墙在网络边界进行访问控制、过滤非法流量的作用。 入侵检测与防御系统（IDPS）： 阐述IDPS如何监测网络流量，识别并阻止潜在的攻击行为。 VPN（Virtual Private Network）： 解释VPN如何通过加密隧道在不安全的网络上建立安全的通信连接，尤其是在远程访问和保护敏感数据传输方面。 隐私保护的重要性与策略： 数据最小化原则： 强调通信服务提供商应尽量收集最少的用户信息。 用户知情权与控制权： 用户应了解其数据如何被收集、使用和共享，并拥有控制权。 匿名化与去标识化： 介绍在数据分析和共享中，如何通过匿名化和去标识化技术来保护用户隐私。 法律法规与合规性： 提及GDPR（通用数据保护条例）等相关法律法规对通信隐私保护的要求。 通信安全与隐私的未来挑战： 展望随着新技术（如AI、量子计算）的发展，通信安全和隐私保护将面临的新挑战，以及持续研究和创新的必要性。 本章旨在提升读者对通信安全和隐私保护重要性的认识，并提供相关的技术知识和实践指导，帮助构建更安全、更可信的通信环境。 第九章：通信技术的未来展望——5G、AI与物联网的交融 本章将着眼于通信技术的未来发展趋势，重点探讨5G、人工智能（AI）和物联网（IoT）这三大驱动力如何相互融合，共同塑造下一代通信网络的面貌，并对未来的通信应用场景进行展望。 5G网络：万物互联的基石： 5G的核心特性： 详细阐述5G相对于前代技术的突破性优势，包括： 高速率（eMBB）： 极高的下载和上传速度，支持超高清视频、VR/AR等大带宽应用。 低时延（uRLLC）： 极低的传输延迟，为自动驾驶、远程手术、工业自动化等对时延要求极高的场景提供可能。 大连接（mMTC）： 支持海量设备的接入，为大规模物联网应用奠定基础。 5G网络架构与关键技术： 简要介绍5G网络架构的演进，如网络切片（Network Slicing）技术如何为不同应用提供定制化的网络服务，以及边缘计算（Edge Computing）如何将计算能力推向网络边缘，降低时延，提升效率。 人工智能（AI）：赋能通信网络的智能化： AI在通信网络中的应用： 深入探讨AI如何赋能通信网络的各个方面： 网络优化与管理： 利用AI进行流量预测、资源分配、故障检测与预测，提升网络性能和效率。 智能路由与拥塞控制： AI算法能够更精准地进行路由决策，有效缓解网络拥塞。 安全防护： AI能够实时监测网络流量，识别异常行为，提前预警和防御网络攻击。 个性化服务： AI能够分析用户行为和偏好，提供更个性化的通信服务和内容推荐。 智能语音交互： 推动智能语音助手、语音搜索等应用的发展。 物联网（IoT）：连接万物的广阔图景： IoT的定义与生态： 阐述IoT如何通过传感器、网络和计算能力，将物理世界中的设备连接到互联网，实现数据采集、分析和智能控制。 IoT在各行业的应用： 介绍IoT在智能家居、智慧城市、智能交通、工业互联网、智慧医疗等领域的广泛应用。 IoT对通信网络的需求： 分析IoT对通信网络提出的高连接密度、低功耗、低成本等具体要求，以及5G等新技术如何满足这些需求。 5G、AI与IoT的深度融合： 协同效应： 详细分析5G、AI和IoT三者之间的协同作用。5G提供强大的连接能力，AI提供智能分析和决策能力，IoT提供数据和连接的终端。三者结合，将催生出前所未有的创新应用。 典型应用场景展望： 自动驾驶： 5G的低时延和高可靠性，AI的感知和决策能力，IoT的车辆传感器数据，共同构建智能交通系统。 工业互联网： 5G支持海量工业设备的连接和实时控制，AI优化生产流程，IoT采集生产数据，实现智能制造。 智慧医疗： 5G实现远程诊断和手术，AI辅助疾病诊断，IoT监测患者健康数据，提升医疗效率和可及性。 沉浸式体验： 5G的高带宽支持高质量VR/AR内容，AI优化用户交互，IoT提供触觉反馈等，创造更逼真的虚拟现实体验。 未来通信面临的挑战与机遇： 讨论在技术发展的同时，需要关注的隐私安全、伦理规范、标准统一等方面的挑战，并展望通信技术在未来社会发展中扮演的越来越重要的角色。 本章将以开阔的视野，带领读者探索通信技术的最新前沿，理解5G、AI和IoT如何以前所未有的方式重塑我们的生活和工作，并为未来的通信创新提供深刻的启示。
