趙均

摘 要： 為減少網(wǎng)絡(luò)布線的施工量、后期的人工維護(hù)工作量和線路調(diào)整而產(chǎn)生機(jī)械故障率，提出局域網(wǎng)中采用IP電話通信。通過(guò)分析局域網(wǎng)存在的一般問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用三層交換機(jī)管理VLAN劃分、優(yōu)先級(jí)映射和流量監(jiān)管的QoS等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了IP電話和計(jì)算機(jī)在局域網(wǎng)中正常工作和施工維護(hù)便利，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)架和方法的正確性?；诰钟蚓W(wǎng)構(gòu)架的三層交換機(jī)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的控制，使廣泛使用的模擬電話在現(xiàn)有超五類(lèi)線介質(zhì)基礎(chǔ)上運(yùn)行成為可能，這種新的運(yùn)行模式，極大地降低了施工和維護(hù)成本，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞： IP電話； 三層交換機(jī)； 復(fù)合VLAN； 服務(wù)質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）08?0074?03

Voice and data management application based on LAN

ZHAO Jun

（Wuhan Supply Construction Engineering Company， Wuhan 430015， China）

Abstract： In order to reduce the workload of network cabling， artificial maintenance workload and mechanical failure rate produced by line adjustment， a scheme to use IP telephony in LAN is put forward. By analyzing the general problems existing in LAN， the key technologies of using the three?layer switch to manage VLAN division， QoS of priority mapping and traffic supervision are emphasized. The normal work of IP phone and computer in LAN， convenient construction and maintenance were implemented. The validity of the method and network topology architecture was proved through the experiment. It is possible that the extensively?used analog telephone works properly in the existing super five?line medium by means of the three?layer switch to control voice and data， which is based on LAN architecture. The new operation mode reduced the construction and maintenance costs greatly， so it has a broad market prospect.

Keywords： IP phone； three?layer switch； recombination VLAN； QoS

電話和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們辦公通信的重要方式，傳統(tǒng)的電話線是每部電話采用一對(duì)雙絞線，這樣使得施工和維護(hù)非常麻煩，需要清楚每根線的作用，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為了充分利用超五類(lèi)線網(wǎng)絡(luò)，可使用IP電話設(shè)備通信及三層交換機(jī)[1]進(jìn)行管理控制，極大降低維護(hù)成本，減少線路故障率。由專門(mén)的硬件設(shè)備或軟件將呼叫的話音信號(hào)采樣并數(shù)字化，進(jìn)行壓縮打包，經(jīng)過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綄?duì)方，由對(duì)方的設(shè)備或軟件接收并進(jìn)行解壓縮，再還原成模擬信號(hào)。語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)則是IP電話技術(shù)的基礎(chǔ)[2]。

1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

辦公區(qū)域設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。為減低成本，每層樓樓有兩臺(tái)24口二層交換機(jī)，分別接相應(yīng)樓層各辦公室內(nèi)的IP電話和電腦，即一臺(tái)交換機(jī)接一組IP電話，另一臺(tái)交換機(jī)接一組電腦。機(jī)房?jī)?nèi)放置一臺(tái)三層交換機(jī)，一臺(tái)路由器，一臺(tái)IP電話通信服務(wù)設(shè)備，一臺(tái)服務(wù)器。IP電話通信服務(wù)設(shè)備即網(wǎng)關(guān)，是SIP系統(tǒng)中的互聯(lián)設(shè)備，完成網(wǎng)間協(xié)議轉(zhuǎn)換，它是實(shí)現(xiàn)SIP系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的關(guān)鍵設(shè)備[3]。按照如圖1所示，三層交換機(jī)端口接對(duì)應(yīng)設(shè)備。通過(guò)以上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得二層交換機(jī)接收和轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)為語(yǔ)音或者為數(shù)據(jù)文件。三層交換機(jī)則可以清楚的劃分端口，將二層交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)其定義到相同類(lèi)型應(yīng)用端口中，方便管理。

2 無(wú)控制管理分析

2.1 IP電話語(yǔ)音數(shù)據(jù)

VoIP小時(shí)間量程的語(yǔ)音數(shù)據(jù)包數(shù)字化為IP數(shù)據(jù)包，并將它們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流從一個(gè)IP電話發(fā)送到另一個(gè)。使用SIP，可以隨意選擇標(biāo)準(zhǔn)組件，快速駕馭新技術(shù)，幫助建立、修改和拆除兩個(gè)通話端點(diǎn)之間的會(huì)話。

但是SIP也有缺陷，它既不是會(huì)話描述協(xié)議，也不提供會(huì)議控制功能。為了描述消息內(nèi)容負(fù)載情況和特點(diǎn)，SIP使用Internet的會(huì)話描述協(xié)議（SDP）來(lái)描述終端設(shè)備的特點(diǎn)，SIP自身也不提供服務(wù)質(zhì)量（QoS）。當(dāng)IP電話運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很大的突發(fā)時(shí)，結(jié)果導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的可以帶寬變化較大，會(huì)導(dǎo)致IP語(yǔ)音包嚴(yán)重丟失。語(yǔ)音包的丟失是影響IP電話語(yǔ)音質(zhì)量最主要、也是最直接的因素。因此，減少語(yǔ)音包的丟失是提高IP電話語(yǔ)音質(zhì)量的最主要措施之一。

2.2 數(shù)據(jù)文件

數(shù)據(jù)文件在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，是基于TCP/IP協(xié)議。IP數(shù)據(jù)包主要由“目的IP地址”、“源IP地址”和“凈載數(shù)據(jù)”三部分構(gòu)成。在對(duì)IP數(shù)據(jù)包不加控制的傳播，必然導(dǎo)致對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求超過(guò)了固有的容量。因?yàn)樵谑孪葲](méi)有任何協(xié)商和請(qǐng)求許可機(jī)制的資源共享網(wǎng)絡(luò)中，幾個(gè)IP分組同時(shí)到達(dá)路由器，并期望經(jīng)同一個(gè)輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)的可能性是存在的，顯然，不是所有分組可以同時(shí)接受處理，必須有一個(gè)服務(wù)順序，中間節(jié)點(diǎn)上的緩存為等候服務(wù)的分組提供一定保護(hù)。然而，如果此狀況具有一定的持續(xù)性，當(dāng)緩存空間被耗盡時(shí)，路由器只有丟棄分組。在這種持續(xù)過(guò)載的狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)急劇下降。交換機(jī)采用CSMA/CD協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)的廣播，部分?jǐn)?shù)據(jù)包不可避免被無(wú)關(guān)設(shè)備檢測(cè)到。不僅系統(tǒng)信息不安全，而且容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴。

3 三層交換機(jī)管理

3.1 VLAN的劃分

VLAN的劃分，采用的是基于端口的劃分。這種劃法的優(yōu)點(diǎn)是定義VLAN成員時(shí)非常簡(jiǎn)單，只要將所有的端口都定義為相應(yīng)的VLAN組即可[4?7]。按照?qǐng)D1所示，將網(wǎng)絡(luò)劃分為3個(gè)VLAN， IP電話和IP電話通信服務(wù)設(shè)備為VLAN2，計(jì)算機(jī)和服務(wù)器為VLAN3，調(diào)試計(jì)算機(jī)為VLAN4，這樣保證數(shù)據(jù)和語(yǔ)音不會(huì)混合在同一線路傳輸，便于三層交換機(jī)控制。按照網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包的用途劃分VLAN，保證了同一類(lèi)型數(shù)據(jù)在同一VLAN的傳播，減少了網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴的可能。使用復(fù)合VLAN技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)調(diào)試計(jì)算機(jī)能訪問(wèn)控制樓層間各VLAN的IP電話和計(jì)算機(jī)，便于維護(hù)操作。

3.2 服務(wù)質(zhì)量管理

服務(wù)可用性是QoS的重要基礎(chǔ)要素。成功實(shí)現(xiàn)QoS的前提是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)構(gòu)造必須高度可靠。進(jìn)一步理解QoS，它是指網(wǎng)絡(luò)為某特定數(shù)據(jù)流提供優(yōu)良服務(wù)（滿足或超過(guò)業(yè)務(wù)要求的服務(wù)質(zhì)量）的能力[8]。IP電話和上網(wǎng)訪問(wèn)同時(shí)在局域網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，若不通過(guò)三層交換機(jī)對(duì)相關(guān)應(yīng)用的數(shù)據(jù)包進(jìn)行管理，就是出現(xiàn)通話斷斷續(xù)續(xù)，的文件無(wú)法打開(kāi)，提示下載文件損壞等問(wèn)題。根據(jù)局域網(wǎng)中應(yīng)用的特點(diǎn)，分析出語(yǔ)音對(duì)時(shí)延抖動(dòng)要求較高，而數(shù)據(jù)文件對(duì)丟包率要求較高，因此采用配置端口信任報(bào)文的DSCP優(yōu)先級(jí)，基于接口的流量監(jiān)管技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)QoS管理。

3.2.1 優(yōu)先級(jí)映射

配置信任DSCP優(yōu)先級(jí)時(shí)，設(shè)備根據(jù)報(bào)文的DSCP優(yōu)先級(jí)對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類(lèi)并進(jìn)行后續(xù)的優(yōu)先級(jí)映射，得到報(bào)文映射后的DSCP優(yōu)先級(jí)。因?yàn)樵诰钟蚓W(wǎng)中語(yǔ)音的優(yōu)先級(jí)為5，數(shù)據(jù)文件的優(yōu)先級(jí)為1。

3.2.2 流量監(jiān)管

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞后，超出的流量將采取其他方式處理。如果處理方式為監(jiān)管，那么數(shù)據(jù)包就會(huì)被丟棄。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備缺省丟棄后到的數(shù)據(jù)包而傳輸先到的數(shù)據(jù)包，這樣的丟棄方式稱為尾丟棄。也可以讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在發(fā)生擁塞時(shí)，先丟棄低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包而傳輸高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包[9]。

4 管理控制后的測(cè)試結(jié)果

由于在局域網(wǎng)使用IP電話進(jìn)行通話，對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量非常敏感，因此僅對(duì)接IP電話的e0/0/2端口進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證效果。

4.1 吞吐量

對(duì)e0/0/2和e0/0/23端口使用NetIQ Chariot軟件進(jìn)行測(cè)試，設(shè)置“Add pair”，“TCP”，“Throughout腳本”，10個(gè)獨(dú)立線程，吞吐量結(jié)果見(jiàn)圖2，測(cè)試平均值為9.4 Mb/s，完全滿足語(yǔ)音對(duì)帶寬的要求。

4.2 響應(yīng)時(shí)間

與吞吐量測(cè)試的端口和軟件相同，使用“Response_Time腳本”，響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。響應(yīng)時(shí)間的平均值為0.4 ms，滿足國(guó)家A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)[10]。

4.3 優(yōu)先級(jí)映射和流量監(jiān)管

5 結(jié) 語(yǔ)

基于局域網(wǎng)構(gòu)架的三層交換機(jī)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的控制，使廣泛使用的模擬電話在現(xiàn)有超五類(lèi)線介質(zhì)基礎(chǔ)上運(yùn)行成為了可能。這種新的運(yùn)行模式，極大的減少施工和維護(hù)成本，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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