卷1：第1章 Asterisk

Asterisk

Russell Bryant

Asterisk 1是基于GPLv2協(xié)議發(fā)布的一款開源電話應(yīng)用平臺。簡單地說，這是一個服務(wù)端程序，用于處理電話的撥出、接入以及自定義流程。

此項目由Mark Spencer于1999年創(chuàng)始。當(dāng)時Mark有一個自己的公司，叫做Linux支持服務(wù)公司，他需要一個電話系統(tǒng)來幫助自己操作業(yè)務(wù)。但他沒有那么多錢去買這樣一個系統(tǒng)，因此他決定自己做。隨著Asterisk知名度的提升，Linux支持服務(wù)公司的業(yè)務(wù)重點也轉(zhuǎn)向Asterisk，公司也更名為Digium。

Asterisk得名于Unix通配符：*，該項目的宗旨是能做所有與電話相關(guān)的事情。通過對自己宗旨的不懈追求，如今的Asterisk已經(jīng)支持一系列用于接撥電話的技術(shù)。這些技術(shù)包括諸多VoIP（Voice over IP，語音IP）協(xié)議，與傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)的模/數(shù)連接性，以及PSTN（Public Swithed Telephone Network，公共交換電話網(wǎng)絡(luò)）。對多種不同類型電話的撥出與接入能力是Asterisk的拿手好戲之一。

當(dāng)Asterisk系統(tǒng)有電話接入或撥出時，系統(tǒng)有很多附加特性可用于電話的自定義處理。有些特性是較大型的預(yù)置常用應(yīng)用，如語音郵件（voicemail）；另外還有一些小特性，可配合使用，用于創(chuàng)建自定義應(yīng)用，如回放音頻文件、讀數(shù)字按鍵、語音識別等。

1.1 關(guān)鍵架構(gòu)概念

本節(jié)討論一些跟Asterisk每一部分息息相關(guān)的架構(gòu)概念。這些思想是Asterisk架構(gòu)的基礎(chǔ)。

1.1.1 通道

在Asterisk中，通道表示Asterisk系統(tǒng)與某電話端點的一條連接（如圖1）。一個最常見的例子是，一路電話呼叫接入了Asterisk系統(tǒng)，就用通道表示這一連接。在Asterisk代碼中，通道是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ast_channel的實例。圖中這個呼叫場景可以視為呼叫方與某一系統(tǒng)應(yīng)用（比如語音郵件）的交互。

圖1.2 兩個通道表示兩條呼叫線路

如上圖連接的Asterisk通道稱之為通道橋接。為了達(dá)到在通道間傳輸媒體的目的而把通道連接起來，這樣的行為即稱為通道橋接。然而，在電話呼叫過程中也可能有視頻或文本的數(shù)據(jù)流。即使有多于一種類型的媒體流，也是由Asterisk系統(tǒng)中負(fù)責(zé)呼叫連接兩端的通道獨立處理。在圖1.2中，兩個通道分別對應(yīng)電話A和電話B，橋接的作用是將媒體從電話A傳輸?shù)诫娫払，同理也可從電話A傳輸?shù)诫娫払。所有的媒體流都是通過Asterisk系統(tǒng)傳輸?shù)?。Asterisk不允許傳輸無法識別或不能完全控制的媒體流。這意味著Asterisk可以做如下事情：記錄媒體、處理音頻、在不同技術(shù)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換等。

有兩種方法可以完成兩個通道的橋接：通用橋接和專用橋接。通用橋接時，無論通道使用的什么技術(shù)都能夠工作。它通過Asterisk的抽象通道接口傳輸所有的音頻和信號。盡管這是一種最靈活的橋接方式，卻是最低效的，因為完成橋接必須有多層抽象。圖1.2描述的就是通用橋接。

專用橋接是面向特定技術(shù)的通道連接方式。如果連接到Asterisk的兩個通道使用相同的媒體傳輸技術(shù)，則勢必有一種比通過抽象層更為高效的連接方式，因為抽象層是為使用不同技術(shù)的通道之間連接而準(zhǔn)備的。例如，如果有這樣一種專業(yè)化硬件用于連接電話網(wǎng)絡(luò)，那么在硬件上橋接通道就成為了可能，媒體流根本無需通過應(yīng)用程序。對于某些VoIP協(xié)議而言，可能通過端點向?qū)Ψ街苯影l(fā)送媒體流，這時只有呼叫信號的信息是不斷流過服務(wù)器的。

在橋接兩個通道的時候，系統(tǒng)通過比較兩通道來決定使用通用橋接還是專用橋接。如果兩通道都標(biāo)識出支持同一種專用橋接方式，那么就是用專用橋接；反之使用通用方式。判決兩通道是否支持同一種專用橋接方式，通過簡單的比較C函數(shù)指針即可做到。此法固然絕非上策，但我們還沒有遇到不適用此法的情況。1.2部分還要討論更多有關(guān)專用橋接函數(shù)的細(xì)節(jié)。圖1.3描述的是專用橋接的一個實例。

圖1.4 通道技術(shù)層和抽象通道層

ast_channel_tech中最重要的方法有：

• requester：回調(diào)函數(shù)，用于請求某個通道驅(qū)動實例化一個ast_channel對象，并針對其類型進(jìn)行初始化。
• call：回調(diào)函數(shù)，用于從端點（由ast_channel表示）發(fā)起一個撥出呼叫。
• answer：Asterisk決定對接入的呼叫進(jìn)行應(yīng)答（與該ast_channel關(guān)聯(lián)）時調(diào)用。
• hangup：系統(tǒng)決定應(yīng)該掛斷呼叫時調(diào)用。調(diào)用后，通道驅(qū)動以基于某種協(xié)議的方式通知端點：呼叫結(jié)束。
• indicate：呼叫接通后，有可能產(chǎn)生許多其它的事件，需要給端點發(fā)信號。例如，如果電話被掛起，此回調(diào)函數(shù)將被調(diào)用，以通知此事件。通知呼叫掛起事件的方法可以是基于協(xié)議的，也可能只是由通道驅(qū)動發(fā)起反復(fù)播放掛起音樂的操作。
• send_digit_begin：調(diào)用此函數(shù)的作用是指示數(shù)字按鍵（DTMF）的開始發(fā)送至設(shè)備。
• send_digit_end：調(diào)用此函數(shù)的作用是指示數(shù)字按鍵（DTMF）的結(jié)束發(fā)送至設(shè)備。
• read：此函數(shù)由Asterisk內(nèi)核調(diào)用，用于從端點讀回ast_frame。ast_frame是Asterisk的一個用于封裝媒體（如音頻或視頻）以及觸發(fā)事件的抽象結(jié)構(gòu)。
• write：此函數(shù)用于向設(shè)備發(fā)送ast_frame。通道驅(qū)動取得數(shù)據(jù)，按照其實現(xiàn)的電話協(xié)議做適當(dāng)?shù)拇虬?，并傳送至端點。
• bridge：針對通道類型的專用橋接回調(diào)函數(shù)。如前所述，通道驅(qū)動使用專用橋接，可以為兩個同類型通道實現(xiàn)更高效的橋接方法，而沒必要讓這兩個通道的信號和媒體流都通過額外的抽象層。從性能原因考慮，這是極為重要的。

呼叫結(jié)束后，Asterisk內(nèi)核中負(fù)責(zé)抽象通道處理的代碼調(diào)用ast_channel_tech的hangup回調(diào)函數(shù)，銷毀ast_channel對象。

1.2.2 撥號計劃應(yīng)用

Asterisk管理員使用Asterisk撥號計劃（存于/etc/asterisk/extensions.conf文件）來設(shè)置呼叫路由表。撥號計劃是由一系列被稱為擴展規(guī)則的呼叫規(guī)則組成的。當(dāng)有一個電話呼叫接入，系統(tǒng)用被叫號碼在撥號計劃中查找擴展規(guī)則，用以處理本次呼叫。擴展規(guī)則包括一組撥號計劃應(yīng)用程序，由通道執(zhí)行。撥號計劃中可用于執(zhí)行的應(yīng)用由一個應(yīng)用注冊表維護(hù)。模塊被加載時，在運行期間填充注冊表。

Asterisk內(nèi)置近200個應(yīng)用。應(yīng)用定義非常松散，并可任意使用系統(tǒng)內(nèi)部API與通道交互。有些應(yīng)用程序執(zhí)行單個任務(wù)，如回放（用于向呼叫方回放一個音頻文件）；還有一些應(yīng)用程序則復(fù)雜得多，要執(zhí)行大量操作，如語音郵件。

你可以集成諸多使用Asterisk撥號計劃的應(yīng)用，用于自定義呼叫處理。如果你需要對內(nèi)置撥號計劃語言的能力做些自定義擴展，系統(tǒng)也有腳本接口，允許使用任意編程語言做自定義呼叫處理。即使通過另一編程語言使用這些腳本接口，也需要調(diào)用撥號計劃應(yīng)用來實現(xiàn)與通道交互。

舉例說明之前，我們先看一個Asterisk撥號計劃的語法，此撥號計劃用于處理對號碼1234的呼叫。注意，這里1234這個號碼系信手拈來。共有3個撥號程序被調(diào)用：首先，應(yīng)答呼叫；其次，回放音頻文件；最后，掛斷呼叫。

; Define the rules for what happens when someone dials 1234.
;
exten => 1234,1,Answer()
    same => n,Playback(demo-congrats)
    same => n,Hangup()

關(guān)鍵字exten用于定義擴展。在exten一行的右側(cè)，1234的意思是我們?yōu)楹艚?234定義了一組處理規(guī)則；緊接著，1的意思是此號碼被撥叫后的第一個處理步驟；最后，Answer指示系統(tǒng)應(yīng)答此呼叫。下面兩行都以關(guān)鍵字same起始，是為最后一個擴展（此例指1234）指定的規(guī)則。n是下一步（next）的簡寫；該行的最后一項指定了采取的動作。

下面是一個Asterisk撥號計劃的應(yīng)用實例。此例做的事情是應(yīng)答接入的一個呼叫。系統(tǒng)向呼叫方播放蜂鳴音，然后從呼叫方讀入最多4個數(shù)字，存入變量DIGITS，接著讀入的數(shù)字重復(fù)播放給呼叫方，最后結(jié)束呼叫。

exten => 5678,1,Answer()
    same => n,Read(DIGITS,beep,4)
    same => n,SayDigits(${DIGITS})
    same => n,Hangup()

如前所述，應(yīng)用定義得非常松散--注冊的回調(diào)函數(shù)原型非常簡單：

int (*execute)(struct ast_channel *chan, const char *args);

然而，應(yīng)用的實現(xiàn)卻要使用/asterisk/目錄下幾乎所有的API。

1.2.3 撥號計劃函數(shù)

大多數(shù)撥號計劃應(yīng)用帶有字符串參數(shù)。其中有些值是硬編碼，但在某些地方的行為需要有更多的動態(tài)處理，這時應(yīng)使用變量。下面這個例子是一個撥號計劃的代碼片段，其作用是設(shè)置一個變量，并使用Verbose應(yīng)用在Asterisk命令行界面上打印這個變量值。

exten => 1234,1,Set(MY_VARIABLE=foo)
    same => n,Verbose(MY_VARIABLE is ${MY_VARIABLE})

調(diào)用撥號計劃函數(shù)的語法與上例相同。Asterisk模塊可注冊撥號計劃函數(shù)，取得一些信息并返回給撥號計劃；反之，函數(shù)也可以從撥號計劃中取數(shù)據(jù)并有所動作。一個通用規(guī)則是：撥號計劃可設(shè)置或獲取通道的元數(shù)據(jù)，但不發(fā)任何信號，也不做任何媒體處理，這些工作留給撥號計劃應(yīng)用來做。

下面這個例子展示了撥號計劃函數(shù)的用法。此函數(shù)首先向Asterisk命令行界面打印當(dāng)前通道的CallerID，然后調(diào)用Set應(yīng)用更改CallerID。此例中，Verbose和Set是應(yīng)用，CALLERID是函數(shù)。

exten => 1234,1,Verbose(The current CallerID is ${CALLERID(num)})
    same => n,Set(CALLERID(num)=<256>555-1212)

CallerID信息存于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ast_channel的實例中，但這里需要的是一個撥號計劃函數(shù)，而不僅僅是一個變量。撥號計劃函數(shù)中的代碼能夠從這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中存取數(shù)據(jù)。

還有一個撥號計劃函數(shù)的用法示例--在呼叫日志中添加自定義信息，即CDR（呼叫詳細(xì)記錄）。CDR函數(shù)允許呼叫詳細(xì)記錄信息的獲取以及自定義信息的添加。

exten => 555,1,Verbose(Time this call started: ${CDR(start)})
    same => n,Set(CDR(mycustomfield)=snickerdoodle)

1.2.4 編解碼譯碼器

在VOIP領(lǐng)域有許多編解碼器用于媒體編碼及跨網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。多種技術(shù)選擇為媒體質(zhì)量、CPU消耗、帶寬需求等方面提供了折中方案。Asterisk支持多種不同的編解碼器，必要時能夠在其中兩者之間進(jìn)行轉(zhuǎn)碼。

Asterisk設(shè)置完呼叫后，將會嘗試使用公共媒體編解碼器來溝通兩個端點，這樣就不需要轉(zhuǎn)碼。然而實際上這種情況不太可能發(fā)生。即使使用公共編解碼器，也需要轉(zhuǎn)碼。比如，如果通過配置使Asterisk對流經(jīng)系統(tǒng)的音頻做信號處理（如增大或減小音量），就需要將音頻信號轉(zhuǎn)換為未壓縮形式之后，才能執(zhí)行信號處理。也可以通過配置使Asterisk做呼叫錄音。如果配置的錄音格式與呼叫的音頻格式不同，也需要轉(zhuǎn)碼。

編解碼的協(xié)調(diào)

使用什么編碼協(xié)調(diào)方法來處理媒體流，這與連接到Asterisk系統(tǒng)的呼叫所使用的技術(shù)有關(guān)。對于某些情況，如基于傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)（PSTN）的呼叫，其容量和優(yōu)先級都已明示，通用的編解碼器也已達(dá)成一致，因而不需要任何協(xié)調(diào)機制。

例如，對于SIP（最常用的VOIP協(xié)議），從高層視角來看，當(dāng)呼叫送達(dá)Asterisk系統(tǒng)時，編解碼器的協(xié)調(diào)執(zhí)行如下：

• 端點向Asterisk發(fā)送新的呼叫請求中包含其優(yōu)先使用的編解碼器列表。

• Asterisk查詢管理員生成的配置文件，配置文件中包含一個支持的編解碼器列表，按優(yōu)先級排序。隨后Asterisk從配置文件的列表中選擇優(yōu)先級最高（基于配置文件中的優(yōu)先級設(shè)置）、同時也包含在請求方所支持的列表中的編解碼器，供應(yīng)答使用。

對于更復(fù)雜的編解碼，尤其是視頻方面，Asterisk對此領(lǐng)域處理得還不夠好。在過去十年里，編解碼器的協(xié)調(diào)選修變得愈加復(fù)雜。我們還有更多的工作要做，才能更好的處理最新的視頻編解碼，才能使系統(tǒng)對視頻的支持比現(xiàn)在更好。在Asterisk下一個主要發(fā)布版的諸多新開發(fā)任務(wù)中，這項工作是重中之重。

編解碼轉(zhuǎn)碼器的模塊提供了ast_translator接口的一種或多種實現(xiàn)。轉(zhuǎn)碼器有原格式和目標(biāo)格式兩種屬性，還提供了一個回調(diào)函數(shù)，用于將媒體數(shù)據(jù)塊從原格式轉(zhuǎn)換為目標(biāo)格式。轉(zhuǎn)碼器不涉及電話呼叫的概念，它只知道如何將一種媒體格式轉(zhuǎn)換為另一種媒體格式。

轉(zhuǎn)碼器API更多細(xì)節(jié)信息，參見include/asterisk/translate.h和main/translate.c文件。轉(zhuǎn)碼器抽象類的實現(xiàn)存于編解碼器目錄。

1.3 線程

Asterisk是重量級的多線程應(yīng)用程序，使用POSIX線程API來管理線程，并使用了相關(guān)服務(wù)，如加鎖。Asterisk中所有與線程交互的代碼都會這樣做，但要通過一組用于調(diào)試的包裝器。Asterisk的大多數(shù)線程可歸類為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視線程或通道線程（有時亦稱為PBX線程，因為其主要目的是在通道運行用戶級交換機PBX）。

1.3.1 網(wǎng)監(jiān)線程

Asterisk每個主通道的驅(qū)動都有網(wǎng)監(jiān)線程，負(fù)責(zé)監(jiān)視本通道連接的任何網(wǎng)絡(luò)（IP網(wǎng)絡(luò)，或PSTN，等等），以及接入的呼叫或其它類型的請求。這類線程還要處理初始連接的設(shè)置步驟，如認(rèn)證及撥號驗證。呼叫設(shè)置完成后，監(jiān)視線程將創(chuàng)建Asterisk通道（ast_channel）的一個實例，并啟動一個通道線程，用于處理此呼叫生存期的其它操作。

1.3.2 通道線程

前面討論過，通道是Asterisk的基本概念。通道有入站通道和出站通道之分。當(dāng)有呼叫接入Asterisk系統(tǒng)時，就創(chuàng)建一個入站通道，執(zhí)行撥號計劃。Asterisk為每個入站通道創(chuàng)建一個線程來執(zhí)行撥號計劃。這類線程即被稱為通道線程。

撥號計劃應(yīng)用程序一定是在通道線程的環(huán)境中執(zhí)行。撥號計劃函數(shù)幾亦如此。盡管也可能從諸如Asterisk CLI的異步接口讀寫撥號計劃函數(shù)，但通常情況下，通道線程仍是ast_channel結(jié)構(gòu)的擁有者，控制著其對象的生存期。

1.4 呼叫場景

前兩節(jié)介紹了Asterisk組件的重要接口以及線程執(zhí)行模型。本節(jié)將對常用的呼叫場景進(jìn)行分解，闡述Asterisk組件之間如何合作處理電話呼叫。

1.4.1 檢查語音郵件

有這樣一個呼叫場景的實例：呼叫接入電話系統(tǒng)，檢查語音郵件。此場景涉及的第一個主要組件是通道驅(qū)動。通道驅(qū)動負(fù)責(zé)處理接入系統(tǒng)的電話呼叫請求，此動作發(fā)生在通道驅(qū)動的監(jiān)視線程中。實現(xiàn)對系統(tǒng)的呼叫依賴于所使用的電話技術(shù)，因而可能會要求某種協(xié)調(diào)來設(shè)置呼叫。協(xié)調(diào)方法通常通過呼叫方撥叫的號碼來指定。然而，在某些情況下并沒有可用的指定號碼，因為實現(xiàn)呼叫所用的技術(shù)不支持指定撥叫的號碼。例如模擬電話線路上接入的呼叫。

如果撥號計劃（呼叫路由配置）為撥叫的號碼定義了擴展，而通道驅(qū)動也查到了Asterisk配置有這樣的擴展，系統(tǒng)將為分配一個Asterisk通道對象（ast_channel），并創(chuàng)建一個通道線程。通道線程主要負(fù)責(zé)處理呼叫的余下動作。

圖1.6 VoicemailMain的調(diào)用

在某一時刻，呼叫者完成與語音郵件系統(tǒng)的交互，掛斷了呼叫。這時通道驅(qū)動檢測到此動作的發(fā)生，并將其轉(zhuǎn)換為Asterisk通道的一個通用信號事件。語音郵件代碼接收到這一信號事件后退出，因為呼叫方掛斷后就沒有什么可執(zhí)行的了。然后通道線程中的控制流程將返回到主循環(huán)，繼續(xù)執(zhí)行撥號計劃。

1.4.2 呼叫橋接

Asterisk中還有一個很常用的呼叫場景叫做兩通道間的呼叫橋接。此場景即一方電話通過系統(tǒng)呼叫另一方電話。呼叫的初始設(shè)置過程與前例相同。呼叫設(shè)置完畢，通道線程開始執(zhí)行呼叫計劃時，之后的處理流程是不同的。

下面這個撥號計劃是呼叫橋接的一個簡單示例。如果系統(tǒng)使用了此擴展，當(dāng)一方電話撥叫1234時，撥號計劃執(zhí)行應(yīng)用Dial，這正是發(fā)起出站呼叫的主應(yīng)用。

exten => 1234,1,Dial(SIP/bob)

Dial應(yīng)用的參數(shù)SIP/bob的含義是，系統(tǒng)應(yīng)發(fā)起一個出站呼叫，發(fā)送到設(shè)備SIP/bob。此參數(shù)的SIP部分指定了傳送呼叫應(yīng)使用SIP協(xié)議，bob部分由實現(xiàn)SIP協(xié)議的通道驅(qū)動chan_sip負(fù)責(zé)解釋。假設(shè)此通道驅(qū)動有一個叫做bob的賬戶已經(jīng)配置正確，那么它就知道如何將呼叫送達(dá)Bob的電話。

首先，應(yīng)用程序Dial要求Asterisk內(nèi)核根據(jù)SIP/bob標(biāo)識符分配一個新的Asterisk通道。然后，內(nèi)核請求SIP通道驅(qū)動執(zhí)行針對所用技術(shù)的初始化操作。通道驅(qū)動也會發(fā)起出站呼叫過程。隨著請求操作的繼續(xù)執(zhí)行，將會有事件傳回給Asterisk內(nèi)核，并由Dial應(yīng)用程序接收。這些事件包括呼叫響應(yīng)、目標(biāo)忙、網(wǎng)絡(luò)擁塞、呼叫被拒，或者其它很多可能的響應(yīng)。理想情況下，呼叫會被應(yīng)答。然而事實上，被應(yīng)答的呼叫又被傳回到入站通道上。Asterisk在應(yīng)答出站呼叫之前，都不會應(yīng)答這一部分接入系統(tǒng)的呼叫。當(dāng)兩個通道都有應(yīng)答時，通道橋接就開始了（如圖1.7）。

圖1.8 橋接中處理音頻幀的順序圖

呼叫完成時，掛斷流程與前例很相似。主要不同之處在于此處涉及兩個通道。通道線程結(jié)束之前，兩個通道都要執(zhí)行針對技術(shù)的掛斷處理操作。

1.5 結(jié)論

迄今為止，Asterisk的架構(gòu)已有十年以上的歷史。然而，盡管這個行業(yè)在不斷發(fā)展，Asterisk的一些東西，如通道的基本概念、使用撥號計劃進(jìn)行靈活的呼叫處理，仍然支持著復(fù)雜電話系統(tǒng)的開發(fā)。有一個領(lǐng)域Asterisk的架構(gòu)還沒有處理的太好，即如何使系統(tǒng)在多服務(wù)器間可伸縮。Asterisk開發(fā)社區(qū)正在開發(fā)一個叫做Asterisk SCF（可伸縮通信框架）的伙伴項目，目的就是解決可伸縮性的課題。未來幾年，我們期待看到Asterisk以及Asterisk SCF繼續(xù)稱雄電話市場，包括更大型的系統(tǒng)安裝項目。

腳注

1. http://www.asterisk.org/
2. DTMF表示多頻雙音，即按下一個電話鍵發(fā)送的呼叫音。