第7章 应用网络设计.ppt

1、第7章 应用网络设计,主讲：易建勋,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第2页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.1 RAID磁盘阵列技术 1SCSI磁盘技术 SCSI接口可以连接硬盘、光驱、磁带机等外设。 外设通过专用线缆和终端电阻与SCSI适配卡相连。 SCSI线缆把SCSI设备串联成菊花链。 SCSI总线近年主要采用320Mbit/s传输率的U1tra4标准（如表7-1）。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第3页 共116页,SCSI控制卡,SCSI电缆,SCSI硬盘,案例：串联成菊花链的SCSI设备,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第4页 共116页,7.1 存储网络设

2、计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第5页 共116页,7.1 存储网络设计,2磁盘阵列技术的基本原理 改进磁盘存取速度的方法磁盘高速缓存技术磁盘阵列技术 磁盘阵列的优点增加了存储容量；多台磁盘并行工作，提高了数据传输速率；采用校验或冗余技术，提高数据可靠性。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第6页 共116页,7.1 存储网络设计,磁盘阵列机是一个精简型的服务器，在硬件上只需要CUP、内存、硬盘、网卡和主板等。 在软件方面，操作系统也是精简型系统，有些甚至是免费的Linux。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第7页 共116页,7.1 存储网络设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理

3、设计,第8页 共116页,7.1 存储网络设计,RAID卡,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第9页 共116页,7.1 存储网络设计,3RAID的级别 常用的RAID级别有：RAID 0、RAID 1、RAID 01和RAID 5。 RAID 0没有安全保障，但速度快，适合高速I/O系统； RAID 1适用于需安全性又要兼顾速度的系统； RAID 2及RAID 3适用于大型视频、CAD/CAM等； RAID 5多用于银行、金融、股市、数据库等大型数据处理中心。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第10页 共116页,7.1 存储网络设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第11页 共1

4、16页,7.1 存储网络设计,4RAID 0 RAID 0采用无数据冗余的存储空间条带化技术。 RAID 0在存储数据时，由RAID控制器分割成大小相同的数据条，同时写入阵列中的磁盘。数据就象一条带子横跨所有的磁盘阵列，每个磁盘上的分段的大小都是相同的。 在硬件RAID 0中，条带有8/16/32/64/128KB等多种参数。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第12页 共116页,7.1 存储网络设计,RAID 0数据以分段方式顺序存放在磁盘阵列中。 RAID 0没有校验数据。,磁盘条带,文件块,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第13页 共116页,7.1 存储网络设计,RAID 0没

5、有数据冗余能力。RAID 0阵列中任何一个硬盘损坏都可导致整个阵列数据的损坏，因为数据分布存储在多个硬盘中。 RAID 0最低必须配置2块以上的相同规格硬盘，但是不多于4块硬盘。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第14页 共116页,7.1 存储网络设计,5RAID 1 RAID 1数据被保存在镜像磁盘中（冗余）。 RAID 1没有校验数据。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第15页 共116页,7.1 存储网络设计,RAID 1无工作磁盘和备份磁盘之分，多个磁盘可同时动作而有重叠读取的功能，甚至不同的镜像磁盘可同时作写入的动作，这是一种负载平衡方式。 例如有多个用户在同一时间要读取数

6、据，系统能同时驱动互相镜像的磁盘，同时读取数据，以减轻系统的负载，增加I/O的性能。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第16页 共116页,7.1 存储网络设计,6RAID 2 RAID 2数据保存在各个硬盘中，需要一个或多个额外的磁盘做海明码校验（P）。,海明码校验,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第17页 共116页,7.1 存储网络设计,RAID 2把数据分散为位（bit）或块，加入海明码，然后写入到磁盘阵列的校验磁盘中，而且地址都一样。也就是在各个磁盘中，其数据都在相同的磁道及扇区中。 RAID 2需要1多个额外的磁盘作单bit错误校正及双bit错误检测。 RAID 2需要多少

7、个额外的校验磁盘，视采用的结构而定，例如8个数据磁盘的阵列可能需要3个额外的校验磁盘；32个数据磁盘的高档阵列，需要7个额外的校验磁盘。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第18页 共116页,7.1 存储网络设计,7RAID 3 RAID 3RAID 3的数据储存与RAID 2相同。 不同之处在于RAID 3采用奇偶校验（P），因此只需要1个校验磁盘。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第19页 共116页,7.1 存储网络设计,8RAID 4 RAID 4RAID 4以扇区作数据分段，各磁盘相同位置的分段形成一个校验磁盘分段（P），放在1个校验磁盘中。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设

8、计,第20页 共116页,7.1 存储网络设计,9RAID 5 RAID 5RAID5不采用单独的校验磁盘，而将校验数据（P）以循环的方式放在每一个磁盘中 。 RAID 5的控制比较复杂，所以价格较高。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第21页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.2 FC光纤通道存储网络设计 1光纤通道技术 光纤通道（FC）是一种数据传输接口技术，主要用于计算机设备之间的数据传输，传输率目前达到了4Gbit/s。FC是在SCSI接口技术上发展的一个高性能接口。FC组成的网络不同于以太网技术。FC组建的存储网络（SAN）有较好的性能。 FC支持点对点、仲裁环和交换式三

9、种拓扑结构。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第22页 共116页,7.1 存储网络设计,光纤交换机,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第23页 共116页,7.1 存储网络设计,2FC存储网络设计 FC的光纤信道交换方法：主控制器设计模式主控制器是一个多端口、高带宽的网络交换机。主控制器采用全冗余、热插拔部件，能将宕机时间最小化。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第24页 共116页,7.1 存储网络设计,网络交换设计模式网络交换模式由光纤交换机（FC-SW）、主机总线卡（HBA）、磁盘冗余阵列（RAID）、光纤链路等组成。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第25页 共116页

10、,7.1 存储网络设计,EMC存储产品,EMC光纤交换机产品,HBA卡产品,SAN存储网设备,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第26页 共116页,7.1 存储网络设计,仲裁环路交换设计模式适用于磁带机等低带宽存储设备。仲裁环中的任何故障都会使网络崩溃。 3FC的局限性 FC本质上是一个快速存储系统，不是一个完善的网络系统。 FC网络没有专门的服务器来管理网络。 当某用户获得某个卷的写权限时，他就很容易对别人的文件进行修改或删除。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第27页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.3 iSCSI存储网络设计 1iSCSI技术 iSCSI（interne

11、t SCSI）是在IP协议上层运行的SCSI指令集。 iSCSI允许用户通过TCP/IP网络来构建存储网络。 由于采用不同的工作协议，iSCSI与光纤通道之间不兼容。 如图7-6所示，iSCSI与主机的连接有3种实现方式。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第28页 共116页,7.1 存储网络设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第29页 共116页,7.1 存储网络设计,2iSCSI工作原理 iSCSI存储网络结构由服务端和客户端组成。 iSCSI工作过程如下：服务器程序确定iSCSI指令通过IP网络的路径；iSCSI设备从IP网络接收iSCSI指令，并进行处理；iSCSI设备将iS

12、CSI指令直接发送到iSCSI存储设备（一般为RAID）。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第30页 共116页,7.1 存储网络设计,4iSCSI技术的应用 异地数据交换； 异地数据备份及容灾，iSCSI使远程镜像和备份成为可能。,案例： iSCSI在远程容灾方面的应用,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第32页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.4 SAN存储区域网络设计 1网络存储技术的类型 目前流行的网络存储技术有：DAS、NAS、SAN和iSCSI等。 直连式存储（DAS）DAS是直接连接在主机接口上的数据存储设备，如最为常见的硬盘、光盘、USB存储器等设备。,主讲：易

13、建勋,第7章 应用物理设计,第33页 共116页,7.1 存储网络设计,网络存储设备（NAS）NAS是一种连接在网络上的专用存储设备。NAS以文件传输为主，NAS最典型的产品是专用磁盘阵列主机、磁带库等设备。 存储区域网络（SAN）存储区域网络是在服务器和存储设备之间利用专用的光纤通道连接的网络系统。SAN一般由RAID、光纤交换机、光纤通道、主机总线卡（HBA）、存储管理软件等组成（如图7-9）。,7.1 存储网络设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第35页 共116页,7.1 存储网络设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第36页 共116页,7.1 存储网络设计,3SAN的应用

14、 数据共享 存储共享 数据备份 灾难恢复,存储网络的主要组成部分,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第37页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.5 容错集群技术 集群由连接在一起的独立计算机组成，像一个单独的计算资源一样协同工作。 在集群系统中，服务器集中在一起统一进行管理和维护。,案例：灾难备份中心,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第39页 共116页,7.1 存储网络设计,1服务器镜像技术 将同一个局域网中的两台服务器，通过软件或其他网络设备（如镜像卡）将两台服务器的硬盘做镜像。其中一台为主服务器，另一台为从服务器。客户只能对主服务器上的镜像卷进行读写，从服务器上相应的卷被锁

15、定，防止用户对数据的存取。主/从服务器分别通过心跳监测线互相监测对方的运行状态，当主服务器因故障宕机时，从服务器可在很短的时间内接管主服务器的应用。 这种技术仅限于两台服务器的集群，不能扩展。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第40页 共116页,7.1 存储网络设计,2应用程序错误接管集群技术 集群中每台服务器运行不同的应用程序，同时每台服务器还必须监测其他服务器的运行状态。当某一节点因故障宕机时，集群系统指定的服务器会在很短的时间内接管故障机的数据和应用，继续为用户提供服务。 3容错集群技术 容错集群技术需要特殊的软件和硬件设计，因此成本很高。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第4

16、1页 共116页,7.1 存储网络设计,7.1.6 双机热备系统设计 1双机热备的实现方案 硬件双机热备方案两台服务器通过一个共享的存储设备（RAID或SAN），并安装双机热备软件（如ROSE HA）。这种方案应用最多，性能也较好，安全系数也比较高。典型硬件方式的双机热备系统如图7-13所示。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第42页 共116页,7.1 存储网络设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第43页 共116页,7.1 存储网络设计,纯软件双机热备方案利用Lifekeeper、Golden Life等双机热备软件。优点：避免了磁盘阵列的单点故障；节约投资，不需购买昂贵的磁盘阵

17、列；两台服务器之间不需受SCSI电缆长度的限制。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第44页 共116页,7.1 存储网络设计,3双机热备系统工作原理 心跳工作过程：双机热备系统之间保持着间歇的通信信号，这个信号称为心跳信号。心跳信号是一种错误检测机制。心跳线可以通过RS-232接口或网卡接口进行连接。主机和从机通过心跳线相互周期性地发出测试包，如果主机出现故障，从机根据设定的规则，启动从机的相关服务，完成双机热备的切换。,案例：存储备份系统设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第46页 共116页,案例：存储网络远程容灾系统,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第47页 共116页,7

18、.2 工业以太网设计,7.2.1 工业以太网技术 1工业控制网络的发展工业控制网络经历了仪表控制系统、组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统等阶段。 2.工业自动化网络的基本特点 工业自动化网络系统必须提供：控制、配置、数据采集三种服务。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第48页 共116页,案例：西门子生产金字塔及网络,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第49页 共116页,7.2 工业以太网设计,3工业以太网技术 工业以太网通信速率比现场总线快很多，并且克服了现场总线厂商标准繁多、速度低、不易与高层网络集成的缺点。 已开发出的工

19、业以太网设备，给以太网进入实时控制领域创造了有利条件。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第50页 共116页,7.2 工业以太网设计,5工业以太网标准 IEEE正在制订现场总线和工业以太网标准。 工业以太网企业标准：EtherNet/IP：以太网工业协议，兼容IEEE 802.3标准和TCP/IP协议。可以实现现场总线及设备与以太网的连接。HSE：现场总线基金会推出的工业以太网构架。Profi Net：西门子公司提出的工业以太网构架。IDA：从设备底层到高层的完全工业以太网构架。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第51页 共116页,7.2 工业以太网设计,7.2.2 EtherNet

20、/IP工业以太网 1. EtherNet/IP网络的发展 EtherNet/IP是标准TCP/IP以太网和通用工业协议（CIP）的结合。 思科公司也致力于EtherNet/IP技术的推广。 典型应用有美国安海斯-布希公司（百威啤酒）部署的EtherNet/IP网络。 美国通用汽车公司将EtherNet/IP作为其全球汽车制造生产控制系统的统一标准。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第52页 共116页,7.2 工业以太网设计,2. EtherNet/IP网络模型 EtherNet/IP技术在OSI/RM通信模型的14层。 在应用层，采用CIP协议，使控制网络、设备网络和应用对象共享应用层。

21、 CIP协议包括显式报文（用于信息传输）和隐式报文（用于实时控制）。 EtherNet/IP支持轮询、周期、点对点单播和广播数据传输等工作方式。 EtherNet/IP标准结构如图7-15所示。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第53页 共116页,7.2 工业以太网设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第54页 共116页,7.2 工业以太网设计,3. EtherNet/IP工业以太网的基本结构 工业自动化系统网络包括三个层次：信息层网络，一般通过以太网来实现；控制层网络，通常设计成冗余链路；设备层网络，通过可靠耐用的电缆完成数据传输。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第55页

22、共116页,7.2 工业以太网设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第56页 共116页,7.2 工业以太网设计,7.2.3 工业以太网结构与设计 1工业以太网拓扑结构 为了保证数据的实时性，目前广泛采用交换技术。 工业网络特点：数据包长度较小、传输距离较短、数据交换频率高、网络中的节点数量较多。 工业以太网的拓扑结构有星型、环型、总线型、菊花链型等。 从理论上看，环状拓扑结构的可靠性最好；星型拓扑结构的速度最快，所需的交换器数量最少。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第57页 共116页,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第58页 共116页,7.2 工业以太网设计,2工业以太网设

23、备 工业以太网设备厂商有：SIEMENS（西门子）；MOXA（摩莎）等公司。主要设备有交换机、网关、设备服务器等产品。,案例：工业以太网交换机,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第60页 共116页,7.2 工业以太网设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第61页 共116页,7.2 工业以太网设计,3工业以太网设计中应当注意的问题 工业以太网设计需要从通信协议、电源、通信速率、工业环境认证、安装方式、设备散热、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口等方面进行考虑。 如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑：信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干冗余、环网冗余、服务质量、V

24、LAN、简单网络管理协议、端口镜像等功能。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第62页 共116页,7.2 工业以太网设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第63页 共116页,7.3 VoIP网络设计,7.3.1 信令系统 1信令的基本概念 用以产生、发送和接收这些控制信号的硬件，以及相应执行的控制、操作等程序的集合体称为电话网的信令系统。 电话网的信令系统应具有监视功能、选择功能和网络管理功能。 一次电话通话的信令流程如图7-22所示。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第64页 共116页,7.3 VoIP网络设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第65页 共116页,7.3

25、 VoIP网络设计,语音交换网的基本构成,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第66页 共116页,7.3 VoIP网络设计,图7-22的接续流程： 当用户摘机时，摘机信号送到交换机A； 交换机A收到用户信号后，向主叫用户送拨号音； 主叫用户拨号，将被叫用户号码送给发端交换机A； 交换机A根据被叫号码选择局向及中继线； 交换机B根据被叫号码，将呼叫连接到被叫用户； 被叫用户摘机应答； 用户双方进入通话状态；,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第67页 共116页,7.3 VoIP网络设计,用户双方进入通话状态，这时线路上传送话音信号； 如果被叫用户话终挂机，局间传送拆线信号，并向主叫用户发忙

26、音信号； 收端交换机A拆线后，回送一个拆线证实信号，一切设备复原。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第68页 共116页,7.3 VoIP网络设计,2信令的类型 信令按工作区域分为用户线信令和局间信令。 用户线信令包括：用户状态、路由选择和各种可闻音信令。 局间信令是在程控交换机之间中继线上传送的信令。 按使用信道划分，信令可分为随路信令和公共信道信令（带外信令）。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第69页 共116页,7.3 VoIP网络设计,3No.7信令系统 NO.7信令网是现代通信的三大支撑网（数字同步网、NO.7信令网、电信管理网）之一。 No.7信令系统（SS7）由CCIT

27、T在1980年提出。 信令网与电话网是两个相互独立的网络，但它们又存在紧密的关系，信令网的信令消息，控制着电话网的局间中继电路的接续。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第70页 共116页,7.3 VoIP网络设计,No.7信令有以下特点：适合64kbit/s的数字信道，也适合模拟信道；可使用一部分或几部分，组成需要的信令网络；能提供可靠的信号传输；具有完善的网管理功能；采用不定长信令单元的形式；以分组传输和明确标记的寻址方式传送信令。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第71页 共116页,7.3 VoIP网络设计,4No.7信令系统的基本功能,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第7

28、2页 共116页,7.3 VoIP网络设计,小型No.7信令网关设备,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第73页 共116页,7.3 VoIP网络设计,7.3.2 VoIP基本技术 1IP电话技术与传统电话网络的比较 与传统的PSTN一样，IP电话主要的技术问题仍然是信令、寻址、路由和延迟问题。 信令：在语音网络中，信令的任务是建立连接。信令的基本操作有摘机、振铃、正确地把信号送达目的地以及计费等。VoIP的信令控制主要采用H.323、H.225、H.245等协议。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第74页 共116页,7.3 VoIP网络设计,寻址：在PSTN中，每一部电话都有一个单独

29、的地址；IP电话将目标电话号码映射为目标IP地址来建立连接。 路由：PSTN的路由由电话交换机完成；IP电话网络的路由协议非常成熟。 延迟：在语音网络中，距离是导致延迟的主要因素。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第75页 共116页,7.3 VoIP网络设计,2IP电话的两大体系结构 VoIP的两种体系结构：一种是基于ITU-T H.323定义的IP电话体系结构；另一种是由IETE定义的基于SIP（会话初始化协议）的IP电话体系结构。 H.323和SIP两大协议互不兼容。 H.323带有电信网络可管理性和集中性的特征。目前，H.323协议得到了广泛应用，国际上如AT&T，国内如中国电信、

30、中国联通等，均采用H.323体系结构组建了IP电话运营网。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第76页 共116页,7.3 VoIP网络设计,SIP协议具有简单，灵活性和扩展性好，以及和因特网应用紧密的特点，许多专家认为SIP协议比较容易实施。 3VoIP基本工作原理 VoIP的基本模型如图7-25。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第77页 共116页,7.3 VoIP网络设计,VoIP的传输过程：语音数据转换：语音编码标准主要有ITU-T G.711。源数据IP：对语音包以特定的帧长进行压缩编码。传送：IP包数据：将它们解码还原成语音数据流。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第7

31、8页 共116页,7.3 VoIP网络设计,数字语音模拟语音：播放器将语音样点取出送入声卡，通过扬声器按预定的频率（如4kHz）播出。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第79页 共116页,7.3 VoIP网络设计,语音压缩编码/解压缩编码的标准与速率,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第80页 共116页,7.3 VoIP网络设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第81页 共116页,7.3 VoIP网络设计,7.3.3 H.323体系下的VoIP技术 1H.323标准的发展 H.323是ITU-T在1996年发布的一个协议组。其中有H.255、H.245、H.235、H.450和

32、H.341等。 H.323建议是一个较为完备的建议书，它提供了一种集中处理和管理的工作模式，这种工作模式与电信网的管理方式是匹配的。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第82页 共116页,7.3 VoIP网络设计,H.323构建VoIP网络的争议：有人认为H.323模式只适用于做小网，不适宜做大网，理由是H.323的单域结构无法做大网。另外H.323的地址解析命令采用广播方式，限制了它的工作范围。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第83页 共116页,7.3 VoIP网络设计,2H.323体系下VoIP网络的基本模型,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第84页 共116页,7.3 V

33、oIP网络设计,H.323定义的逻辑组件包括：网关（GW）、网守（GK）、多点控制单元（MCU）、代理等；网关是PSTN和IP网络之间的桥梁；网守通过信令链路集中控制各个网关。 基于网守的H.323网络是集中控制的，可以便于统一维护管理。但一个明显的缺点是呼叫处理时延大，网络规模也因此受到极大的限制。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第85页 共116页,7.3 VoIP网络设计,案例：H.323 的基本构架,案例：VoIP工作原理,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第87页 共116页,7.3 VoIP网络设计,3H.323定义的逻辑部件 网关（GW）语音网关主要负责语音信号的转换和呼

34、叫建立工作。如：呼叫控制、呼叫管理、网络管理、语音智能交换等。网关还包括信令转换工作：如传输格式转换（如H.225.0转H.221）、通信控制过程转换（如H.245转H.242）、音频格式编码（如G.729转G.711）等。如果要建立VoIP网络，网关是必须的设备。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第88页 共116页,7.3 VoIP网络设计,网守（GK）网守主要负责用户注册和IP地址与电话号码的解析，并拥有其它一些功能，如呼叫转移、用户计费、带宽控制、区域管理等。 H.323终端（IP电话）完成实时双向语音通信，声音的压缩/编码、解压/译码均在这个设备上实现。所有H.323终端都必须支

35、持H.245协议，以及呼叫控制协议Q.931。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第89页 共116页,7.3 VoIP网络设计,代理是一组终端设备的代理，能够提供更好的安全性、QoS、计费等。 多点控制单元（MCU）H.323支持多点会议，MCU提供了支持三点或多点的功能。MCU包含一个多点控制器，有时也包含一个多点处理器。如果一个网络不需要进行多点会议，那么可以不包含MCU。,案例：企业VoIP网络设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第91页 共116页,7.3 VoIP网络设计,7.3.4 SIP体系下的VoIP技术 1SIP的基本特点 SIP（会话发起协议，RFC 3261）是

36、用于创建、修改、终止IP会话的信令协议。 SIP摒弃了传统的PBX架构。 SIP在IP电话网中不存在专用线路，不使用固定的SIP服务器。而且，某台SIP服务器出现故障后，不影响语音网络的运行，因为通过DNS查询，电话可定位到其它SIP服务器。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第92页 共116页,7.3 VoIP网络设计,2SIP系统的组成 SIP包含SIP用户代理和SIP网络服务器两个基本组件，SIP通信将在这两种组件进行（如图7-29）。 SIP用户代理实际上是呼叫终端系统部件。 SIP网络服务器则是有关信令的网络设备，它的主要功能是完成用户名解析和用户定位。,主讲：易建勋,第7章 应

37、用物理设计,第93页 共116页,7.3 VoIP网络设计,基于SIP的网络电话业务平台功能示意图,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第94页 共116页,7.3 VoIP网络设计,3SIP工作原理 SIP使用与Email地址类似的命名机制。 如：SIP：，。 SIP系统接续流程如下：用户代理客户机（UAC）向SIP网络服务器发出呼叫请求；SIP网络服务器通过名字查找，用户定位，最终找到被叫的用户代理服务器（UAS）；,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第95页 共116页,7.3 VoIP网络设计,被叫的用户代理服务器（UAS）响应或拒绝用户请求，该响应沿原路返回；主叫的用户代理客户机（

38、UAC）收到响应后，接通被叫或者终止这次呼叫请求。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第96页 共116页,7.3 VoIP网络设计,7.3.5 MGCP媒体网关控制协议 MGCP协议不涉及IP电话的体系结构，只涉及网关分解问题，因此，它不仅可以用于H.323的IP电话系统，也可以用于SIP的IP电话系统。 2MGCP中的逻辑部件 MGCP协议体系中的主要逻辑部件包含媒体网关控制器（MGC）、媒体网关（MG）、信令网关（SG）、媒体资源（MR）。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第97页 共116页,7.3 VoIP网络设计,媒体网关（MG）：MG在不同网络之间提供媒体映射或编码转换功能

39、。例如，把从PSTN来的64kbit/s话音流压缩成低速率的IP包，并交给IP网络；或从IP网络收到PSTN的数据包后，进行相反的操作。 媒体网关控制器（MGC）：控制、配置媒体网关MG。 信令网关（SG）：处理信令网的通信流，和媒体网关（MG）类似，完成不同信令系统之间的信令控制和协调功能。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第98页 共116页,7.3 VoIP网络设计,媒体资源（MR）：包含编码/解码器、调制解调器、交互式话音应答系统（IVR）、桥路器等。 4软交换技术 对IP电话来说，交换是通过系统，将主叫方和被叫方的IP地址互相交换，用户话音流由下层承载网（IP网）实现，因而IP电

40、话的交换是软交换。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第99页 共116页,7.3 VoIP网络设计,IP电话的用户语音流和IP电话的接续二者之间没有必然的物理上的联系。它们的联系只是在IP网的传输层地址上，因而无须将这二者在物理上放在一起，从而导致了IP电话网关的分解。 网关分解后的媒体网关控制器设备（MGC）是软交换设备，在MGC处实现了IP网传输地址的交换。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第100页 共116页,7.3 VoIP网络设计,7.3.6 VoIP网络基本设计原则 1语音质量的设计保证 时延为了减小时延，在网络中应当尽量减少路由跳数，减少设备的处理时延。 网络端到端的时

41、延参数如下：小于80ms的时延可达到电路交换网的话音质量；80180ms的时延，能达到商业要求的通话质量；,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第101页 共116页,7.3 VoIP网络设计,超过180ms的时延仍旧是可以接受的，实验表明，230ms的时延也几乎察觉不到；单向时延超过250ms就会产生回音，对于语音通信，单向时延门限在400ms；超过400ms的时延是不可接受的，其实这时网络本身也不能保持正常的通信。 抖动抖动值如果超过20ms，就会产生语音质量问题。 丢包率当包丢失率超过10%时，将严重影响语音质量。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第102页 共116页,7.3 Vo

42、IP网络设计,回声 语音电平 静音抑制 2语音编码的性能,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第103页 共116页,7.3 VoIP网络设计,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第104页 共116页,7.3 VoIP网络设计,3IP电话带宽计算 一个G.711语音会话的带宽需求计算如下： G.711算法的编码速率为：（64kbit/s）/100064bit/ms 大多数语音网关每20ms的语音数据打成一个IP包，每个IP包要加入40字节的包头，因此20毫秒内的语音数据流量为：（64bit/ms）20ms）+（40字节8bit）1600bit/20ms,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第

43、105页 共116页,7.3 VoIP网络设计,一个G.711语音会话的带宽需求为：（1600bit/20ms）100080kbit/s,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第106页 共116页,7.3 VoIP网络设计,功率不超过13W的设备可以从RJ-45插座中获取相应的电力。 IEEE 80 2.3af标准允许通过空闲引脚供电，也可以通过数据引脚供电。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第107页 共116页,7.3 VoIP网络设计,5. IP电话的供电 IP电话工作电压为48VDC，功率为512W左右，这比以太网工作电压高出很多。 解决方法：从工作区墙上供电，但是可靠性不好，成本

44、高。采用支持PoE（以太网供电）的交换机，在双绞线上为IP电话提供直流供电。 IEEE 802.3af是基于以太网供电的新标准。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第108页 共116页,7.3 VoIP网络设计,7.3.7 VoIP网络设计案例 1利用专业网关产品设计VoIP网络 利用华为Quidway A8010 IP Phone网关产品，可在接入服务器的基础上构建VoIP网络。 Quidway A8010网关是交换机、路由器、H.323协议以及语音压缩技术的集合设备，最大可提供48条7号信令链路，最大可接入11520路用户的IP电话。 利用Quidway A8010网关构建的VoIP电

45、话网络如图7-31所示。,案例：利用H.323组建的VoIP网络,案例：利用SIP组建的VoIP网络,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第111页 共116页,7.3 VoIP网络设计,2利用路由器设计IP电话网络 小型企业用户可选择支持VoIP的路由器作为电话网关设备。 如Cisco 2600及以上的路由器均支持H.323标准。 语音卡选择Cisco 2600采用在路由器网络插槽（NM）中插入语音模块，然后再在语音模块上插入语音卡的方式实现IP电话功能。 Cisco 2600系列语音卡类型：FXS卡、FOX卡、E/M卡。,案例：利用路由器组建的VoIP网络,补充：IPTV网络解决方案,补充：IPTV网络解决方案,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第115页 共116页,课程讨论,（1）利用SCSI硬盘和利用SATA硬盘构成的磁盘阵列（RAID）有哪些区别。 （2）分析存储区域网络（SAN）与以太网的区别。 （3）集群系统有可能取代大型计算机系统吗？ （4）怎样保证工业以太网的可靠性。 （5）如果希望IP电话占有普通电话（PSTN）50%的市场，VoIP在技术上还存在哪些困难。,主讲：易建勋,第7章 应用物理设计,第116页 共116页,【本章结束】,