基于局域网的语音、数据的管理应用

赵均

摘 要： 为减少网络布线的施工量、后期的人工维护工作量和线路调整而产生机械故障率，提出局域网中采用IP电话通信。通过分析局域网存在的一般问题，强调运用三层交换机管理VLAN划分、优先级映射和流量监管的QoS等关键技术，实现了IP电话和计算机在局域网中正常工作和施工维护便利，并通过实验验证网络拓扑构架和方法的正确性。基于局域网构架的三层交换机的语音和数据的控制，使广泛使用的模拟电话在现有超五类线介质基础上运行成为可能，这种新的运行模式，极大地降低了施工和维护成本，具有广阔的市场前景。

关键词： IP电话； 三层交换机； 复合VLAN； 服务质量

中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 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

电话和计算机网络已经成为人们办公通信的重要方式，传统的电话线是每部电话采用一对双绞线，这样使得施工和维护非常麻烦，需要清楚每根线的作用，费时费力。为了充分利用超五类线网络，可使用IP电话设备通信及三层交换机[1]进行管理控制，极大降低维护成本，减少线路故障率。由专门的硬件设备或软件将呼叫的话音信号采样并数字化，进行压缩打包，经过IP网络传输到对方，由对方的设备或软件接收并进行解压缩，再还原成模拟信号。语音压缩编码技术则是IP电话技术的基础[2]。

1 网络拓扑图

办公区域设备的网络拓扑图如图1所示。为减低成本，每层楼楼有两台24口二层交换机，分别接相应楼层各办公室内的IP电话和电脑，即一台交换机接一组IP电话，另一台交换机接一组电脑。机房内放置一台三层交换机，一台路由器，一台IP电话通信服务设备，一台服务器。IP电话通信服务设备即网关，是SIP系统中的互联设备，完成网间协议转换，它是实现SIP系统与其他网络互联互通的关键设备[3]。按照如图1所示，三层交换机端口接对应设备。通过以上网络拓扑结构，使得二层交换机接收和转发的数据为语音或者为数据文件。三层交换机则可以清楚的划分端口，将二层交换机转发数据其定义到相同类型应用端口中，方便管理。

2 无控制管理分析

2.1 IP电话语音数据

VoIP小时间量程的语音数据包数字化为IP数据包，并将它们通过网络数据流从一个IP电话发送到另一个。使用SIP，可以随意选择标准组件，快速驾驭新技术，帮助建立、修改和拆除两个通话端点之间的会话。

但是SIP也有缺陷，它既不是会话描述协议，也不提供会议控制功能。为了描述消息内容负载情况和特点，SIP使用Internet的会话描述协议（SDP）来描述终端设备的特点，SIP自身也不提供服务质量（QoS）。当IP电话运行网络用户数和传输的数据量很大的突发时，结果导致网络的可以带宽变化较大，会导致IP语音包严重丢失。语音包的丢失是影响IP电话语音质量最主要、也是最直接的因素。因此，减少语音包的丢失是提高IP电话语音质量的最主要措施之一。

2.2 数据文件

数据文件在网络中传输，是基于TCP/IP协议。IP数据包主要由“目的IP地址”、“源IP地址”和“净载数据”三部分构成。在对IP数据包不加控制的传播，必然导致对网络资源的需求超过了固有的容量。因为在事先没有任何协商和请求许可机制的资源共享网络中，几个IP分组同时到达路由器，并期望经同一个输出端口转发的可能性是存在的，显然，不是所有分组可以同时接受处理，必须有一个服务顺序，中间节点上的缓存为等候服务的分组提供一定保护。然而，如果此状况具有一定的持续性，当缓存空间被耗尽时，路由器只有丢弃分组。在这种持续过载的状态下，网络性能会急剧下降。交换机采用CSMA/CD协议对数据进行转发，对数据的广播，部分数据包不可避免被无关设备检测到。不仅系统信息不安全，而且容易产生广播风暴。

3 三层交换机管理

3.1 VLAN的划分

VLAN的划分，采用的是基于端口的划分。这种划法的优点是定义VLAN成员时非常简单，只要将所有的端口都定义为相应的VLAN组即可[4?7]。按照图1所示，将网络划分为3个VLAN， IP电话和IP电话通信服务设备为VLAN2，计算机和服务器为VLAN3，调试计算机为VLAN4，这样保证数据和语音不会混合在同一线路传输，便于三层交换机控制。按照网络传输数据包的用途划分VLAN，保证了同一类型数据在同一VLAN的传播，减少了网络广播风暴的可能。使用复合VLAN技术，为实现调试计算机能访问控制楼层间各VLAN的IP电话和计算机，便于维护操作。

3.2 服务质量管理

服务可用性是QoS的重要基础要素。成功实现QoS的前提是网络基础构造必须高度可靠。进一步理解QoS，它是指网络为某特定数据流提供优良服务（满足或超过业务要求的服务质量）的能力[8]。IP电话和上网访问同时在局域网运行时，若不通过三层交换机对相关应用的数据包进行管理，就是出现通话断断续续，的文件无法打开，提示下载文件损坏等问题。根据局域网中应用的特点，分析出语音对时延抖动要求较高，而数据文件对丢包率要求较高，因此采用配置端口信任报文的DSCP优先级，基于接口的流量监管技术，来实现QoS管理。

3.2.1 优先级映射

配置信任DSCP优先级时，设备根据报文的DSCP优先级对报文进行分类并进行后续的优先级映射，得到报文映射后的DSCP优先级。因为在局域网中语音的优先级为5，数据文件的优先级为1。

3.2.2 流量监管

当网络发生拥塞后，超出的流量将采取其他方式处理。如果处理方式为监管，那么数据包就会被丢弃。通常情况下，网络设备缺省丢弃后到的数据包而传输先到的数据包，这样的丢弃方式称为尾丢弃。也可以让网络设备在发生拥塞时，先丢弃低优先级的数据包而传输高优先级的数据包[9]。

4 管理控制后的测试结果

由于在局域网使用IP电话进行通话，对网络质量非常敏感，因此仅对接IP电话的e0/0/2端口进行测试，以验证效果。

4.1 吞吐量

对e0/0/2和e0/0/23端口使用NetIQ Chariot软件进行测试，设置“Add pair”，“TCP”，“Throughout脚本”，10个独立线程，吞吐量结果见图2，测试平均值为9.4 Mb/s，完全满足语音对带宽的要求。

4.2 响应时间

与吞吐量测试的端口和软件相同，使用“Response_Time脚本”，响应时间的测试结果见图3。响应时间的平均值为0.4 ms，满足国家A类标准[10]。

4.3 优先级映射和流量监管

5 结 语

基于局域网构架的三层交换机的语音和数据的控制，使广泛使用的模拟电话在现有超五类线介质基础上运行成为了可能。这种新的运行模式，极大的减少施工和维护成本，具有广阔的市场前景。

参考文献

[1] 朱嘉幸. 三层交换机的快速配置恢复方法研究及实现[J].硅谷，2013（1）：94?95.

[2] 王素珍.通信原理[M].北京：北京邮电大学出版社，2010.

[3] 崔健双.现代通信技术概论[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4] 王建平.计算机网络基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.

[5] 魏评. 企业网络组建中VLAN的设计与实现[J].软件导刊，2012（9）：134?136.

[6] 金红旭.交换机VLAN技术在局域网中的应用[J].中国科教创新导刊，2013（11）：169?170.

[7] 王凇.VLAN技术在局域网建设中的应用探究[J].计算机光盘软件与应用，2013（1）：119?120.

[8] 赵晋，刘佳. 网络QoS服务及流量控制[J].硅谷，2012（7）：24?25.

[9] 王达.华为交换机学习指南[M].北京：人民邮电出版社，2014.

[10] 信息产业部.YD/T 1686?2007 IP电话终端设备语音质量及传输性能技术要求和测试方法[S].北京：信息产业部，2007.