voip 协议介绍北京大唐高鸿数据网络技术有限公司由 nordridesign 提供

VoIP 协议介绍北京大唐高鸿数据网络技术有限公司

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目录

VoIP 概述H.323 协议简介SIP 协议简介抓包和协议分析PSTN 接口简介

VoIP 概述

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什么是 VoIP

VoIP Voice over Internet Protocol 在 IP 网络或者包交换网络中传输语音模拟声音讯号 (Voice) 数字化，以数据封包 (Data Packet) 的型式

在 IP 数据网络 (IP Network) 上做实时传递将模拟的声音信号经过压缩与封包之后，以数据封包的形式在 IP

网络的环境进行语音讯号的传输，通俗来说也就是互联网电话、网络电话或者简称 IP 电话的意思。

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VoIP 常用协议

H323 ITU-T 标准 , 在无 QoS 保证的包交换网络上进行多媒体通信 1996 年推出第一版

SIP IETF 标准 , 用于和一个或多个参与者创建、修改和终止会话 1999 年形成 RFC2543 目前最新是 RFC3261

MGCP IETF 标准 , 用于软交换和媒体网关之间的协议 1999 年 10 月形成 IETF RFC2705

Megaco/H.248 ITU-T 与 IETF 合作推出，功能类似于 MGCP 2000 年 6 月推出

H.323 协议简介

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什么是 H.323

由 ITU-T 制定的一种支持在无 QoS 保证的分组交换网上实现实时多媒体通信的协议支持多点功能，组播和带宽管理支持语音，视频和数据的传输

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H.323 协议组件

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H.323 协议组件

网关 GW

网守 Gatekeeper

终端 Terminal

多点控制单元 MCU

IP 网络

PSTN

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H.323 协议组件 - 终端

终端是分组网络中能提供实时、双向通信的节点设备，也是一种终端用户设备，可以和网关、多点接入控制单元通信

A/D 转换

System Control

H.245 Control

Call ControlH.225.0

RAS ControlH.225.0

视频 I/O 设备

音频 I/O 设备

数据应用T.120

系统控制用户接口

编码 / 压缩

TCP/IP

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H.323 协议组件 - 网关

网关提供 H.323 网络与非 H.323 网络之间信令和媒体的转换

接口

FXS/FXOE1/T1

Video/ Audio Codec

System Control

H.245 Control

Call ControlH.225.0

RAS ControlH.225.0

LAN接口

PSTN/ISDN IP

网关

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H.323 协议组件 - 网守

概述管理一个域中的网关、终端和 MCU 等设备

功能地址翻译带宽控制鉴权（终端、网关和 MCU ）区域管理多方会议

单个 GK 和该 GK 管理的 H.323 端点构成一个域是 H.323 系统中的一个可选组件

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H.323 协议组件 -MCU

多点控制单元（ Multipoint Control Unit ）支持 3 个或 3 个以上的端点参加的多点会议一个 MCU 必须包含一个 MC 和零或多个 MP

MC 在一个多点会议之中提供控制功能

MP 在多点会议中从终端接收音频、视频或数据流，处理之后再把它

们回送到各个终端

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H.323 协议簇

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H.323 协议簇 - 呼叫控制信令

RAS SignalingH.225.0 Call SignalingH.245 Call Control

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H.323 协议簇 -RAS

用于 GW 和 GK ， GK 和 GK 之间通信的协议主要的消息 GRQ/GCF/GRJ RRQ/RCF/RRJ ARQ/ACF/ARJ DRQ/DCF/DRJ LRQ/LCF/LRJ

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H.323 协议簇 -H.225.0 Call Signaling

用于端点间的呼叫控制主要的消息 SETUP CALLPROCEEDING ALERTING CONNECT RELEASE COMPLETE

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H.323 协议簇 -H.245 Call Control

用于端点间的多媒体通信控制编解码能力协商（音频视频）主从确定打开逻辑通道会议控制

主要的消息 TCS （ Terminal Capability Set ，能力交换） MSD （ Master-Slave Determination ，主从确定） OLC （ Open Logical Channel ，打开逻辑通道）

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H.323 协议簇 - 快速连接（ Fast Connect ）

H.245 交互过程较为复杂且费时在 H.225.0 call signaling 中携带快速连接单元来完成 H.245 协议的功能可以携带在 setup, call proceeding, alerting 或者 connect 中

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H.323 协议簇 - 基本交互流程（无 GK ）

交互 RTP 流

Call Proceeding

Setup

Alerting

终端 A 终端 B

Connect

建立 H.245 会话

Release Complete

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H.323 协议簇 - 基本交互流程（有 GK ）

DRQ

终端 A GK 终端 B

ACF

ARQ

ARQ

ACF

Setup

Release Complete

Connect

Alerting

交互 RTP 流

建立 H.245 会话

Call Proceeding

DCF DRQ

DCF

SIP 协议简介

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什么是 SIP （ Session Initiation Protocol ）

用于建立、修改、拆除多媒体会话目前的核心 RFC 为 3261支持多种应应用层的信令协议，可以基于：视频、语音、即时消息、在席服务、呼叫控制等

被 NGN （下一代网络）和 3G IMS （ IP 多媒体子系统）采纳作为呼叫控制信令

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SIP 特点

应用层协议，可以基于 TCP 和 UDP 等，独立于底层的传输协议根植于 IP 网络，可以和其他 IETF 协议配合使用 RTP/RTCP 、 SDP 、 RTSP 、 DNS SDP 协议用于编解码协商

基于文本的协议（类似于 HTML ）阅读和分析 SIP 协议变得简单

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SIP 协议实体

User AgentSIP SERVER Proxy server registrar redirect server

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SIP 协议实体 -User Agent

发送和接收 SIP 请求的逻辑实体 UAC 发送请求 UAS 接收请求

常见形态 SIP 话机桌面型 SIP 软件电话 PSTN 网关

UAS UAC UAS UAC

1) request

2) response

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SIP 协议实体 -Proxy

Stateful Proxy server 维持呼叫状态

Stateless Proxy server 不维持呼叫状态

UA1 Proxy server

1) request

4) response

UA2

2) request

3) response

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SIP 协议实体 -Redirect Server

将请求中的地址映射为零个或多个新的地址，返回给客户端客户端直接向这些新的地址发起请求主要完成路由功能

UA1 UA2

Redirect Server Location server

1) request

4) response

3) response

5) request

6) response

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SIP 协议实体 -Registrar

注册服务器接受 UA 的注册

通常与 Proxy 或者 Redirect server 共存

UA Registrar

1) request

3) response

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SIP Uniform Resource Indicators (URIs)SIP Uniform Resource Indicators (URIs)

用于标识一个呼叫资源类似于 EMAIL 地址 user@domin 形式包含两种 URI 方案 sip:[email protected] SIP URI sips:[email protected] secure SIP URI

两种类型的 SIP URIs Address of Record （用户标识） sip:[email protected] 需要服

务器解析域名 gohigh.com Contact （设备标识） sip:[email protected] 无需服务器解析

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SIP 消息

请求消息（ Request ） UAC 发给 UAS 使用请求行 -Request-Line 区分是哪一种请求消息，请求行包括

： Method 、 Request-URI 、 Protocol version

响应消息（ Response ） UAS 发给 UAC 状态行 -Status-Line 记录对请求的响应码

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SIP 消息 - Request

REGISTER 注册请求，上报用户信息，完成号码绑定

INVITE 发起会话请求

CANCEL 取消一个尚未完成的请求，特别针对 INVITE

ACK 为 INVITE 请求提供三次握手

BYE 结束会话请求

OPTION 查询服务器能力

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SIP 消息 - Response

1XX 临时响应，表示请求正在处理中

2XX 成功响应消息

3XX 重定向消息

4XX 客户端错误 ,错误来源于 UAC

5XX 服务端错误 ,错误来源于 UAS

6XX 全局错误

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SIP 典型流程 - 注册

UA 设备开机需要向服务器注册当 sip client 地址发生变化时也需要重新注册注册信息需要定时刷新

REGISTER(1)

401 (2)UA

REGISTER(3)

200 (4)

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SIP 典型流程 - 呼叫建立

INVITE with SDP

100 Trying

ACK

200 OK with SDP

180 Ringing

RTP

UA1 UA2

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SIP 典型流程 - 呼叫拆除

INVITE with SDP

100 Trying

ACK

200 OK with SDP

180 Ringing

UA1 UA2

BYE

200 OK

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SIP 典型流程 - 重定向呼叫

UA1 UA2

INVITE

301 Moved Permanant

ACK

INVITE

200 OK

180 Ringing

Redirect Server

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SIP 典型流程 - 代理呼叫

UA1 UA2proxy Server

INVITE

100 Trying

ACK

200 OK

180 Ringing

RTP

INVITE

100 Trying

ACK

200 OK

180 Ringing

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软交换体系架构

抓包及协议分析

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抓包工具的使用方法（一）

可以采用抓取 IP报文的方式来定位问题可以定位注册服务器失败，呼叫失败，语音单通等多种故障

目前常用的软件为WIRESHARK 免费软件可以对 VoIP 协议进行分析使用方便简单

抓包方法将 wireshark安装在 PC 上将需要抓包的设备（如 IP 话机）和 PC 接在同一个 HUB下打开 wireshark 软件开始抓取 IP 包等待问题现象出现抓到所需报文后停止抓包

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抓包工具的使用方法（二）

点击左上角图标列出所有 PC 上的以太网口选择要抓包的网口，点击 Start 即开始抓包

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可以在“ Filter”栏中输入过滤条件看指定协议的报文对于 IP 话机的常见问题都可以使用 sip这个条件来过滤

抓包工具的使用方法（三）

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请求消息 INVITE 分析（ 1/8 ）

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0

v: SIP/2.0/UDP 192.168.1.126:5060

t: <sip:[email protected];user=phone>

f: “Flood"<sip:[email protected];user=phone>;tag=7c3c1168-01d6-01c2-13d0-00e0bb1ad1da

i: [email protected]

CSeq: 5001 INVITE

m: <sip:[email protected]:5060>

User-Agent: "3Com-SIP-Phone/V7.0.14.15"

c: application/sdp

P-Asserted-Identity: “Flood" <sip:[email protected]>

l: 210

起始行（ Start Line ） Method: INVITESIP URI Request-URI: sip:[email protected] Sip Version: SIP/2.0

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v: SIP/2.0/UDP 192.168.1.126:5060




CSeq: 5001 INVITE



c: application/sdp


l: 210

Via header 包含此请求消息对应的响应消息需要回复的地址，示例中标识了发起请求的 UA 地址

同一个消息中可以包含多个 Via header 域，每个域中又可以包含多个 entity 地址

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v: SIP/2.0/UDP 192.168.1.126:5060




CSeq: 5001 INVITE



c: application/sdp


l: 210

To 、 From 和 Call-ID 唯一标志 SIP 会话中的对话（ dialog ） To header 包含接收请求消息的目标 URI 地址 From header 包含发送请求消息的 display name （ Flood

）和起始 URI 地址，这两个值确定请求消息的发送源 Tag parameter 以及 Call-ID 是由发送源 UA产生，包括随

机的字符串、 UA 主机名称或者 UA 地址等。

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v: SIP/2.0/UDP 192.168.1.126:5060




CSeq: 5001 INVITE



c: application/sdp


l: 210

Command Sequence 包含一个整数和 method 名称整数代表 CSeq number ，同一个对话中的请求消息序列号按照发送时间的顺序依次递增“ 1”

Contact 包含到达消息源的直接路由 URI

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v: SIP/2.0/UDP 192.168.1.126:5060




CSeq: 5001 INVITE



c: application/sdp


l: 210

User-Agent 是可选域，包含发送消息的 UA 信息Content-Type代表消息体所包含的媒体类型P-Asserted-Identity 是可选域，用于标识可信任实体Content-Length表示消息体的内容长度

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v=0

o=- 3687453239 0 IN IP4 192.168.1.126

s=652001

c=IN IP4 192.168.1.126

t=0 0

m=audio 8008 RTP/AVP 18 0 96

a=rtpmap:18 G729/8000

a=rtpmap:0 PCMU/8000

a=fmtp:96 0-15

a=rtpmap:96 telephone-event/8000

“v=“表示 SDP 协议的版本“o=“ 由 <username> <session id> <version> <network type> <address type> <address> 组成“s=“表示会话名称“c=“ 包含连接数据

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v=0

o=- 3687453239 0 IN IP4 192.168.1.126

s=652001

c=IN IP4 192.168.1.126

t=0 0


a=rtpmap:18 G729/8000


a=fmtp:96 0-15


“t=“表示会议会话的开始和截止时间“m=“ 包含媒体描述符“a=“表示能力集描述符表示会话名称

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v=0

o=- 3687453239 0 IN IP4 192.168.1.126

s=652001

c=IN IP4 192.168.1.126

t=0 0


a=rtpmap:18 G729/8000


a=fmtp:96 0-15


m=< 媒体 > < 端口 >/< 端口数量 > < 传送层 > <格式列表 >

a=rtpmap:<净荷类型号 > < 编码名 >/< 时钟速率 >[/< 编码参数 >]

a=fmtp:<格式 > < 格式特定参数 >

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SDP 协商示例

OFFER

v=0

o=alice 2890844526 2890844526

IN IP4 host.atlanta.example.com

s=

c=IN IP4 host.atlanta.example.com

t=0 0



a=rtpmap:8 PCMA/8000

a=rtpmap:97 iLBC/8000

m=video 51372 RTP/AVP 31 32

a=rtpmap:31 H261/90000

a=rtpmap:32 MPV/90000

ANSWER

v=0

o=bob 2808844564 2808844564

IN IP4 host.biloxi.example.com

s=

c=IN IP4 host.biloxi.example.com

t=0 0

m=audio 49174 RTP/AVP 0


m=video 49170 RTP/AVP 32

a=rtpmap:31 H261/90000

相同的编解码被协商，如果有多个相同的编解码，列表中靠前的编码被协商成功

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注册流程 -register （一）

Session Initiation Protocol

Request-Line: REGISTER sip:192.168.1.100 SIP/2.0

Method: REGISTER

[Resent Packet: False]

Message Header

Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.11;branch=z9hG4bKb538878a14832951

Transport: UDP

Sent-by Address: 192.168.1.11

Branch: z9hG4bKb538878a14832951

From: "1001" <sip:[email protected]>;tag=1CAF137D-6B82D88C

SIP Display info: "1001"

SIP from address: sip:[email protected]

SIP tag: 1CAF137D-6B82D88C

To: <sip:[email protected]>

SIP to address: sip:[email protected]

CSeq: 1 REGISTER

Sequence Number: 1

Method: REGISTER

Call-ID: [email protected]

Contact: <sip:[email protected]>;methods="INVITE, ACK, BYE, CANCEL, OPTIONS, INFO, MESSAGE, SUBSCRIBE, NOTIFY, PRACK, UPDATE, REFER"

Contact Binding: <sip:[email protected]>;methods="INVITE, ACK, BYE, CANCEL, OPTIONS, INFO, MESSAGE, SUBSCRIBE, NOTIFY, PRACK, UPDATE, REFER"

URI: <sip:[email protected]>

SIP contact address: sip:[email protected]

User-Agent: PolycomSoundPointIP-SPIP_550-UA/3.0.2.0917

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注册流程 -401 （二）

Session Initiation Protocol

Status-Line: SIP/2.0 401 Unauthorized

Status-Code: 401

[Resent Packet: False]

Message Header

Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.11;branch=z9hG4bKb538878a14832951

Transport: UDP


Branch: z9hG4bKb538878a14832951





To: <sip:[email protected]>;tag=851360142


SIP tag: 851360142

Date: Fri, 26 Sep 2008 08:29:57 GMT


CSeq: 1 REGISTER

Sequence Number: 1

Method: REGISTER

WWW-Authenticate: Digest realm="ccmsipline", nonce="RdzVLKlDTrF3qGacHfoazxKMHQzsDsbn", algorithm=MD5

Authentication Scheme: Digest

Realm: "ccmsipline"

Nonce Value: "RdzVLKlDTrF3qGacHfoazxKMHQzsDsbn"

Algorithm: MD5

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注册流程 -register （三）

Authorization: Digest username="1001", realm="ccmsipline", nonce="RdzVLKlDTrF3qGacHfoazxKMHQzsDsbn", uri="sip:192.168.1.100", response="f059475802e0f3b19d727c3d1e078afd", algorithm=MD5

Authentication Scheme: Digest

Username: "1001"

Realm: "ccmsipline"

Nonce Value: "RdzVLKlDTrF3qGacHfoazxKMHQzsDsbn"

Authentication URI: "sip:192.168.1.100"

Digest Authentication Response: "f059475802e0f3b19d727c3d1e078afd"

Algorithm: MD5

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注册流程 -200OK （四）Session Initiation Protocol

Status-Line: SIP/2.0 200 OK

Status-Code: 200

Message Header

Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.11;branch=z9hG4bK3f3da5839CBF5422

Transport: UDP


Branch: z9hG4bK3f3da5839CBF5422





To: <sip:[email protected]>;tag=851360142


SIP tag: 851360142

Date: Fri, 26 Sep 2008 08:29:59 GMT


CSeq: 2 REGISTER

Sequence Number: 2

Method: REGISTER

Expires: 120

Contact: <sip:[email protected]>;methods="INVITE, ACK, BYE, CANCEL, OPTIONS, INFO, MESSAGE, SUBSCRIBE, NOTIFY, PRACK, UPDATE, REFER";x-cisco-newreg

Contact Binding: <sip:[email protected]>;methods="INVITE, ACK, BYE, CANCEL, OPTIONS, INFO, MESSAGE, SUBSCRIBE, NOTIFY, PRACK, UPDATE, REFER";x-cisco-newreg

URI: <sip:[email protected]>

SIP contact address: sip:[email protected]

Supported: X-cisco-sis-2.0.0

PSTN 接口简介及常见概念

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PSTN

电话公网

PBX ：语音电话交换机

电话终端

PBX ：语音电话交换机、程控交换机

功能：语音提示、电话转接

厂商：北电 Nortel 、阿尔卡特 Alcatel 、亚美亚 Avaya 、西门子 Siemens 、 NEC 、松下、华为、中兴、大唐…

• 总机 / 分机方式• 1 个 PBX 交换机绑定 1 个或多个公网号码，如 (010) 6230 3100

• 通过总机（人工或自动）将来电转接到分机，如分机 4095 ，分机 6032

• DID 方式• 通过固话运营商申请一组 DID 的号码，可以直接拨叫分机，如 6230 2963

主叫方（发起呼叫）

基础知识（ PBX）

总机： (010) 6230 3100

分机 4095

分机 6032

DID: (010) 6230 2963

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PSTN

电话公网

PBX ：语音电话交换机

电话终端

电话终端• 数字话机• 模拟话机• 传真机

• 数字话机（数字线路）• 优点：功能多，操作灵活，接续快，话路多（同时接听的电话）• 缺点：不通用（必须使用 PBX 厂商专用的数字话机），价格贵

• 模拟话机（模拟线路）• 优点：便宜，通用（任何厂商）• 缺点：功能少，接续慢，同时接入的话路有限（ 3 路）

• 传真机：模拟线路


基础知识（电话终端）

总机： (010) 6230 3100

分机 4095

分机 6032

DID: (010) 6230 2963

传真

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PSTN

电话公网 PBX

电话终端

语音信箱、留言系统、VoiceMail…

• 语音信箱主要是用于在没人应答电话的情况下，实现语音留言的功能。当有语音留言的时候，语音信箱往往会点亮话机的留言灯• 一般每一个分机对应一个语音信箱• 语音信箱与 PBX 之间一般通过数字线路或模拟线路连接，连接线路数量一般不多（同时访问语音留言的线数）• 语音留言的内容保存在语音信箱服务器上• 一般外企、酒店常用


基础知识（语音信箱）

(010) 6230 3100

分机 4095

分机 6032

传真

语音信箱

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PSTN 接口概述

PBX/PSTN

PSTN接口

IP网络

模拟接口 FXS 、 FXO 、 E&M 等

数字接口 E1 、 T1 等

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PSTN 接口 -FXS

FXS （ Foreign eXchange Station ）模拟语音接口，通常称为用户电路接口，是数字电话交换系统和

POTS 电话，传真等用户设备之间的一个线路端连接。简单的说它是直接与普通模拟电话机、传真机、 PBX 环路中继的接口。

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PSTN 接口 -FXO

FXO （ Foreign eXchange Office ）模拟语音接口，通常称为二线环路中继接口；通常用于连接 PST

N FXS 和 FXO 口成对出现

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PSTN 接口 - 语音 E1

数字中继接口传输速率是 2.048Mbps

主要用于欧洲和中国30B+D线路，可承载 30路语音两种阻抗类型 75欧姆， 120欧姆三种信令 SS7 ISDN PRI R2 （中国一号）

收敛比总电话数量：总外线数量，经验值为 10 ： 1 或者 8 ： 1

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PSTN 接口 - 语音 E1

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