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解析下一代網絡中大規(guī)模路由技術

2007/04/25

一、引言

　　傳統(tǒng)電話交換網在建立呼叫的時候，首先根據被叫的E.164號碼確定下一個交換局的信令點編碼，然后根據信令點編碼經NO.7信令網進行呼叫路由，所有呼叫路由的實質是根據E.164號碼確定信令點編碼，再利用信令點編碼進行呼叫路由。

　　與傳統(tǒng)PSTN(Public Switch Telephone Network，公共交換電話網)網絡不同，基于軟交換的下一代網絡的呼叫路由實質上是根據被叫用戶的地址確定下一跳軟交換或者是直接定位到被叫終端。而被叫用戶的地址可以是E.164號碼、URL(uniform Resource Locator，統(tǒng)一資源定位器)形式或IP地址。

　　網絡的融合和尋址方式的多樣化，使得原來的PSTN網和IP網的路由方式不再能夠適應通信的需要，下一代網絡的路由技術中，必須考慮到號碼翻譯的問題。所以有了研究下一代網絡路由技術的必要。

　　本文重點分析在大規(guī)模下一代軟交換網絡中所涉及到的關鍵路由技術，這些技術對于發(fā)展基于軟交換的下一代網絡有著積極的意義。

　　下一代網絡中的控制層和業(yè)務緊密相關，需要和各種系統(tǒng)打交道，如路由器、應用服務器、數據庫子系統(tǒng)等，這是真正體現(xiàn)網絡智能的部分。下一代網絡的控制層面所要解決的最重要的問題之一就是路由問題。那么，下一代網絡的路由問題究竟是什么呢?

　　(1)　用戶定位和網絡尋址問題；

　　(2)　不同的NGN(Next Generation Network，下一代網絡)網絡之間存在路由互通的問題；

　　(3)　NGN用戶移動性問題。

二、下一代網絡路由解決方案

　　針對以上各種問題，業(yè)界對下一代網絡的路由提出了多種解決方案。

1.層次化軟交換路由體系

　　對于大型的NGN網絡，借鑒了PSTN分層的思想，將軟交換劃分為不同層次以實現(xiàn)多級路由，但是其用戶面的承載仍為端到端分組承載。

　　將NGN網絡服務分成兩種，域內服務和域間服務。其中域內服務是指在NGN的某個區(qū)域內的軟交換服務，本區(qū)域內的軟交換只需要了解本區(qū)域內的路由信息就可以了。對于非本區(qū)域的路由信息只需將呼叫請求轉發(fā)到與本域內服務軟交換相連的域間互連軟交換就行了。而本區(qū)域內的服務軟交換著重為域內用戶提供豐富多樣的業(yè)務。域間服務軟交換有負責NGN不同域之間路由的功能。一旦出現(xiàn)域間互連的軟交換路由數量過多的情況，應考慮將域間互連的軟交換分成多級結構，但是所有級內服務的軟交換還是平面結構。

　　這種分層路由的靜態(tài)路由方式沿用了PSTN網的多級路由體系。其優(yōu)點是每個軟交換的路由數據相對來說較簡單，整個網絡的組網結構非常清晰。

2.定位服務器路由體系

　　對NGN的要求決定了網絡中的任何一個交換設備都有能力直接定位對端的設備，而不需要逐跳轉發(fā)呼叫信令，可以通過集中設置共享定位服務器來滿足這樣的要求。

　　當一定區(qū)域的軟交換擴展到一定數量時，可用定位服務器為本區(qū)域中的軟交換提供路由服務。本域內的軟交換之間可以保持彼此的路由信息以確�？焖俳⒑艚小４藭r每個軟交換只與其對應的那個定位服務器聯(lián)系，由定位服務器來完成對目的軟交換的定位。在這種情況下，軟交換保存其控制范圍內用戶的完整路由信息和同一域內的軟交換之間的路由信息。同時，還可以考慮在軟交換或者是定位服務器中將一部分常用的地址建立本地映射庫以加快呼叫連接的速度。定位服務器的數量根據網絡容量的大小來設置。

　　由于定位服務器不是下一代網絡的網絡框架中定義的標準網絡實體，而是在下一代網絡中為了解決大型網絡路由問題而提出的一個功能實體，所以定位服務器的功能和特性還沒有得到業(yè)界一致的認可，不同的設備制造商有著不同的做法。

　　定位服務器的主要功能有通過協(xié)議來完成定位服務器之間的信息互換，通過協(xié)議接受路由查詢申請。定位服務器支持E.164、IP地址、URL等路由信息，支持類似于PSTN的多層結構，可以劃分不同的域和層次。各個級別的定位服務器均具有匯接和查詢功能，提供安全性服務，可以根據用戶的特別需求實現(xiàn)監(jiān)控等特殊服務。

　　從路由信息的獲得方式來看，定位服務器包括靜態(tài)路由和動態(tài)路由兩種。靜態(tài)路由是指定位服務器之間以及軟交換服務器和定位服務器之間路由信息的靜態(tài)配置。由于軟交換服務器與定位服務器一般都是有靜態(tài)IP地址的，因此可以在定位服務器和軟交換服務器中保存用戶號碼和IP地址的對應關系。為了克服靜態(tài)路由靈活性差等缺點，不同的廠商采用TRIP(Telephony Routing Over IP，IP電話路由協(xié)議)、LDAP(Lightweight Directory Access Protocol，輕量級目錄訪問協(xié)議)、DIAMERER、RAS(Registration Admission Status，注冊容許狀態(tài))、H.323 Annex G等協(xié)議來實現(xiàn)定位服務器與定位服務器之間以及定位服務器與軟交換服務器之間的動態(tài)路由。也正是因為各廠家采用不同的協(xié)議實現(xiàn)動態(tài)路由，所以才存在互通的問題。

3.基于DNS(Domain Name System，域名系統(tǒng))的動態(tài)路由體系

　　在NGN系統(tǒng)中，E.164號碼、URI(Uniform Resource Identifier，統(tǒng)一資源標識符)地址和IP地址終端用戶同時存在。用戶具有多種地址方式，如SIP(Session Initiation Protocol，會話初始協(xié)議)終端在與POTS用戶通信時需要有一個E.164號碼，SIP終端之間通信時可直接使用URI地址。當NGN網絡中URI地址逐漸廣泛使用時，NGN網絡的動態(tài)路由可以采用成熟DNS體系來實現(xiàn)。NGN網絡在使用DNS動態(tài)路由時，除目前IP網上廣泛使用的傳統(tǒng)域名翻譯DNS之外，還將引入一種新型的DNS，這種新型的DNS采用ENUM(Telephone(E.164)Number Mapping，電話號碼映射)協(xié)議完成E.164號碼與URI地址之間的映射，稱為ENUM DNS。

　　ENUM DNS系統(tǒng)采用分級樹狀結構，與目前域名解析DNS系統(tǒng)完全相同。當NGN網絡發(fā)展到一定規(guī)模的時候，就要像Internet DNS系統(tǒng)一樣，需要考慮運營商及國際互聯(lián)，此時必須對ENUM DNS進行全球統(tǒng)一規(guī)劃。

　　第一種層次化軟交換路由的方式的優(yōu)點非常明顯，其實現(xiàn)技術比較成熟，網絡層次明晰，結構簡單，易于維護與擴展，同時軟交換可對外部網絡提供網關功能，從而沒有過多的互聯(lián)點，這就保證了網絡的內部結構和信息的安全。但是這種路由體系的缺點也非常明顯：信令需要逐跳轉發(fā)，中間經過的每一個軟交換都需要對呼叫信令進行處理，從而有了較大的呼叫時延。

　　而第二種和第三種解決方案中涉及到兩種新興的路由技術，以下簡要介紹這兩種技術。

三、ENUM技術介紹

　　ENUM技術是當今計算機網絡資源尋址定位方式的熱點，它是伴隨網絡融合、網絡通信技術和需求的發(fā)展而產生的。

　　ENUM是IETF的電話號碼映射工作組(Telephone Number Mapping working group)定義的一個協(xié)議？E.164號碼和域名系統(tǒng)(E.164 Number and DNS)。它定義了將E.164號碼轉換為域名形式放在DNS服務器的數據庫中的方法，換句話說，ENUM定義了一種基于DNS的架構和協(xié)議，將每個由E.164號碼轉化而成的域名可以對應一系列的統(tǒng)一資源標識，從而使國際統(tǒng)一的E.164電話號碼成為可以在互聯(lián)網中使用的網絡地址資源。ENUM可以利用電話號碼來查找注冊人(Registrant)的電子郵件、IP電話號碼、統(tǒng)一消息、IP傳真或個人網頁等多種信息，實現(xiàn)各種網絡應用并完成訪問限制，查詢重定向等等一系列功能。E.164號碼是傳統(tǒng)電信網絡中使用的重要資源，DNS系統(tǒng)是互聯(lián)網的重要基礎，ENUM將兩者結合起來，有利于傳統(tǒng)電信服務向基于IP包交換的方向發(fā)展，ENUM是對促進兩網最終融合具有重要意義的技術。

　　ENUM基于DNS系統(tǒng)，主要是借鑒了DNS的基本思想，ENUM DNS采用樹形結構以及分級授權的機制，它分步地完成E.164號碼到URI到IP地址的路由，有效地實現(xiàn)了E.164號碼、域名和數據的分布，并提高了查詢和管理的效率。在ENUM中還借用了一個非常重要的DNS中的概念？NAPTR，NAPTR是一個新的DNS RR(DNS Resource Record)類型，它實際上是一個基于重寫規(guī)則的正規(guī)表達式。它完成一個特定字符串到新域名標識或者URI的解析翻譯。它允許DNS完成更為廣泛的查詢服務，比如完成E.164到URI的映射與解析，所以ENUM成了PSTN和IP網絡服務相互轉換的橋梁。ENUM技術的核心包含三個方面：E.164號碼預處理、ENUM解析和DNS配置。

1.電話號碼預處理

　　用戶輸入電話號碼，例如“+86-27-87694036”，“+”此時用來標識ENUM服務，用來區(qū)分其他基于數字的網絡服務，如果用戶輸入的數串含有“+”，那么將執(zhí)行ENUM服務預處理。
首先去掉除“+”以外的字符，得到“+862787694036”；然后去掉“+”；接著在每個數字間加“.”，得到“8.6.2.7.8.7.6.9.4.0.3.6”(之所以簡單地在每個數字間加點，而不是將電聯(lián)規(guī)定的國家碼和國家內的區(qū)位碼進行區(qū)分，目的是為了簡化處理，因為DNS可以支持127級，E.164標準的16位電話號碼足夠使用了)；最后將其反轉，并添加后綴“.e164.tld，”得到符號串“6.3.O.4.9.6.7.8.7.2.6.8.e164.tld”，其中tld是頂級域。

2.ENUM解析流程和DNS配置

　　當用戶用支持ENUM技術的特定設備或者程序輸入電話號碼，客戶端應用程序根據預處理的流程對輸入的電話號碼進行處理之后，DNS Resolver將處理后的字符串按DNS協(xié)議發(fā)出解析，從DNS Server得到與此ENUM相應的URI集合；然后，應用程序根據它自身的應用需求選擇相應的URI，繼續(xù)執(zhí)行相應的協(xié)議，完成預期的操作。

　　例如，某個用戶想給擁有“+86-10-62553604”這個E.164的用戶發(fā)送E-mail，當他在支持ENUM技術的foxmail地址欄中輸入這個電話號碼，foxmail將電話號碼進行預處理為“4.O.6.3.5.5.2.6.O.1.6.8.e164.tld，然后用戶本機的DNS Resolver將這個字串發(fā)給DNS Server作類似域名的解析，DNS Server將對應這個字串配置的兩個URI(SIP：enumsip@cnnic.net.cn和mailto：enummail@cnnic.net.cn)都返回給foxmail，foxmail選擇mailto：enummail@cnnic.net.cn進行下一步的通信，將E-mail發(fā)給enummail@cnnic.net.Cn.其他應用的解析流程也與此類似。

　　經過一段時間的研究和開發(fā)，ENUM技術已經能夠支持Voice、E-mail、HTTP、SIP等等應用，種類非常多，其中最為明確的應用是在軟交換和3G網絡中所用的SIP協(xié)議中查找SIP地址：

軟交換之間通過SIP互聯(lián)時，可以通過ENUM確定用戶所在的軟交換；

軟交換設備通過H.323互聯(lián)時，若軟交換設備向ENUM DNS查詢后通過存儲在其中的H.323 URL別名發(fā)起呼叫，則不需要向網守發(fā)起ARQ/AFC消息詢問；

在3G IMS(Internet Multimedia subsystem，互聯(lián)網多媒體子系統(tǒng))中，SIP信令路由采用SIP URLs進行尋址。E.164用戶公共標識轉化為SIP URL格式來尋址；

ENUM作為E.164號碼向各種業(yè)務地址映射的工具，也可用于Internet FAX、Instant Message業(yè)務，但是目前缺少具體標準。

　　這些應用的開發(fā)和研究，極大地豐富了傳統(tǒng)電信服務和互聯(lián)網服務的內容，使傳統(tǒng)電信和互聯(lián)網的關系更加密切。進一步加強對ENUM技術特點和運行服務的研究，將有力地促進網絡的發(fā)展，從而有效地利用現(xiàn)有的網絡資源，尤其是寬帶網絡資源。ENUM技術以它獨有的特性，擴展了E.164號碼的應用空間，將給傳統(tǒng)的電信服務的變革帶來無限的生機。

四、TRIP技術介紹

　　TRIP是一個域間網關位置和路由協(xié)議。它綜合了SIP、BGP-4等路由協(xié)議的優(yōu)點，并為其他諸如H.323、SIP的應用協(xié)議提供了無縫接口，從而使采用相同協(xié)議的網關之間能夠共享TRIP協(xié)議，最終實現(xiàn)不同域間同構網絡的全局電話路由。體現(xiàn)TRIP功能的設備叫定位服務器，其主要功能是與其他的定位服務器交換信息，這些信息包括電話目的地的可達性、到達目的地的路由、以及在PSTN中存在的那些電話目的地網關的相關信息。TRIP協(xié)議允許每個網關資源的管理者根據不同的策略建立自己的本地可用網關數據庫，然后按照不同的策略進行數據庫之間不同網關信息的聚合、廣播、交換和共享。首先使這些信息在本地對自己可用，然后再把這些信息按照一定策略傳播給、同步給其它供應商，這些數據庫中的網關信息可供信令服務器、軟交換設備和其它用戶直接查詢使用。

　　TRIP協(xié)議是不同管理域之間進行IP電話網關路由信息交換的一個專用協(xié)議，它是獨立于任何信令協(xié)議的一種協(xié)議，其主要的功能如下：

建立和維護路由信息提供者之間的對等關系；

交換和同步提供者之間的電話網關路由信息；

防止穩(wěn)定路由的循環(huán)；

以及時的和可擴展的方式廣播已知的網關路由信息；

定義和描述電路網關路由數據的語法、語義和路由信息傳送的規(guī)則。

　　TRIP作為一種與具體呼叫協(xié)議無關的路由機制，它可以解決由于不同域、不同網絡結構而帶來的路由互通問題。TRIP通過收發(fā)TRIP消息可以實現(xiàn)域內和域間路由信息的傳遞，并按照一定策略將最佳路由信息保存在電話路由信息數據庫(TRIB)中，這樣，軟交換本身不需要再維護大量的路由信息，而是通過請求TRIP承載實體一定位服務器，直接定位遠端設備，避免IP網中呼叫信令的逐跳處理轉發(fā)。

　　TRIP是一個通用的交換路由信息的工具，其路由更新包含兩層含義：一是在位于不同IP電話管理域(ITAD)的定位服務器(LS)之間進行路由交互：二是在位于同一ITAD的LS之間進行路由同步。第一層含義完成實質上的路由功能，而第二層含義僅僅是對路由進行一致性的維護。TRIP并沒有規(guī)定LS之間的聯(lián)接結構和形態(tài)，在一個ITAD內的LS可以被配置成網狀、星形或任意其它連接拓撲結構。同樣地，對于TRIP ITADs的拓撲結構也沒有限制，可以被組織成網狀或環(huán)形等平面拓撲結構、多層次結構或其他拓撲結構。TRIP在H.323和SIP網絡中，LS為了完成網關路由及相關的網關定位功能，必須具備注冊服務器的功能(在H.323中相當于網守的功能)，以便本地LS感知本地ITAD中所有網關設備。TRIP應用到軟交換中，其路由機制并沒有改變，只是把基于軟交換設備的ITAD域作為一個二級混和網絡來處理，H.323網守、SIP網關首先與軟交換設備相連，并向其注冊；然后域中所有的網關網守(包括軟交換核心設備)再向LS(具備多種應用協(xié)議的路由功能，包括H.323，SIP)注冊。這樣，當從IP域向PSTN域發(fā)起呼叫時，LS就可以通過軟交換設備發(fā)現(xiàn)對外信令網關出口，或者利用軟交換的H.323，SIP互通功能尋址到相應的協(xié)議網關或是網守，然后再通過LS轉發(fā)到其他域的LS。以上敘述的主要是基于軟交換設備的網絡與現(xiàn)有的SIP網絡和H.323網絡進行無縫融合，這樣能充分發(fā)揮軟交換多協(xié)議交換的特點。

　　通過TRIP路由的及時更新，使得IP域發(fā)起的呼叫能快速找到最佳網關路由，還可以進行相應的路由統(tǒng)計，為以后網關位置的優(yōu)化做準備。

　　TRIP協(xié)議，其解決的主要問題就是IP電話的網關路由問題，從一個較高的角度來看，就是解決映射問題。給定一個電話號碼映射出一個電話網關的IP地址，也可以簡單地稱為“電話號碼到IP地址轉換問題”。通常，我們遇到電話號碼與IP地址轉換的情況很多，只有“給定一個電路交換網絡的用戶電話號碼，判斷能夠完成對其進行呼叫的網關的IP地址”是TRIP協(xié)議要解決的問題，只有它才真正地涉及到一個呼叫設備和另一個應答設備之間的信令信息在IP網絡上傳輸時必須進行IP網關路由的層層選擇，因此TRIP協(xié)議解決的是電話號碼與IP地址轉換的問題，但是并不是所有IP與地址轉換的問題它都能解決。

目前明確的TRIP應用主要有：

根據不同策略交換呼叫路由信息；

在網絡簡單的時候，僅承擔動態(tài)路由同步功能。

五、結束語

　　網絡的發(fā)展并非一蹴而就，不同的運營商可以根據自己的網絡情況選擇不同的路由方案，并逐漸演進。比方說，在網絡建設的初期，采用簡單的軟交換全互聯(lián)平面式結構。中期可以用定位服務器的方式為軟交換提供路由服務。而到了后期可以用分層的定位服務器方式為全網提供大規(guī)模的路由服務。在未來的路由服務中，ENUM技術和TRIP技術都能很好地完成全域電話路由的功能，都有可能成為今后軟交換應用中不可或缺的重要部分。

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