模拟电话适配器 (ATA)

引言

模拟电话适配器 (ATA) 是一种将模拟电话、传真机或其他类似设备连接到计算机或网络的设备，允许通过互联网进行通信。ATA 使得用户可以像连接到传统电话网络一样拨打电话。这样，他们可以在继续使用现有模拟设备的同时，获得互联网的灵活性，并且通常能降低整体电话费用。

如今，大多数 ATA 可以直接连接到 IP 网络，无需使用计算机。ATA 在物理上连接到网络设备，如调制解调器、路由器、集线器或交换机。它还与语音 over IP (VoIP) 服务器直接通信，该服务器可以通过互联网或本地网络访问。当电话发送信号时，ATA 将其从模拟格式转换为数字格式；反之，当接收到信号时，ATA 将其从数字格式转换为模拟格式。连接电话到 IP 网络的 ATA 也称为 VoIP 适配器或 VoIP 网关。

在某些情况下，ATA 会直接连接到计算机，通常通过 USB 端口，而不是连接到网络。虽然这种配置不像过去那样流行，但当使用时，计算机通常会运行一个软电话程序，作为 VoIP 服务器和 ATA 之间的桥梁。除了转换数字和模拟信号之间的数据外，该软件还执行启用互联网通信所需的所有其他任务。

现代模拟电话适配器

如今大多数 ATA 直接连接到网络设备，但它们之间存在显著差异。差异之一是连接到 ATA 的模拟设备的数量。各种端口类型用于建立连接，包括以下几种：

• 外线分机 (FXS)。此端口允许通过 RJ-11 连接器将 ATA 连接到模拟设备（如电话或传真机），从而实现 VoIP 通信。ATA 通常包含多个 FXS 端口。
• 外线局 (FXO)。FXO 端口使用 RJ-11 连接器将 ATA 连接到标准电话线。ATA 有时会包含 FXO 端口，提供对公共交换电话网络的备用访问。
• 以太网。以太网端口使用 RJ-45 连接器将 ATA 连接到 IP 网络设备。有些 ATA 拥有两个以太网端口：一个用于连接到互联网，另一个用于连接到计算机或路由器或其他下游设备。

如今最基本的 ATA 配备一个以太网端口、一个 FXS 端口和一个电源适配器插孔。然而，在商业环境中，ATA 通常包含多个 FXS 端口以及两个 10/100 兆比特每秒的以太网端口。ATA 是一些互联网电话服务提供商（如 Vonage）提供的服务套餐的一部分。

VoIP 是 ATA 用于通信的协议。会话发起协议 (SIP) 是一种可以启动、维护、修改和终止实时通信的信令协议，是最广泛使用的协议之一。H.323、Inter-Asterisk eXchange 和 Media Gateway Control Protocol 是其他广泛使用的协议。ATA 还使用编解码器将模拟电话信号转换为数字信号，反之亦然。G.711、G.729 和 Internet Low Bitrate Codec 是常见编解码器的示例。

ATA 如何工作？

通常，ATA 有两组插座：一组用于您的 LAN 或 VoIP 服务，另一组用于您的普通电话。当然，您可以一侧连接 RJ-11（电话线缆）插孔，另一侧连接 RJ-45（VoIP 或以太网电缆）插孔。

ATA 通过 VoIP 协议（如 SIP 或 H.323）连接到远程 VoIP 服务提供商的服务。语音编解码器用于语音信号的编码和解码。虽然您可以将 ATA 连接到计算机或软电话，但它们不需要软件或计算机，因为它们直接与 VoIP 服务通信。

ATA 的功能

ATA 最常见的功能是：

• 处理 VoIP 协议的能力：功能越好，支持的协议越多。如今，所有新型 ATA 都支持 H.323 和 SIP。
• 端口：为了在 VoIP 服务和电话网络之间创建接口，ATA 至少需要一个 LAN (RJ-45) 端口和一个 RJ-11 端口。一些 ATA 甚至包含额外的端口，例如用于连接计算机的 RJ-45 端口。这可以用来拨打到 PC 的电话。少数 ATA 带有 USB 端口，使用户可以更轻松地将它们连接到计算机和其他设备。
• 呼叫切换：VoIP 和 PSTN 经常互换使用。多亏了 ATA 的呼叫切换功能，您可以快速在这两者之间进行切换。
• 标准服务功能。如今，拥有许多服务功能，如来电显示、呼叫等待、呼叫转移、呼叫转接等，是正常且有用的。所有这些都应该由一个好的 ATA 支持。
• 三方会议。许多 ATA 支持三方会议，因此您可以同时与多人通话。这在商业环境中尤其有用。
• 断电容错。ATA 由电力供电。通常，在停电时，它将停止工作。但这并不意味着您将完全无法通信。如果发生停电，一个好的 ATA 应该自动切换到 PSTN 线。
• 语音质量。ATA 制造商每天都在磨砺自己的技艺。一些采用数字信号处理 (DSP) 等改进技术的 ATA 可提供出色的高保真语音质量。
• 互操作性。在商业环境中，ATA 可能是现有复杂硬件设置的一部分。因此，一个好的 ATA 应该完全兼容其他硬件设备并与之互操作。这些只是一个好的 ATA 最常见的功能。现代 ATA 包含许多额外的功能。

模拟电话适配器的应用

1. 传真分析仪

传真分析仪是一种媒体网关设备，用于分析和排查 IP 和 PSTN 网络上的传真连接和传输。为了访问 IP 网络和 PSTN，分析仪提供至少一个 IP 端口和一个外线分机端口 (FXS) 端口。IP 端口允许从另一个站点远程控制和监控设备，并捕获会话和传真 over IP 数据包。FXS 端口可以记录 PSTN 传真传输期间的音频。T.38 实时传真功能可以使用先前记录的文件或通过 IP 传输进行离线监控和调试。

T.38 网关将从模拟传真机发送的数据收集起来，并通过 IP 网络以 T.38 数据包的形式发送，这些数据包可以通过 RTP over UDP、UDPTL over UDP 或 TPKT over TCP 进行传输。这个过程称为 T.38 传真传输。为了处理，T.38 数据包流和会话控制被记录在一个文件中。通过利用每个数据包中的序列号以及发送的任何冗余或前向纠错 (FEC) 数据包，可以重新创建整个 T.38 流。为了复制传真图像，需要处理 T.38 流中包含的 T.30 对话。

使用传真解调软件从包含截获的 PSTN 音频信号的记录文件中提取图像，用于 PSTN 上的传真。传真监视器包含一个传真解码器，用于传统的传真机以及使用制造商特定的 T.30“非标准功能”(NSF) 功能的传真机。VOCAL 提供广泛的软件库，以促进图像提取和捕获，用于调试和分析各种传真标准和传输协议。

特点

• 捕获 V.17、V.34 和 T.30 (PCM) 的音频信号
• 捕获 T.38 数据包、传真 over IP 和会话控制
• 使用 G3 和 Super G3 协议分析 T.30 传真消息。
• 分析传真消息的内容、时序和控制序列。
• 比较各种 PSTN 传真或 IP 传真连接的消息的时序和内容。
• 部分传真图像恢复和传真图像解码
• 通过 PSTN 传真回放
• 通过 IP 消息回放 G.711 传真直通和 T.38 协议
• 交互式远程调试和分析

好处

• 本地支持技术人员安装简便。
• 快速识别和解决传真传输问题。
• 高效利用远程工程专业知识。

2. 使用单个 ATA 同时呼叫

通过使用具有两个 FXS (RJ-11) 端口的模拟电话适配器 (ATA)，可以在 Voice over IP (VoIP) 技术中使用多个模拟电话设备（例如两部电话或一部电话和一台传真机）。维护单独的配置文件，以描述每个设备可以支持的 VoIP 会话的类型和功能。通常为 ATA 分配通用资源标识符 (URI) 作为电话号码，但每个线路可以有一个不同的 URI (FXS)。

当拨打或接听电话时，将使用会话发起协议 (SIP) 和会话描述协议 (SDP) 来连接两个端点。当它们连接时，实时传输协议 (RTP) 用于在端点之间传输音频信号。

当 ATA 设置为单个 URI 时，可以使用同一个电话号码进行同时的电话呼叫。当呼叫传入并且第一部电话正在使用时，如果电话连接到每个 FXS 端口，ATA 可以振铃第二部电话。如果电话和传真机连接到 FXS 端口，ATA 可以识别要为传入呼叫创建的会话类型，并在必要时振铃电话或传真机。或者，用户可以在打电话的同时发送传真。

具有每个线路一个 URI 的 ATA 允许使用不同的电话号码进行多个电话呼叫。例如，用户可能拥有单独的本地长途电话号码，以及不同的服务提供商。在这种情况下，ATA 将各种数据流路由到相应的 ATA 连接设备的电话号码。

特点

• 使用单个 ATA 将两个模拟电话连接到 VoIP 服务。
• 为所有模拟设备分配一个电话号码。
• 为每个模拟设备分配唯一的电话号码。

好处

• 使用同一个电话号码拨打多个同时呼叫。
• 最大限度地从单个电话号码拨打呼叫以节省成本。
• 使用不同的呼叫计划和电话号码拨打同时呼叫。
• 通过利用独立的基于互联网的呼叫计划来降低费用。

3. 访问多个网络

模拟电话适配器 (ATA) 媒体网关允许模拟电话设备连接到具有不同容量的网络。媒体网关有一个 FXS (RJ-11) 端口用于连接模拟电话设备，以及两个以太网 (RJ-45) 端口用于连接到各种网络。为了连接到任一网络上的目的地，转换从网络接收的数据包，并将音频信号发送到模拟设备，媒体网关软件必须支持各种协议和/或编解码器。

例如，RJ-45 端口连接到 LAN 和 WAN，而模拟传真机连接到 FXS。为了提高压缩率、可靠性并减少带宽消耗，WAN 使用 G.729A 和 T.38 传真 over IP 与 UDPTL，而 LAN 使用 G.711 编解码器和带有 RTP 的传真直通。当拨打电话时，会话发起协议 (SIP) 和会话描述协议 (SDP) 会为两个端点创建具有适当类型和特征的网络连接。连接建立后，传真传输会为该网络启动正确的协议和编解码器。VOCAL 广泛的软件库提供了各种网络协议和编解码器，用于在 IP 网络上传输数据和传真。

特点

• 将模拟电话连接到多个网络。
• 支持各种协议和编解码器。

好处

• 利用低成本的互联网服务进行多个语音和传真 over IP 连接。
• 选择备用路径以获得最经济的语音连接。

4. 支持 SIP 的 ATA

语音 over IP (VoIP) 技术允许模拟电话通过互联网使用模拟电话适配器 (ATA) 拨打和接听电话。当模拟电话连接到支持会话发起协议 (SIP) 的适配器时，它对 VoIP 服务提供商而言看起来和功能都像一个 SIP 电话。连接到适配器的设备的设备配置文件标识了它支持的 VoIP 功能，并与会话描述协议 (SDP) 一起使用，以配置要建立的连接的类型和特征。

SIP 用于会话设置、启动和终止。发送方向被邀请方发送 SIP INVITE，被邀请方通过代理接收，以建立用户代理之间的连接。它指定了拟议连接的类型和特征。被邀请方通过代理响应 200 OK，指示要用于此会话的兼容选项。如果 SIP ATA 由路由器保护，则使用 NAT/防火墙的简单穿透 UDP (STUN) 方法来建立语音连接。连接建立后，实时传输协议 (RTP) 用于传输语音数据，并且可以轻松通过 NAT/防火墙。

呼叫发起方发送 BYE，被邀请方响应 200 OK，会话结束以终止连接。

特点

• 将互联网上提供的 VoIP 服务连接到模拟电话设备。
• 通过 NAT/防火墙访问 VoIP 服务。
• 使用 SIP 启动、设置和终止呼叫。

好处

• 利用更便宜的 VoIP 互联网服务。
• 在使用模拟电话时，利用 VoIP 服务的增强功能。

5. 集成语音数据路由器

通过使用集成的语音数据路由器，模拟电话设备和个人计算机可以连接到 IP 网络 (ATA)。通常，路由器有五个以太网端口：一个用于通过电缆或 DSL 调制解调器连接到外部 WAN，另外四个用于将 IP 电话、PC 和其他支持网络功能的设备连接到私有 LAN。通过拥有一个外线服务 (FXS) 端口 (RJ-11)，模拟电话、传真机和其他设备可以访问语音 over IP (VoIP) 和传真 over IP (FoIP) 服务，将语音和数据服务集成到单个设备中。

路由器提供媒体访问控制 (MAC) 寻址、安全服务和基本路由。它使用防火墙和网络地址转换 (NAT) 来保护私有 LAN 免受外部威胁。VoIP 服务使用实时传输协议 (RTP) 来传输语音数据，并使用会话发起协议 (SIP) 和 NAT 的简单 UDP 穿透 (STUN) 来建立通过防火墙和 NAT 的语音连接。VoIP 应用依赖于实时数据包传输，这意味着延迟和丢失的数据包都会导致音频输出失真。因此，数据流量服从于语音或 RTP 流量。为了实现语音 QoS 级别，路由器会优先处理 RTP 数据包而不是其他数据包。

特点

• 将互联网上的 VoIP 服务连接到模拟电话设备。
• 将网络设备和 PC 连接到私有 LAN。
• 支持 NAT 和防火墙保护。
• 方便访问外部 WAN 的数据和语音。

好处

• 在一个设备上轻松访问互联网数据和语音服务。
• 比使用独立的语音和数据连接更低的成本选择。