解析下一代网络中大规模路由技术

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         一、引言
　　传统电话交换网在建立呼叫的时候，首先根据被叫的E.164号码确定下一个交换局的信令点编码，然后根据信令点编码经NO.7信令网进行呼叫路由，所有呼叫路由的实质是根据E.164号码确定信令点编码，再利用信令点编码进行呼叫路由。
　　与传统PSTN(Public Switch Telephone Network，公共交换电话网)网络不同，基于软交换的下一代网络的呼叫路由实质上是根据被叫用户的地址确定下一跳软交换或者是直接定位到被叫终端。而被叫用户的地址可以是E.164号码、URL(uniform Resource Locator，统一资源定位器)形式或IP地址。
　　网络的融合和寻址方式的多样化，使得原来的PSTN网和IP网的路由方式不再能够适应通信的需要，下一代网络的路由技术中，必须考虑到号码翻译的问题。所以有了研究下一代网络路由技术的必要。
　　本文重点分析在大规模下一代软交换网络中所涉及到的关键路由技术，这些技术对于发展基于软交换的下一代网络有着积极的意义。
　　下一代网络中的控制层和业务紧密相关，需要和各种系统打交道，如路由器、应用服务器、数据库子系统等，这是真正体现网络智能的部分。下一代网络的控制层面所要解决的最重要的问题之一就是路由问题。那么，下一代网络的路由问题究竟是什么呢?
　　(1)用户定位和网络寻址问题；
　　(2)不同的NGN(Next Generation Network，下一代网络)网络之间存在路由互通的问题；
　　(3)NGN用户移动性问题。
　　二、下一代网络路由解决方案
　　针对以上各种问题，业界对下一代网络的路由提出了多种解决方案。
　　1.层次化软交换路由体系
　　对于大型的NGN网络，借鉴了PSTN分层的思想，将软交换划分为不同层次以实现多级路由，但是其用户面的承载仍为端到端分组承载。
　　将NGN网络服务分成两种，域内服务和域间服务。其中域内服务是指在NGN的某个区域内的软交换服务，本区域内的软交换只需要了解本区域内的路由信息就可以了。对于非本区域的路由信息只需将呼叫请求转发到与本域内服务软交换相连的域间互连软交换就行了。而本区域内的服务软交换着重为域内用户提供丰富多样的业务。域间服务软交换有负责NGN不同域之间路由的功能。一旦出现域间互连的软交换路由数量过多的情况，应考虑将域间互连的软交换分成多级结构，但是所有级内服务的软交换还是平面结构。
　　这种分层路由的静态路由方式沿用了PSTN网的多级路由体系。其优点是每个软交换的路由数据相对来说较简单，整个网络的组网结构非常清晰。
　　2.定位服务器路由体系
　　对NGN的要求决定了网络中的任何一个交换设备都有能力直接定位对端的设备，而不需要逐跳转发呼叫信令，可以通过集中设置共享定位服务器来满足这样的要求。
　　当一定区域的软交换扩展到一定数量时，可用定位服务器为本区域中的软交换提供路由服务。本域内的软交换之间可以保持彼此的路由信息以确保快速建立呼叫。此时每个软交换只与其对应的那个定位服务器联系，由定位服务器来完成对目的软交换的定位。在这种情况下，软交换保存其控制范围内用户的完整路由信息和同一域内的软交换之间的路由信息。同时，还可以考虑在软交换或者是定位服务器中将一部分常用的地址建立本地映射库以加快呼叫连接的速度。定位服务器的数量根据网络容量的大小来设置。
　　由于定位服务器不是下一代网络的网络框架中定义的标准网络实体，而是在下一代网络中为了解决大型网络路由问题而提出的一个功能实体，所以定位服务器的功能和特性还没有得到业界一致的认可，不同的设备制造商有着不同的做法。
　　定位服务器的主要功能有通过协议来完成定位服务器之间的信息互换，通过协议接受路由查询申请。定位服务器支持E.164、IP地址、URL等路由信息，支持类似于PSTN的多层结构，可以划分不同的域和层次。各个级别的定位服务器均具有汇接和查询功能，提供安全性服务，可以根据用户的特别需求实现监控等特殊服务。
　　从路由信息的获得方式来看，定位服务器包括静态路由和动态路由两种。静态路由是指定位服务器之间以及软交换服务器和定位服务器之间路由信息的静态配置。由于软交换服务器与定位服务器一般都是有静态IP地址的，因此可以在定位服务器和软交换服务器中保存用户号码和IP地址的对应关系。为了克服静态路由灵活性差等缺点，不同的厂商采用TRIP(Telephony Routing Over IP，IP电话路由协议)、LDAP(Lightweight Directory Access Protocol，轻量级目录访问协议)、DIAMERER、RAS(Registration Admission Status，注册容许状态)、H.323 Annex G等协议来实现定位服务器与定位服务器之间以及定位服务器与软交换服务器之间的动态路由。也正是因为各厂家采用不同的协议实现动态路由，所以才存在互通的问题。
　　3.基于DNS(Domain Name System，域名系统)的动态路由体系
　　在NGN系统中，E.164号码、URI(Uniform Resource Identifier，统一资源标识符)地址和IP地址终端用户同时存在。用户具有多种地址方式，如SIP(Session Initiation Protocol，会话初始协议)终端在与POTS用户通信时需要有一个E.164号码，SIP终端之间通信时可直接使用URI地址。当NGN网络中URI地址逐渐广泛使用时，NGN网络的动态路由可以采用成熟DNS体系来实现。NGN网络在使用DNS动态路由时，除目前IP网上广泛使用的传统域名翻译DNS之外，还将引入一种新型的DNS，这种新型的DNS采用ENUM(Telephone(E.164)Number Mapping，电话号码映射)协议完成E.164号码与URI地址之间的映射，称为ENUM DNS。
　　ENUM DNS系统采用分级树状结构，与目前域名解析DNS系统完全相同。当NGN网络发展到一定规模的时候，就要像Internet DNS系统一样，需要考虑运营商及国际互联，此时必须对ENUM DNS进行全球统一规划。
　　第一种层次化软交换路由的方式的优点非常明显，其实现技术比较成熟，网络层次明晰，结构简单，易于维护与扩展，同时软交换可对外部网络提供网关功能，从而没有过多的互联点，这就保证了网络的内部结构和信息的安全。但是这种路由体系的缺点也非常明显：信令需要逐跳转发，中间经过的每一个软交换都需要对呼叫信令进行处理，从而有了较大的呼叫时延。
　　而第二种和第三种解决方案中涉及到两种新兴的路由技术，以下简要介绍这两种技术。
　　三、ENUM技术介绍
　　ENUM技术是当今计算机网络资源寻址定位方式的热点，它是伴随网络融合、网络通信技术和需求的发展而产生的。
　　ENUM是IETF的电话号码映射工作组(Telephone Number Mapping working group)定义的一个协议？E.164号码和域名系统(E.164 Number and DNS)。它定义了将E.164号码转换为域名形式放在DNS服务器的数据库中的方法，换句话说，ENUM定义了一种基于DNS的架构和协议，将每个由E.164号码转化而成的域名可以对应一系列的统一资源标识，从而使国际统一的E.164电话号码成为可以在互联网中使用的网络地址资源。ENUM可以利用电话号码来查找注册人(Registrant)的电子邮件、IP电话号码、统一消息、IP传真或个人网页等多种信息，实现各种网络应用并完成访问限制，查询重定向等等一系列功能。E.164号码是传统电信网络中使用的重要资源，DNS系统是互联网的重要基础，ENUM将两者结合起来，有利于传统电信服务向基于IP包交换的方向发展，ENUM是对促进两网最终融合具有重要意义的技术。
　　ENUM基于DNS系统，主要是借鉴了DNS的基本思想，ENUM DNS采用树形结构以及分级授权的机制，它分步地完成E.164号码到URI到IP地址的路由，有效地实现了E.164号码、域名和数据的分布，并提高了查询和管理的效率。在ENUM中还借用了一个非常重要的DNS中的概念？NAPTR，NAPTR是一个新的DNS RR(DNS Resource Record)类型，它实际上是一个基于重写规则的正规表达式。它完成一个特定字符串到新域名标识或者URI的解析翻译。它允许DNS完成更为广泛的查询服务，比如完成E.164到URI的映射与解析，所以ENUM成了PSTN和IP网络服务相互转换的桥梁。ENUM技术的核心包含三个方面：E.164号码预处理、ENUM解析和DNS配置。
　　1.电话号码预处理
　　用户输入电话号码，例如“+86-27-87694036”，“+”此时用来标识ENUM服务，用来区分其他基于数字的网络服务，如果用户输入的数串含有“+”，那么将执行ENUM服务预处理。
首先去掉除“+”以外的字符，得到“+862787694036”；然后去掉“+”；接着在每个数字间加“.”，得到“8.6.2.7.8.7.6.9.4.0.3.6”(之所以简单地在每个数字间加点，而不是将电联规定的国家码和国家内的区位码进行区分，目的是为了简化处理，因为DNS可以支持127级，E.164标准的16位电话号码足够使用了)；最后将其反转，并添加后缀“.e164.tld，”得到符号串“6.3.O.4.9.6.7.8.7.2.6.8.e164.tld”，其中tld是顶级域。
　　2.ENUM解析流程和DNS配置
　　当用户用支持ENUM技术的特定设备或者程序输入电话号码，客户端应用程序根据预处理的流程对输入的电话号码进行处理之后，DNS Resolver将处理后的字符串按DNS协议发出解析，从DNS Server得到与此ENUM相应的URI集合；然后，应用程序根据它自身的应用需求选择相应的URI，继续执行相应的协议，完成预期的操作。
　　例如，某个用户想给拥有“+86-10-62553604”这个E.164的用户发送E-mail，当他在支持ENUM技术的foxmail地址栏中输入这个电话号码，foxmail将电话号码进行预处理为“4.O.6.3.5.5.2.6.O.1.6.8.e164.tld，然后用户本机的DNS Resolver将这个字串发给DNS Server作类似域名的解析，DNS Server将对应这个字串配置的两个URI(SIP：enumsip@cnnic.net.cn和mailto：enummail@cnnic.net.cn)都返回给foxmail，foxmail选择mailto：enummail@cnnic.net.cn进行下一步的通信，将E-mail发给enummail@cnnic.net.Cn.其他应用的解析流程也与此类似。
　　经过一段时间的研究和开发，ENUM技术已经能够支持Voice、E-mail、HTTP、SIP等等应用，种类非常多，其中最为明确的应用是在软交换和3G网络中所用的SIP协议中查找SIP地址：
　　*软交换之间通过SIP互联时，可以通过ENUM确定用户所在的软交换；
　　*软交换设备通过H.323互联时，若软交换设备向ENUM DNS查询后通过存储在其中的H.323 URL别名发起呼叫，则不需要向网守发起ARQ/AFC消息询问；
　　*在3G IMS(Internet Multimedia subsystem，互联网多媒体子系统)中，SIP信令路由采用SIP URLs进行寻址。E.164用户公共标识转化为SIP URL格式来寻址；
　　*ENUM作为E.164号码向各种业务地址映射的工具，也可用于Internet FAX、Instant Message业务，但是目前缺少具体标准。
　　这些应用的开发和研究，极大地丰富了传统电信服务和互联网服务的内容，使传统电信和互联网的关系更加密切。进一步加强对ENUM技术特点和运行服务的研究，将有力地促进网络的发展，从而有效地利用现有的网络资源，尤其是宽带网络资源。ENUM技术以它独有的特性，扩展了E.164号码的应用空间，将给传统的电信服务的变革带来无限的生机。
　　四、TRIP技术介绍
　　TRIP是一个域间网关位置和路由协议。它综合了SIP、BGP-4等路由协议的优点，并为其他诸如H.323、SIP的应用协议提供了无缝接口，从而使采用相同协议的网关之间能够共享TRIP协议，最终实现不同域间同构网络的全局电话路由。体现TRIP功能的设备叫定位服务器，其主要功能是与其他的定位服务器交换信息，这些信息包括电话目的地的可达性、到达目的地的路由、以及在PSTN中存在的那些电话目的地网关的相关信息。TRIP协议允许每个网关资源的管理者根据不同的策略建立自己的本地可用网关数据库，然后按照不同的策略进行数据库之间不同网关信息的聚合、广播、交换和共享。首先使这些信息在本地对自己可用，然后再把这些信息按照一定策略传播给、同步给其它供应商，这些数据库中的网关信息可供信令服务器、软交换设备和其它用户直接查询使用。
　　TRIP协议是不同管理域之间进行IP电话网关路由信息交换的一个专用协议，它是独立于任何信令协议的一种协议，其主要的功能如下：
　　*建立和维护路由信息提供者之间的对等关系；
　　*交换和同步提供者之间的电话网关路由信息；
　　*防止稳定路由的循环；
　　*以及时的和可扩展的方式广播已知的网关路由信息；
　　*定义和描述电路网关路由数据的语法、语义和路由信息传送的规则。
　　TRIP作为一种与具体呼叫协议无关的路由机制，它可以解决由于不同域、不同网络结构而带来的路由互通问题。TRIP通过收发TRIP消息可以实现域内和域间路由信息的传递，并按照一定策略将最佳路由信息保存在电话路由信息数据库(TRIB)中，这样，软交换本身不需要再维护大量的路由信息，而是通过请求TRIP承载实体一定位服务器，直接定位远端设备，避免IP网中呼叫信令的逐跳处理转发。
　　TRIP是一个通用的交换路由信息的工具，其路由更新包含两层含义：一是在位于不同IP电话管理域(ITAD)的定位服务器(LS)之间进行路由交互：二是在位于同一ITAD的LS之间进行路由同步。第一层含义完成实质上的路由功能，而第二层含义仅仅是对路由进行一致性的维护。TRIP并没有规定LS之间的联接结构和形态，在一个ITAD内的LS可以被配置成网状、星形或任意其它连接拓扑结构。同样地，对于TRIP ITADs的拓扑结构也没有限制，可以被组织成网状或环形等平面拓扑结构、多层次结构或其他拓扑结构。TRIP在H.323和SIP网络中，LS为了完成网关路由及相关的网关定位功能，必须具备注册服务器的功能(在H.323中相当于网守的功能)，以便本地LS感知本地ITAD中所有网关设备。TRIP应用到软交换中，其路由机制并没有改变，只是把基于软交换设备的ITAD域作为一个二级混和网络来处理，H.323网守、SIP网关首先与软交换设备相连，并向其注册；然后域中所有的网关网守(包括软交换核心设备)再向LS(具备多种应用协议的路由功能，包括H.323，SIP)注册。这样，当从IP域向PSTN域发起呼叫时，LS就可以通过软交换设备发现对外信令网关出口，或者利用软交换的H.323，SIP互通功能寻址到相应的协议网关或是网守，然后再通过LS转发到其他域的LS。以上叙述的主要是基于软交换设备的网络与现有的SIP网络和H.323网络进行无缝融合，这样能充分发挥软交换多协议交换的特点。
　　通过TRIP路由的及时更新，使得IP域发起的呼叫能快速找到最佳网关路由，还可以进行相应的路由统计，为以后网关位置的优化做准备。
　　TRIP协议，其解决的主要问题就是IP电话的网关路由问题，从一个较高的角度来看，就是解决映射问题。给定一个电话号码映射出一个电话网关的IP地址，也可以简单地称为“电话号码到IP地址转换问题”。通常，我们遇到电话号码与IP地址转换的情况很多，只有“给定一个电路交换网络的用户电话号码，判断能够完成对其进行呼叫的网关的IP地址”是TRIP协议要解决的问题，只有它才真正地涉及到一个呼叫设备和另一个应答设备之间的信令信息在IP网络上传输时必须进行IP网关路由的层层选择，因此TRIP协议解决的是电话号码与IP地址转换的问题，但是并不是所有IP与地址转换的问题它都能解决。
　　目前明确的TRIP应用主要有：
　　*根据不同策略交换呼叫路由信息；
　　*在网络简单的时候，仅承担动态路由同步功能。
　　五、结束语
　　网络的发展并非一蹴而就，不同的运营商可以根据自己的网络情况选择不同的路由方案，并逐渐演进。比方说，在网络建设的初期，采用简单的软交换全互联平面式结构。中期可以用定位服务器的方式为软交换提供路由服务。而到了后期可以用分层的定位服务器方式为全网提供大规模的路由服务。在未来的路由服务中，ENUM技术和TRIP技术都能很好地完成全域电话路由的功能，都有可能成为今后软交换应用中不可或缺的重要部分。