中财网health service costs:基于Asterisk的VoIP开发指南—Asterisk模块编写指南
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/04/28 00:19:56
Asterisk是一个开源的软件包，通常运行在Linux操作系统平台上。Asterisk可以用三种协议来实现VoIP，同时可以与目前电话使用的标准硬件进行交互通信，Asterisk在实现VoIP时，不需要任何附加硬件，本文所采用的也是这种使用方式。但是，如果企业没有与VoIP语音网关运营商建立合作关系，想要自己构建这样的一个平台，那么要和数字电话设备与模拟电话设备进行交互通信，Asterisk需要一个PCI硬件的支持，这个硬件生产商中最著名的是Digium平台提供的。
Asterisk 的结构基本上是十分简单，但是它不同于大多数的电话产品。基本上，Asterisk担任的是一个中间件的功能，它连接了底层的电话技术和上层的电话应用。所以，Asterisk 具有很大的柔韧性，特殊的API接口都围绕着PBX核心系统。这个核心处理着PBX内部之间的相互联系。每一部分都是清晰来自于协议、编码或内部电话使用的硬件接口的抽象。这些抽象的接口使Asterisk可以与任何的硬件和技术以及将来的硬件和软件技术完美的结合。从图2.5可以看出，Asterisk由内部核心和外围动态可加载模块组成。内部核心由以下六个部分组成：PBX交换核心模块(PBX Switching Core)、调度和I/O管理模块(Scheduler and I/O Manager)、应用调用模块(Application Launcher)、编解码转换模块(Codec Translator)、动态模块加载器模块(Dynamic Module Loader)和CDR生成模块(CDR Core) 。
图1 Asterisk结构图
2.Asterisk二次开发概述
Asterisk是一个开源的PBX架构；但它并不是一个成品。通常情况下，由于企业应用的多样性，很难有一个成型的PBX产品可以满足企业的各种需求。传统的PBX成品，要么功能和灵活性不足，要么配置和维护复杂；而且都具有一个致命的缺点，那就是开放性、可扩展性。
Asterisk具有传统PBX无法比拟的优点，那就是其灵活性，可扩展能力；Asterisk的扩展能力是通过开放相应的架构和接口来实现的。这就意味着Asterisk是一个组件而不是一个成型的产品，Asterisk的核心提供了一个基本的可运行环境，而外围相应的能力则可以通过加载和配置相关的插件和模块来实现。
Asterisk是一个开源的PBX架构；但它并不是一个成品。Asterisk的扩展能力是通过开放相应的架构和接口来实现的。这就意味着Asterisk是一个组件而不是一个成型的产品，Asterisk的核心提供了一个基本的可运行环境，而外围相应的能力则可以通过加载和配置相关的插件和模块来实现。
因此，使用Asterisk，一定会面临二次开发问题，这些二次开发主要围绕以下几个方面：
（1）内部核心模块
- 开发扩展编解码能力模块
- 开发扩展相应的通道模块
- 开发应用部分
- 开发外围管理部分
3.Asterisk通道模型与呼叫流程
3.1 什么是asterisk通道？
Asterisk通道是指通过asterisk建立起来的一路通话。这类通话都包含一个incoming连接和一个outbound连接。每个电话都是通过一种通道驱动程序建立起来的，比如SIP,ZAP,IAX2等等。每一类的通道驱动，都拥有自己私有的通道数据结构，这些私有的结构从属于一个通用的Asterisk通道数据结构中，具体定义在channel.h和channel.c中。
3.2 基本的呼叫流程
Asterisk PBX呼叫流程如图2所示。
- 通过Asterisk的一个电话呼叫在一个通道驱动接口上到达，如SIP Socket。
- 通道驱动在该通道上创建一个PBX通道并启动一个pbx线程
- 拨号方案被执行，拨号方案在一些地方通过dial应用(查看app_dial.c)
- Dial创建一个呼出的PBX通道并请求一种通道驱动创建一个呼叫。
- 当呼叫被应答时，Asterisk桥接媒体流，于是在第一个通道上的主叫可以和在第二个通道也就是呼出通道上的被叫通话。
图2 Asterisk PBX呼叫流程
4.RADIUS协议的概述
（1）Radius协议在协议栈中的位置
Radius是一种流行的AAA协议，同时其采用的是UDP协议传输模式，AAA协议在协议栈中位置如图3所示。
图3 Radius协议在协议栈中的位置
（2）Radius协议选择UDP作为传输层协议
- NAS和Radius服务器之间传递的是几十上百个字节长度的数据，且Radius要求特别的定时器管理机制，用户可以容忍几十秒的验证等待时间。
- 当处理大量用户,服务器端采用多线程，UDP简化了服务器端的实现过程。
- TCP是必须成功建立连接后才能进行数据传输的，这种方式在有大量用户使用的情况下实时性不好。Radius要有重传机制和备用服务器机制，它所采用的定时，TCP不能很好的满足。由于数据包可能会在网络上丢失，如果客户没有收到响应，那么可以重新发送该请求包。多次发送之后如果仍然收不到响应，RADIUS客户可以向备用的RADIUS服务器发送请求包。
- Radius依靠自身协议保证报文重传和服务器备份机制以确保计费可靠性。
5.认证计费功能概述
IP-PBX呼叫控制功能，主要是VoIP终端用户的认证计费控制过程，是VoIP系统商业化运营的核心模块。
Radius Client端，也叫NAS，主要的任务就是根据VoIP终端的呼叫请求携带的各种属性，包括账户ID、被叫号码、通话时间等，封装成标准的Radius数据包发送到Radius Server端，达到账户信息实时更新的效果。整个NAS端程序主要由两个模块构成：认证模块和计费模块，并把这两个模块整合到开源IP-PBX项目 Asterisk中。
5.1 标准RADIUS协议分析
（1）Radius Packet
RADIUS数据包被包装在UDP数据报的数据块（Data field)）中，其中的目的端口为1812，RADIUS协议包结构如图4所示。
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Code | Identifier | Length |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Authenticator |
| |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Attributes ...(不定长)
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
Attribute：
0 1 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Type | Length | Value …(不定长)
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
图4 RADIUS协议包结构图
（2）对Radius Packet格式各个域解释
Code：包类型，一个字节长，指示RADIUS包的类型，包含不合法的Code的Radius包将被直接丢弃，code域主要包含了以下值类型。
1）code=1 Access-Request——认证请求数据包
本文AAA功能就是构建code＝1的认证请求数据包。
2）code=2 Access-Accept——认证响应数据包
3) code=3 Access-Reject——认证拒绝数据包
4）code=4 Accounting-Request——计费请求数据包
本文Asterisk的AAA功能另外一个重点任务就是构建code=4的计费请求数据包，Accounting-Request 数据包中的两种状态类型（Acct-Status-Type）的计费请求数据包：Start（Value=1）：Client开始对指定用户提供服务，计费开始;Stop（Value=2）：Client停止对指定用户提供服务，计费结束。
5）code=5 Accounting-Response——计费响应数据包
因为是要更新账户信息，所以目前本文不需要处理计费响应数据包。
Identifier：包标识符，一个字节长，用于匹配请求包和响应包，同一组请求包和响应包的Identifier应相同。协议规定：
1) 在任何时间，发给同一个RADIUS服务器的不同包的Identifier域不能相同，如果出现相同的情况，RADIUS将认为后一个包是前一个包的拷贝而不对其进行处理。
2) Radius针对某个请求包的响应包应与该请求包在Identifier上相匹配（相同）。
Length：包长度，两个字节长，说明数据包的长度，是code、identifier、length、authenticator attribute fields的长度总和，有效范围是20~4096，超出范围的数据将被视为附加数据（Padding）或直接被忽略。
Authenticator：验证字，16字节长，用于验证消息的负载,对包进行签名，该验证字分为两种。
1) 请求验证字---Request Authenticator,用在请求报文中,必须为全局唯一的随机值。
2) 响应验证字---Response Authenticator,用在响应报文中，用于鉴别响应报文的合法性。响应验证字＝MD5(Code+ID+Length+请求验证字+Attributes+Key)。
Attributes:Type指示了Atribute的类型，通用的有几十种，在系统中使用到的，如表4.1所示。Asterisk AAA模块的构建主要是构建表1列出的这些属性值的RADIUS数据包。
表1 Atribute的属性列表
属性值
属性名称
属性意义
1
User-Name
用户账户ID
2
User-Password
用户密码
4
Nas-IP-Address
Nas的ip地址
5
Nas-Port
用户接入端口号
6
Service-Type
服务类型
7
Framed-Protocol
协议类型
8
Framed-IP-Address
为用户提供的IP地址
11
Filter-Id
过滤表的名称
27
Session-Timeout
通知NAS该用户可用的会话时长 （时长预付费）
32
NAS-Identifier
标识NAS的字符串
40
Acct-Status-Type
计费请求报文的类型
41
Acct-Delay-Time
Radius客户端发送计费报文耗费的时间
44
Acct-Session-Id
计费会话标识
45
Acct-Authentic
在计费包中标识用户认证通过的方式
46
Acct-Session-Time
通话时长(用户在线时长）
49
Acct-Terminate-Case
用户下线原因
5.2 选择一个合适的Radius Client API
上个小节介绍的RADIUS数据包格式，是构建应用协议层数据包的封装所关注的，在Asterisk中如果需要亲自把标准RADIUS数据包的发送、接收等过程从零开始写起，那本文就把重点放在了RADIUS UDP数据包与服务器通信过程的编写中了，实际本文关注的是在Asterisk中根据VoIP通信中的业务需求，构建RADIUS认证计费模块，重点是业务应用层的开发，即如何组织认证包、计费包的数据结构等，而RADIUS数据包传输层直接调用现成的开源API，目前主要有两种这样的开源项目。
（1）pam_radius
一个PAM模块提供了RADIUS客户端的功能。它是从开源项目Freeradius中提取出来的，如果要使用需要对代码做大量的修改、打补丁后才能使用。
（2）radiusclient-ng
相对比PAM的pam_radius模块而言，radiusclient-ng的动态库代码不用修改就可以拿过来使用，只需安装radiusclient-ng的动态库，然后根据配置文件、开放的API接口修改Asterisk代码就可以完成Asterisk AAA模块的构建。
所以在本文使用radiusclient-ng开源软件包。