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解析下一代網(wǎng)絡(luò )中大規模路由技術(shù)

2007/04/25

一、引言

　　傳統電話(huà)交換網(wǎng)在建立呼叫的時(shí)候，首先根據被叫的E.164號碼確定下一個(gè)交換局的信令點(diǎn)編碼，然后根據信令點(diǎn)編碼經(jīng)NO.7信令網(wǎng)進(jìn)行呼叫路由，所有呼叫路由的實(shí)質(zhì)是根據E.164號碼確定信令點(diǎn)編碼，再利用信令點(diǎn)編碼進(jìn)行呼叫路由。

　　與傳統PSTN(Public Switch Telephone Network，公共交換電話(huà)網(wǎng))網(wǎng)絡(luò )不同，基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò )的呼叫路由實(shí)質(zhì)上是根據被叫用戶(hù)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(hù)的地址可以是E.164號碼、URL(uniform Resource Locator，統一資源定位器)形式或IP地址。

　　網(wǎng)絡(luò )的融合和尋址方式的多樣化，使得原來(lái)的PSTN網(wǎng)和IP網(wǎng)的路由方式不再能夠適應通信的需要，下一代網(wǎng)絡(luò )的路由技術(shù)中，必須考慮到號碼翻譯的問(wèn)題。所以有了研究下一代網(wǎng)絡(luò )路由技術(shù)的必要。

　　本文重點(diǎn)分析在大規模下一代軟交換網(wǎng)絡(luò )中所涉及到的關(guān)鍵路由技術(shù)，這些技術(shù)對于發(fā)展基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò )有著(zhù)積極的意義。

　　下一代網(wǎng)絡(luò )中的控制層和業(yè)務(wù)緊密相關(guān)，需要和各種系統打交道，如路由器、應用服務(wù)器、數據庫子系統等，這是真正體現網(wǎng)絡(luò )智能的部分。下一代網(wǎng)絡(luò )的控制層面所要解決的最重要的問(wèn)題之一就是路由問(wèn)題。那么，下一代網(wǎng)絡(luò )的路由問(wèn)題究竟是什么呢?

　　(1)　用戶(hù)定位和網(wǎng)絡(luò )尋址問(wèn)題；

　　(2)　不同的NGN(Next Generation Network，下一代網(wǎng)絡(luò ))網(wǎng)絡(luò )之間存在路由互通的問(wèn)題；

　　(3)　NGN用戶(hù)移動(dòng)性問(wèn)題。

二、下一代網(wǎng)絡(luò )路由解決方案

　　針對以上各種問(wèn)題，業(yè)界對下一代網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )，借鑒了PSTN分層的思想，將軟交換劃分為不同層次以實(shí)現多級路由，但是其用戶(hù)面的承載仍為端到端分組承載。

　　將NGN網(wǎng)絡(luò )服務(wù)分成兩種，域內服務(wù)和域間服務(wù)。其中域內服務(wù)是指在NGN的某個(gè)區域內的軟交換服務(wù)，本區域內的軟交換只需要了解本區域內的路由信息就可以了。對于非本區域的路由信息只需將呼叫請求轉發(fā)到與本域內服務(wù)軟交換相連的域間互連軟交換就行了。而本區域內的服務(wù)軟交換著(zhù)重為域內用戶(hù)提供豐富多樣的業(yè)務(wù)。域間服務(wù)軟交換有負責NGN不同域之間路由的功能。一旦出現域間互連的軟交換路由數量過(guò)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(wù)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(wǎng)的多級路由體系。其優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)軟交換的路由數據相對來(lái)說(shuō)較簡(jiǎn)單，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的組網(wǎng)結構非常清晰。

2.定位服務(wù)器路由體系

　　對NGN的要求決定了網(wǎng)絡(luò )中的任何一個(gè)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(guò)集中設置共享定位服務(wù)器來(lái)滿(mǎn)足這樣的要求。

　　當一定區域的軟交換擴展到一定數量時(shí)，可用定位服務(wù)器為本區域中的軟交換提供路由服務(wù)。本域內的軟交換之間可以保持彼此的路由信息以確保快速建立呼叫。此時(shí)每個(gè)軟交換只與其對應的那個(gè)定位服務(wù)器聯(lián)系，由定位服務(wù)器來(lái)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(hù)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(shí)，還可以考慮在軟交換或者是定位服務(wù)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(wù)器的數量根據網(wǎng)絡(luò )容量的大小來(lái)設置。

　　由于定位服務(wù)器不是下一代網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )框架中定義的標準網(wǎng)絡(luò )實(shí)體，而是在下一代網(wǎng)絡(luò )中為了解決大型網(wǎng)絡(luò )路由問(wèn)題而提出的一個(gè)功能實(shí)體，所以定位服務(wù)器的功能和特性還沒(méi)有得到業(yè)界一致的認可，不同的設備制造商有著(zhù)不同的做法。

　　定位服務(wù)器的主要功能有通過(guò)協(xié)議來(lái)完成定位服務(wù)器之間的信息互換，通過(guò)協(xié)議接受路由查詢(xún)申請。定位服務(wù)器支持E.164、IP地址、URL等路由信息，支持類(lèi)似于PSTN的多層結構，可以劃分不同的域和層次。各個(gè)級別的定位服務(wù)器均具有匯接和查詢(xún)功能，提供安全性服務(wù)，可以根據用戶(hù)的特別需求實(shí)現監控等特殊服務(wù)。

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

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

　　在NGN系統中，E.164號碼、URI(Uniform Resource Identifier，統一資源標識符)地址和IP地址終端用戶(hù)同時(shí)存在。用戶(hù)具有多種地址方式，如SIP(Session Initiation Protocol，會(huì )話(huà)初始協(xié)議)終端在與POTS用戶(hù)通信時(shí)需要有一個(gè)E.164號碼，SIP終端之間通信時(shí)可直接使用URI地址。當NGN網(wǎng)絡(luò )中URI地址逐漸廣泛使用時(shí)，NGN網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)態(tài)路由可以采用成熟DNS體系來(lái)實(shí)現。NGN網(wǎng)絡(luò )在使用DNS動(dòng)態(tài)路由時(shí)，除目前IP網(wǎng)上廣泛使用的傳統域名翻譯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(huà)號碼映射)協(xié)議完成E.164號碼與URI地址之間的映射，稱(chēng)為ENUM DNS。

　　ENUM DNS系統采用分級樹(shù)狀結構，與目前域名解析DNS系統完全相同。當NGN網(wǎng)絡(luò )發(fā)展到一定規模的時(shí)候，就要像Internet DNS系統一樣，需要考慮運營(yíng)商及國際互聯(lián)，此時(shí)必須對ENUM DNS進(jìn)行全球統一規劃。

　　第一種層次化軟交換路由的方式的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，其實(shí)現技術(shù)比較成熟，網(wǎng)絡(luò )層次明晰，結構簡(jiǎn)單，易于維護與擴展，同時(shí)軟交換可對外部網(wǎng)絡(luò )提供網(wǎng)關(guān)功能，從而沒(méi)有過(guò)多的互聯(lián)點(diǎn)，這就保證了網(wǎng)絡(luò )的內部結構和信息的安全。但是這種路由體系的缺點(diǎn)也非常明顯：信令需要逐跳轉發(fā)，中間經(jīng)過(guò)的每一個(gè)軟交換都需要對呼叫信令進(jìn)行處理，從而有了較大的呼叫時(shí)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(shù)，以下簡(jiǎn)要介紹這兩種技術(shù)。

三、ENUM技術(shù)介紹

　　ENUM技術(shù)是當今計算機網(wǎng)絡(luò )資源尋址定位方式的熱點(diǎn)，它是伴隨網(wǎng)絡(luò )融合、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)和需求的發(fā)展而產(chǎn)生的。

　　ENUM是IETF的電話(huà)號碼映射工作組(Telephone Number Mapping working group)定義的一個(gè)協(xié)議？E.164號碼和域名系統(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(wù)器的數據庫中的方法，換句話(huà)說(shuō)，ENUM定義了一種基于DNS的架構和協(xié)議，將每個(gè)由E.164號碼轉化而成的域名可以對應一系列的統一資源標識，從而使國際統一的E.164電話(huà)號碼成為可以在互聯(lián)網(wǎng)中使用的網(wǎng)絡(luò )地址資源。ENUM可以利用電話(huà)號碼來(lái)查找注冊人(Registrant)的電子郵件、IP電話(huà)號碼、統一消息、IP傳真或個(gè)人網(wǎng)頁(yè)等多種信息，實(shí)現各種網(wǎng)絡(luò )應用并完成訪(fǎng)問(wèn)限制，查詢(xún)重定向等等一系列功能。E.164號碼是傳統電信網(wǎng)絡(luò )中使用的重要資源，DNS系統是互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎，ENUM將兩者結合起來(lái)，有利于傳統電信服務(wù)向基于IP包交換的方向發(fā)展，ENUM是對促進(jìn)兩網(wǎng)最終融合具有重要意義的技術(shù)。

　　ENUM基于DNS系統，主要是借鑒了DNS的基本思想，ENUM DNS采用樹(shù)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(shí)現了E.164號碼、域名和數據的分布，并提高了查詢(xún)和管理的效率。在ENUM中還借用了一個(gè)非常重要的DNS中的概念？NAPTR，NAPTR是一個(gè)新的DNS RR(DNS Resource Record)類(lèi)型，它實(shí)際上是一個(gè)基于重寫(xiě)規則的正規表達式。它完成一個(gè)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(xún)服務(wù)，比如完成E.164到URI的映射與解析，所以ENUM成了PSTN和IP網(wǎng)絡(luò )服務(wù)相互轉換的橋梁。ENUM技術(shù)的核心包含三個(gè)方面：E.164號碼預處理、ENUM解析和DNS配置。

1.電話(huà)號碼預處理

　　用戶(hù)輸入電話(huà)號碼，例如“+86-27-87694036”，“+”此時(shí)用來(lái)標識ENUM服務(wù)，用來(lái)區分其他基于數字的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，如果用戶(hù)輸入的數串含有“+”，那么將執行ENUM服務(wù)預處理。
首先去掉除“+”以外的字符，得到“+862787694036”；然后去掉“+”；接著(zhù)在每個(gè)數字間加“.”，得到“8.6.2.7.8.7.6.9.4.0.3.6”(之所以簡(jiǎn)單地在每個(gè)數字間加點(diǎn)，而不是將電聯(lián)規定的國家碼和國家內的區位碼進(jìn)行區分，目的是為了簡(jiǎn)化處理，因為DNS可以支持127級，E.164標準的16位電話(huà)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(hù)用支持ENUM技術(shù)的特定設備或者程序輸入電話(huà)號碼，客戶(hù)端應用程序根據預處理的流程對輸入的電話(huà)號碼進(jìn)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，繼續執行相應的協(xié)議，完成預期的操作。

　　例如，某個(gè)用戶(hù)想給擁有“+86-10-62553604”這個(gè)E.164的用戶(hù)發(fā)送E-mail，當他在支持ENUM技術(shù)的foxmail地址欄中輸入這個(gè)電話(huà)號碼，foxmail將電話(huà)號碼進(jìn)行預處理為“4.O.6.3.5.5.2.6.O.1.6.8.e164.tld，然后用戶(hù)本機的DNS Resolver將這個(gè)字串發(fā)給DNS Server作類(lèi)似域名的解析，DNS Server將對應這個(gè)字串配置的兩個(gè)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(jìn)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(lèi)似。

　　經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究和開(kāi)發(fā)，ENUM技術(shù)已經(jīng)能夠支持Voice、E-mail、HTTP、SIP等等應用，種類(lèi)非常多，其中最為明確的應用是在軟交換和3G網(wǎng)絡(luò )中所用的SIP協(xié)議中查找SIP地址： 　　這些應用的開(kāi)發(fā)和研究，極大地豐富了傳統電信服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的內容，使傳統電信和互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系更加密切。進(jìn)一步加強對ENUM技術(shù)特點(diǎn)和運行服務(wù)的研究，將有力地促進(jìn)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，從而有效地利用現有的網(wǎng)絡(luò )資源，尤其是寬帶網(wǎng)絡(luò )資源。ENUM技術(shù)以它獨有的特性，擴展了E.164號碼的應用空間，將給傳統的電信服務(wù)的變革帶來(lái)無(wú)限的生機。

四、TRIP技術(shù)介紹

　　TRIP是一個(gè)域間網(wǎng)關(guān)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(diǎn)，并為其他諸如H.323、SIP的應用協(xié)議提供了無(wú)縫接口，從而使采用相同協(xié)議的網(wǎng)關(guān)之間能夠共享TRIP協(xié)議，最終實(shí)現不同域間同構網(wǎng)絡(luò )的全局電話(huà)路由。體現TRIP功能的設備叫定位服務(wù)器，其主要功能是與其他的定位服務(wù)器交換信息，這些信息包括電話(huà)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(huà)目的地網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息。TRIP協(xié)議允許每個(gè)網(wǎng)關(guān)資源的管理者根據不同的策略建立自己的本地可用網(wǎng)關(guān)數據庫，然后按照不同的策略進(jìn)行數據庫之間不同網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)信息可供信令服務(wù)器、軟交換設備和其它用戶(hù)直接查詢(xún)使用。

　　TRIP協(xié)議是不同管理域之間進(jìn)行IP電話(huà)網(wǎng)關(guān)路由信息交換的一個(gè)專(zhuān)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： 　　TRIP作為一種與具體呼叫協(xié)議無(wú)關(guān)的路由機制，它可以解決由于不同域、不同網(wǎng)絡(luò )結構而帶來(lái)的路由互通問(wèn)題。TRIP通過(guò)收發(fā)TRIP消息可以實(shí)現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(huà)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(guò)請求TRIP承載實(shí)體一定位服務(wù)器，直接定位遠端設備，避免IP網(wǎng)中呼叫信令的逐跳處理轉發(fā)。

　　TRIP是一個(gè)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(huà)管理域(ITAD)的定位服務(wù)器(LS)之間進(jìn)行路由交互：二是在位于同一ITAD的LS之間進(jìn)行路由同步。第一層含義完成實(shí)質(zhì)上的路由功能，而第二層含義僅僅是對路由進(jìn)行一致性的維護。TRIP并沒(méi)有規定LS之間的聯(lián)接結構和形態(tài)，在一個(gè)ITAD內的LS可以被配置成網(wǎng)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(méi)有限制，可以被組織成網(wǎng)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(wǎng)絡(luò )中，LS為了完成網(wǎng)關(guān)路由及相關(guān)的網(wǎng)關(guān)定位功能，必須具備注冊服務(wù)器的功能(在H.323中相當于網(wǎng)守的功能)，以便本地LS感知本地ITAD中所有網(wǎng)關(guān)設備。TRIP應用到軟交換中，其路由機制并沒(méi)有改變，只是把基于軟交換設備的ITAD域作為一個(gè)二級混和網(wǎng)絡(luò )來(lái)處理，H.323網(wǎng)守、SIP網(wǎng)關(guān)首先與軟交換設備相連，并向其注冊；然后域中所有的網(wǎng)關(guān)網(wǎng)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(shí)，LS就可以通過(guò)軟交換設備發(fā)現對外信令網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)或是網(wǎng)守，然后再通過(guò)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(wǎng)絡(luò )與現有的SIP網(wǎng)絡(luò )和H.323網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行無(wú)縫融合，這樣能充分發(fā)揮軟交換多協(xié)議交換的特點(diǎn)。

　　通過(guò)TRIP路由的及時(shí)更新，使得IP域發(fā)起的呼叫能快速找到最佳網(wǎng)關(guān)路由，還可以進(jìn)行相應的路由統計，為以后網(wǎng)關(guān)位置的優(yōu)化做準備。

　　TRIP協(xié)議，其解決的主要問(wèn)題就是IP電話(huà)的網(wǎng)關(guān)路由問(wèn)題，從一個(gè)較高的角度來(lái)看，就是解決映射問(wèn)題。給定一個(gè)電話(huà)號碼映射出一個(gè)電話(huà)網(wǎng)關(guān)的IP地址，也可以簡(jiǎn)單地稱(chēng)為“電話(huà)號碼到IP地址轉換問(wèn)題”。通常，我們遇到電話(huà)號碼與IP地址轉換的情況很多，只有“給定一個(gè)電路交換網(wǎng)絡(luò )的用戶(hù)電話(huà)號碼，判斷能夠完成對其進(jìn)行呼叫的網(wǎng)關(guān)的IP地址”是TRIP協(xié)議要解決的問(wèn)題，只有它才真正地涉及到一個(gè)呼叫設備和另一個(gè)應答設備之間的信令信息在IP網(wǎng)絡(luò )上傳輸時(shí)必須進(jìn)行IP網(wǎng)關(guān)路由的層層選擇，因此TRIP協(xié)議解決的是電話(huà)號碼與IP地址轉換的問(wèn)題，但是并不是所有IP與地址轉換的問(wèn)題它都能解決。

目前明確的TRIP應用主要有： 五、結束語(yǔ)

　　網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展并非一蹴而就，不同的運營(yíng)商可以根據自己的網(wǎng)絡(luò )情況選擇不同的路由方案，并逐漸演進(jìn)。比方說(shuō)，在網(wǎng)絡(luò )建設的初期，采用簡(jiǎn)單的軟交換全互聯(lián)平面式結構。中期可以用定位服務(wù)器的方式為軟交換提供路由服務(wù)。而到了后期可以用分層的定位服務(wù)器方式為全網(wǎng)提供大規模的路由服務(wù)。在未來(lái)的路由服務(wù)中，ENUM技術(shù)和TRIP技術(shù)都能很好地完成全域電話(huà)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。

中國通信網(wǎng)(www.c114.net)


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