企業網路中，IP電話即以一個連結到IP網路，且能為用戶傳送資料的電話來取代傳統公眾交換電話網路(Public Switched Telephone Network, PSTN)線路。同時，IP電話也可作為新應用的主機端，讓服務業者能將僅具備語音功能的裝置轉換為強大的網路設備，如立體聲、視訊會議、個人化特性，以及能與無線區域網路(WLAN)及藍牙(Bluetooth)等無線裝置進行通訊，提升終端用戶的各項體驗。對千兆乙太網路(GbE)的支援及強化安全機制，將使要求嚴謹的企業資訊科技(IT)經理們也能自在採用IP電話。總之，當設計正確時，IP電話將提供較類比電話更好的語音品質。
如同其他許多創新科技，IP技術不可能沒有挑戰，與類比或數位電話不同，IP電話連結於網路中，而非連結於其端點(End Point)。目前在企業用戶中，隨著千兆乙太網路在桌上型電腦領域獲得廣泛應用，IP電話也能支援超高速網路以避免各種性能瓶頸，在用戶介面端，增加的頻寬為IP電話帶來許多語音與圖形功能，但同時也引發安全性需求。性能、彈性與靈活性也是當前IP電話的標準需求，設計人員除需足夠的處理效能來實現與個人數位助理(PDA)或個人電腦相當的各種先進多媒體功能，同時還必須維持無速度延遲、優於長途電話等級的語音品質。事實上，設計人員針對所需的處理器，幾乎沒有功能升級的限制，以維持終端設備的產品生命周期，同時，針對從低階到高階的完整產品線，也必須能輕易實現產品升級。
IP電話需更高頻寬
儘管傳統電話功能已經不錯，但IP電話為使用者提供超越電話範疇的功能特性，許多與IP網路有關的挑戰，皆可轉化為IP電話的優勢，如改善語音品質及為用戶提供全新的功能及服務等，而採用IP網路與電話的額外成本，則可透過在企業中建置網路語音通訊協定(VoIP)以減少基礎建設成本，並以改善使用者的生產力抵銷，對大多數IT經理來說，此為相當有說服力的論點。
IP電話透過乙太網路連結到IP網路，IP網路以封包傳送資料，在網路中為所有相關用戶提供更高的頻寬，圖1為標準的IP電話系統架構，相反地，傳統電話網路是在專用的邏輯線路上傳送語音，為每個用戶提供固定但非常小的頻寬，在PSTN網路中，語音通常以64kbit/s的速度傳送。
由於IP電話必須處理IP協議，因此IP電話中的處理器功能須較其他電話中的處理器更強大，IP電話同時可處理語音編解碼(Codec)，以減少語音傳送所需的資料傳輸率，編解碼器需高處理功率，且通常在數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)上處理，以下將討論並列舉讓IP電話得以超越純語音電話設備的功能。
幾年前，仍難以想像桌上型電腦用戶會需要高於100Mbit/s的高速乙太網路傳輸率。然而，隨著網路性能不斷提升，許多桌上型電腦開始支援速度達 1,000Mbit/s的千兆乙太網路。隨著視訊會議與串流應用日益普及，目前唯一的問題為何時可確實利用這些頻寬，IP電話並非此種架構中的端點，對用戶來說，IP電話也不應成為網路效能的瓶頸，下一代的IP電話系統單晶片(SoC)已隨此一發展趨勢，整合千兆乙太網路交換器，不僅具備更高流量的交換處理能力，同時還能實現許多安全功能。
年輕人的耳朵能聽見的頻率約為20～20kHz，傳統電話系統會傳送300～3.4kHz聲學頻寬，此窄頻頻寬為語音清晰度與頻寬消耗間折衷的結果，而 PSTN採用G.711和8kHz的採樣頻寬來編碼並傳送這些數據。寬頻電話意指傳送頻寬在150～6.3kHz範圍內，雖然這並非20～20kHz的 CD頻寬，但與窄頻相比，大幅增加語音清晰度，並提供更自然的音質，寬頻電話過去曾針對整合服務數位網路(Integrated Services Digital Network, ISDN)與G.722編解碼規格進行標準化，但從未真正獲得廣泛應用。
由於IP電話已具備針對窄頻語音壓縮演算法的強大訊號處理能力，因此可輕易透過IP電話中的語音引擎來處理寬頻編解碼，若其類比數位轉換器(ADC)與數位類比轉換器(DAC)支援16kHz採樣率，則IP電話上的寬頻電話功能所需之額外開銷便相對較低，其他推動寬頻電話開發的因素還包括個人電腦、行動電話及新的歐規數位無線電話機技術(Digital Enhanced Cordless Telecommunications, DECT)標準。
個人電腦均內建可支援8kHz與16kHz採樣率的音效卡，並具備高處理能力，因此，目前以個人電腦為基礎的寬頻電話已經問世如Skype，一些企業IP 電話如西門子optipoint410系列也已支援寬頻。隨IP電話的廣泛部署，目前在VoIP領域中已出現越來越多的編解碼器，對IP電話而言，支援這些編解碼器與客戶本身擁有的編解碼器將成為一項挑戰，其SoC不僅要支援傳統的G.7xx編解碼器，而且還要支援更多免授權與提升品質的編解碼器標準，如 iLBC、G.722.1、AMR、MP3等，對SoC來說，這些需求將在儲存與彈性化帶來更艱鉅的挑戰。
想像目前有一個會議，與會者來自各個不同的遠處地點，若該會議採用具備立體聲功能的IP電話，且遠端的與會者均配備立體聲耳機或立體聲喇叭，則這些與會者將如同置身於會議室中，不僅能區別其他人的聲音，同時也能辨識位置，更能掌握會議進度(圖2)。
另一種選擇為虛擬會議(圖3)，採用這種方式，每位與會者均位於各自所在的地點，但某種程度上，所有的訊號都是混合的，這會讓使用者感覺每個與會者都身處不同地點，此應用中，須要使用3D音訊技術來強化立體聲效果，在傳統電話應用中，要獲得傳輸立體聲或多通道訊號所需的頻寬，已成為主要問題，而IP傳輸媒介則提供足夠的頻寬，能滿足多通道應用。
現今許多可供下載的手機鈴聲可能不受每個人歡迎卻可為設備擁有者帶來個人化的服務，相同的個人化選項也能應用在IP電話上，對MP3、MIDI或其他音樂格式解碼的處理能力已就緒，而針對語音傳輸，IP電話也已開始採用寬頻連結來下載語音資訊，在實現這些功能後，其他的步驟則較簡單，但最困難的一點是晶片上的記憶體是否足以儲存上述所有應用的資料，此為下一代IP電話SoC解決方案面臨的挑戰之一，這些SoC必須提供足夠的中央處理器(CPU)性能，以處理所需及其他非音訊功能，如讓使用者選擇圖片做為電話上彩色螢幕的背景。
網路廣播(Web Radio)是另一種能在IP電話上實現的功能，需要寬頻或乙太網路連接、必要的軟體、使用者介面、音訊解碼器及聲學前端(Acoustic Front-end)。在某些情況下，AC97編解碼器的連接，將提升使用者的音質體驗，上述特性已成為IP電話系統的一部分，在許多情況下，SoC內的中央處理器可直接支援這些功能特性。
IP電話亦須支援視訊電話(圖4)。對視訊電話設計人員來說，主要挑戰是採用先進的壓縮演算法如，符合H.263及H.264協議之MPEG-4，設計一款能讓使用者感受到高視訊品質的產品。
過去，視訊電話的使用一直受到包含薄膜電晶體(TFT)顯示器在內高系統成本、透過有限網路頻寬傳送高品質及高壓縮視訊處理能力的限制。對視訊電話而言，除了音訊訊號外，還必須傳送視訊訊號，在一般的處理程序中，攝影機會擷取談話者的影像，對其進行編碼以降低位元速率，而後傳送到遠端對話者的電話中，再進行解碼及顯示，且語音與視訊必須進行同步處理，音訊已由IP電話處理，而IP連接則提供足夠的頻寬來傳送視訊，因此，必須為攝影機增加顯示器與編解碼器。目前小組管理、遠距工作(Teleworking)、遠距教育及對聽障社群的支援等應用，已成為各企業工作的一部分，且未來將更加盛行。
與PSTN不同，IP電話代表整個企業網路，而非其端點。因此，IP電話必須能對抗來自網路上的阻斷式服務(Denial Of Serivce, DoS)與其他攻擊，現今的乙太網路交換器架構中，已內建許多安全功能，如防火牆，可讓網路處理任何來自內部或外部的攻擊。
當IP電話可能成為受到攻擊的一方，或是成為這些攻擊的來源時，IP網路系統中的乙太網路交換器也必須支援一部分安全功能，如將IP電話中的媒體存取控制 (MAC)位址鎖定與乙太網路埠鎖定功能，可強化網路性能，迅速並有效處理攻擊行為。而主機端的其他功能則包括MAC目錄凍結(Table Freezing)、針對802.1X的交換埠認證(Port Authentication)、生成樹協議(Spanning Tree Protocol, STP)、使用來自第二、三、四層的封包資訊對封包進行分類的分類引擎(Classification Engine)，以及802.1Q的虛擬網路架構(VLAN)等，以確保IP電話不會對網路造成威脅。
執行在主處理器上或專用硬體加速器上的獨立加密演算法，為IP電話供應商提供進一步的安全層，能對來電與撥出的電話及所有通過該設備的資料進行加密，當大量資訊仍須在企業與遠距使用者端之間，甚至是共同分享網路的供應商與客戶間，透過不安全的連接進行資料交換時，加密演算法將成為關鍵性能，如先進加密標準 (AES)、數據加密標準(DES)與三重加解密技術(3DES)等通常應用於先進IP電話中的標準，均具備128位元加密。此外，還支援哈希 (Hashing)演算法SHA-1與MD5，以及真實隨機亂數產生器(True Random Number Generator, TRNG)。
IP電話的其他功能包括改善使用者體驗、類似個人電腦的功能及支援WLAN、藍牙或DECT，IP電話結合更多處理能力、更大記憶體容量與更高速的網際網路連接，可配備較傳統電話尺寸更大、品質更優良的顯示器，包括更充足的撥叫記錄(Call Log)、語音撥號，或能以一個圖示驅動電話目錄等過去主要應用在手機上的功能，現在皆已能將IP電話使用者體驗提升至全新的水準。
過去，要在電話上執行X-Windows圖形使用者介面(GUI)，卻缺乏適當處理能力，但現今IP電話普遍具備400MHz的CPU處理性能，幾年前，這種性能已足以執行一台伺服器，而今，這種處理能力將協助把IP電話轉變成IP設備，使其在網路環境中蓬勃發展，並成為一種互補功能。
無線技術正迅速普及，並對生活產生深遠影響，如今藍牙手持裝置現已成為許多中階與高階IP電話的標準功能。在企業用戶中，802.11x WLAN接取點的廣泛部署將提升WLAN電話的使用量，此對固定線路IP電話將成為一大挑戰。然而，截至目前，這個論點還未得到證實，因為WLAN電話仍致力於在網路電話中實現更高的服務品質(QoS)，同時還必須與可同時在企業內部及外部使用的手機競爭。
就待機時間與使用距離來看，DECT為強韌、低成本與穩定的標準，為DECT增加VoIP功能，或在電話內整合基地台功能，使其與外部手持裝置共同工作，將成為IP電話行動化的有趣觀點。
IP電話面臨降低成本挑戰
IP電話設計人員必須克服大量挑戰以實現上述優勢，工程師必須開發足以維持當前網路速率及嚴格安全要求的系統，支援最新的多媒體服務並盡可能提高語音品質，同時還必須盡量降低成本，而基於封包的語音傳輸也充滿諸多障礙，以下分述IP電話所面臨的各項挑戰。
人耳對延遲非常敏感，因此IP電話必須能有效處理延遲干擾，由於在IP電話中，基於封包的傳輸包含交換與路由，因此，從一個電話將語音資料傳輸到另一個電話會延遲幾毫秒，而一個延遲會產生變化並導致延遲抖動(Jitter)，這種抖動可透過接收端IP電話中的抖動緩衝器(Jitter Buffer)以增加更多延遲的方式進行補償，延遲會在對話中導致可聽見的迴音，但即使是輕微的迴音也相當惱人，為此，必須在電話中實現迴音消除演算法。
在IP網路中，若網路處於壅塞狀態，則封包可能會遺失。遺失的封包可透過IP電話中的封包遺失隱藏演算法隱藏起來，該演算法可透過修改話音資料來取代遺失的語音片段。
IP鏈路的頻寬相當有限，一個56kbit/s類比數據機，或128kbit/s的ISDN上行鏈路速率僅有少數額外的頻寬可傳輸資料，就這些連接而言，以封包網路中頻寬為64kbit/s的語音電話為例，每個封包前都會加上封包標頭，這將導致需要100kbit/s的資料速率，而此為過高數字，為降低資料速率，語音編解碼器會先處理語音資料，通用的編解碼器包括G.729A、G.723.1、G.722.1與iLBC，這些編解碼器可透過8～12的因數來降低網路資料速率，並維持優良的語音品質。
在使用者靜止下來或稱靜音之際，封包會停止傳輸，這期間的語音品質也有可能受損，語音活動檢測(Voice Activity Detection, VAD)演算法可察覺這些靜止周期，而舒適噪音產生(Comfort Noise Generation, CNG)電路則會隱藏在此期間內遺失的資料。
其他使IP電話更吸引人的網路功能還包括可靠性與安全性。可靠性與電話連接的IP網路有關，簡單來說，當網路性能下降時，電話性能將也跟著下降，而在安全性部分，當交換器或電話中並未整合安全機制時，通話將容易被乙太網路竊聽或探測，因此，可支援諸如頻寬管理及保護來自網路攻擊的MAC位址鎖定等乙太網路交換安全功能，對IP電話來說相當重要，當資料在企業區域網路的外部傳輸時，資料及語音加密將成為一項普遍的功能。
一般來說，QoS意指可透過其他類型的網路流量，通常是語音或視訊的即時流量，提供更佳服務的網路能力，乙太網路交換器在這類服務中扮演著品質保證的關鍵性角色，但作為網路的一部分，IP電話也必須為透過其他封包串流傳輸的語音資料制定優先權。
延遲、封包遺失及使用高度壓縮的編解碼器等因素，都會降低網路中的語音品質，而可靠性與安全性也是維持商業網路運作的關鍵要素。因此，對開發IP電話與 IP網路的系統設計人員來說，主要挑戰包括在實現語音品質分級及執行多媒體與安全功能的同時，還必須盡可能的降低系統成本。
IP電話提升企業使用者生產效率
過去，IP電話在企業網路中的滲透度主要受低語音品質與高價位兩大因素限制。前者已隨先進語音編解碼器的問世而獲得解決，而在成本部分，由於目前所安裝的 VoIP可節省遠距辦公室的連接成本、移動與替換費用，加上大規模的VoIP應用可提升員工生產力，因此其效益已超越其擁有者的投資成本。
下一代IP電話將成為整個千兆乙太網路中的一部分，且必然具備優良的語音品質，而IP電話也將支援廣泛的業界標準，包括客戶專有的語音編解碼器，以及如 MP3、立體聲、多音調鈴聲等相關音訊規格。憑著強大的處理能力，IP電話正成為一種可支援圖形及其他應用的主機設備，且能實現多種網路安全功能，因此不會成為網路中的安全漏洞。
將來，IP電話將成為企業網路中不可或缺的一部分，不僅能提升使用者的生產效率與使用體驗，同時能實現過去在傳統PSTN網路上無法想像的各類應用、功能及服務。