互联网与电信网融合的关键技术：ENUM

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1、背景
　　随着全球信息产业的发展，互联网和通信网的融合成为发展趋势。分析起来，网络融合的驱动力主要有四个方面。一是信息业务的分组化，这是网络演进和融合的最大驱动力。二是技术的进步，新技术层出不穷。三是用户需求的提高，用户希望能够利用任何终端在任何地方任何时间享受丰富多彩的业务。四是运营的需求，为了支持多种电信业务，电信运营商希望能有一个整合的IP化的电信基础网络。
　　通信手段的多样化使每个用户有许多的标识来表示自己，比如：个人网站、固话号码、手机号码、即时消息地址、电子邮件地址、传真等，这些标识基本是不相关的，这样使得用户需要记忆的信息越来越多。能否从互联网和通信网自身的特性出发，解决业务、终端多样性带来的大量信息需要记忆的问题？
　　ENUM就是基于此提出的，它的产生能够满足用户只使用一个统一的号码来标识自己，即公众网上普遍使用的电话号码（即E.164号码）；同时借鉴了互联网基础的DNS寻址技术。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资源，ENUM将两者结合起来，有益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。
2、ENUM相关介绍
　　2.1 ENUM标准概述
　　ENUM是IETF的电话号码映射工作组（tElephone NUmber Mapping working group）定义的协议——RFC2916、RFC3761。它定义了将E.164号码映射为域名的规则，以及在互联网DNS数据库中存储与该域名相关信息的方式。每个由E.164号码转化而成的域名可以通过ENUM DNS服务器翻译为一系列的网络资源记录，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。通过使用ENUM机制，接入的E.164号码可以映射成传统电话号码、移动电话号码、电子邮件地址、IP电话号码、统一消息、IP传真或个人网页等多种信息。这样，用户可以方便的实现号码携带，在不改变接入号码的基础上，通过改变DNS中的记录实现更换运营商、更换地域、改变业务种类。
　　ENUM定义了如下过程，将电话号码映射为DNS系统中的记录：
　　例如：北京的一个电话号码：62619750
　　第一步，将电话号码处理成一个标准的E.164号码的格式，如：+86-10-62619750
　　第二步，去掉除了最左端的“+”外的所有连接符，变成：+861062619750
　　第三步，去掉“+”号，并将号码翻转：057916260168
　　第四步，在每个数字之间加上域名分割符“.”：0.5.7.9.1.6.2.6.0.1.6.8
　　第五步，在上面的数字串末尾加上“.e164.tld”：0.5.7.9.1.6.2.6.0.1.6.8.e164.tld
　　这样一个电话号码变成了DNS中的域名形式。每个E.164号码形成的域名可以对应多条网络资源记录，称为统一资源标识URI。URI采用了另一个IETF建议RFC 2915定义的格式，称为“名称权威指针”（Naming Authority Pointer，简称NAPTR）。
　　RFC2915定义书写的格式：
　　Domain TTL Class Type Order Preference Flags Service Regexp Replacement
　　例如，下面就是ENUM的DNS服务器的资源记录：
　　$ORIGIN 0.5.7.9.1.6.2.6.0.1.6.8.e164.cn.
　　IN NAPTR 10 10 "u" " E2U+mailto " !^.*$!mailto:abc@cnnic.cn!"
　　IN NAPTR 10 20 "u" " E2U+sip " "!^.*$!sip:123@sip.asrc.cn!".
　　IN NAPTR 10 10 "u" " E2U+http " "!^.*$!http://www.cnnic.cn!".
　　IN NAPTR 10 101 "u" "E2U+h323" "!^.*$!h323:info@example.com!" .
　　2.2 ENUM研究现状
　　IETF工作组不但对ENUM进行了基本定义，还定义了ENUM各种业务的注册机制，包括：H.323业务、SIP业务、Pres业务，以及web和ftp业务；工作组内对ENUM新增业务、实际应用、注册协议等也进行了深入的讨论。
　　由于ENUM使用了E.164的号码资源，而这些号码属于ITU管理，因此，ENUM的系列标准也和ITU相关。ITU的SG2负责ENUM相关管理问题的研究，主要包括，将应用于各种用途的E.164国家码插入到DNS系统中的管理原则和程序，ENUM实施中的顶级域TLD的选择和管理，并制定了一些补充规定提供有关ENUM的背景知识以及将E.164号码插入到DNS系统中要考虑的问题，它们适用于各国的电信管制部门和国际资源的管理部门，以便为ENUM实施提供指导。
　　ETSI（欧洲电信标准化组织）从2001年5月开始进行ENUM相关研究，已出版有关欧洲ENUM管理的报告。并在2004年初和年末成立ENUM临时工作组，对ENUM的互操作性、ENUM的管理运营进行研究。
　　2.3 ENUM和网络融合的关系
　　ENUM机制的引入同时涉及互联网和传统电信网两方面，促使互联网向可管理、可运营、有一定安全可靠性的方向发展，促使电信网向更加高效、方便、易于集成多种业务和应用的方向发展。
　　2.3.1应用ENUM的互联网解析体系
　　引入ENUM机制需要在互联网域名解析体系中建立一套电话号码域名的解析体系，这个解析体系采用分级树状结构，与目前域名解析系统DNS基本相同。其服务提供是一个全球性的三层服务体系结构，见图1：
　　（1）顶层（Tier 0）对应于ENUM的根域，是维护E.164中分配的国家码（包括地理国家码、网络码、全球服务码和成组国家码）形成的域名映射到相应的国家ENUM顶级域名服务器地址的记录。Tier0的域名服务器中包含的记录指向ENUM第1层的域名服务器。
　　（2）中间层（Tier 1）为每个国家内部的ENUM顶级DNS服务器，负责管理电话号码域名映射到相应资源记录解析服务器。对于使用综合编号计划的国家，例如北美的国家，这一层可以是指综合编号计划下的某个国家的号码，即国家码的一部分。Tier1由ITU TSB授权给各国指定的实体，由这些实体从行政上负责他们的国家码所对应的域。该域的域名服务器中所包含的记录可以指向一个E.164号码，也可以指向一个E.164号码段，或者是号码的一部分。
　　（3） 底层（Tier 2）DNS服务器负责真正将E.164电话号码解析到相应的服务记录。到底谁有资格作第2层的管理者属于各国内部的事务，在国际上尚无定论。第2层的域名服务器中包含对应于E.164号码的域名以及带有特定电信业务信息的NAPTR资源记录。
　　这样一种体系结构的目的主要是保证全球ENUM的DNS服务的统一性和互通性，真正是ENUM成为一种全球访问的网络寻址资源。ENUM的Tier 0注册机构（Registry）是全球唯一的；一般地，每个国家的Tier 1注册机构是唯一的，使用集成编码方案的地区（Integrated Numbering Plan Area，如国家码1），和地理国家码之外E.164国家码的Tier 1注册机构需要通过有关国家讨论达成一致的方案；Tier 2注册机构可以有多个。

　　2.3.2应用ENUM的电信网
　　在电信网中引入ENUM，需要电信网中的相关设备支持ENUM，这些设备可以是软交换控制设备，也可以是媒体网关设备。对于这些支持ENUM的设备有如下要求
　　（1）能够将E.164号码根据RFC2916中规定的规则转换为符合规定的电话号码域名；
　　（2）具有DNS查询功能；
　　（3）支持ENUM特有的NAPTR资源记录。
　　此外，电信网中还需要解决编号及选路的问题。自于普通呼叫是不需要到DNS去查询的，只有涉及ENUM应用的呼叫才需要到DNS去查询，因此如何确定一个呼叫中被叫用户是否申请了ENUM应用是一个很重要的问题。解决这个问题从理论上讲有三种可能的方式：
　　第一种方式：为申请了ENUM应用的用户分配特殊的号码段，这种方式是最简单、最易实现的一种方式，在一些国家和地区已经采用这种方式进行试验。
　　第二种方式：所有的呼叫在处理过程中都到DNS访问一下，如果在DNS中没有找到相应的记录，则按照普通呼叫正常接续：如果找到了相应的记录，则按照ENUM应用进行处理。采用这种方式可以实现用户通过原有的电话号码捆绑多个业务应用，方便了用户的使用，减少了号码的占用。这种方式会占用一定的网络带宽，呼叫建立的时延有所增大；但是，经过测试，采用缓存方式的DNS，本地呼叫的ENUM查询应答时延约为70毫秒，长途呼叫的ENUM查询应答时延约为500毫秒；可见，ENUM查询不会使整个呼叫过程产生过多的延时。
　　第三种方式：建立公共的用户信息数据库，在数据库中存储用户的业务信息。每次呼叫时先要访问该数据库，确认用户登记了哪些业务，然后再确定对呼叫如何处理。
　　2.3.3 ENUM的相关应用
　　ENUM作为互联网和电信网融合的技术，可以方便的将传统电信的通话业务和互联网的特性相结合，结合SIP、H.323、SMS、SMTP、ftp等技术，提供低成本的运营方案。此外，ENUM也可以方便的实现传统电信网内不区分地域、不区分运营商、不区分业务的号码可携带。
　　1）典型通话应用
　　为了说明ENUM的用途，我们可以看以下这个利用ENUM建立一个由PSTN用户发起的到基于IP网络的终端的呼叫，其典型的流程如图2所示：

　　步骤1：发端用户拨E.164号码；拨号的方式由各国自己规定，如长途呼叫拨前缀“0”，国际呼叫拨前缀“00”等；
　　步骤2：PSTN的业务提供者根据呼叫发起的位置等因素将呼叫转至相应的网关。
　　步骤3：该网关必须包含ENUM功能，它能够将用户所拨的数字按照规定的规则转换成ENUM的域名形式，如果用户拨的号码不是全号，则网关应能够将丢失的数据补齐，这样才能够形成一个完整有效的域名。例如：用户拨的号码为：12345678，完整的号码应是：+861012345678。然后网关在ENUM的DNS服务器中查找该域名；
　　步骤4：DNS返回与该域名相关的所有业务记录；
　　步骤5：网关在DNS中查找规定主机的地址记录；
　　步骤6：DNS返回规定主机的SIP服务器IP地址；
　　步骤7：通过基于IP的网络将该呼叫接续到指定的IP地址；
　　步骤8：SIP服务器将呼叫接续到规定用户的用户代理客户机上。当目的方应答时，必须将应答监视返回给发端本地交换机。
　　在以上的例子中使用的是SIP客户端，在实际应用中也可以使用支持其它通信协议的客户端。
　　2）互联网解析体系
　　号码携带关注的是主叫用户对被叫用户的某一个号码发起呼叫后，获得被叫用户的号码/地址路由信息的畅通性。下面，举一个例子来分析用ENUM实现号码携带的整个过程。用户A需要和用户B通信，用户B拥有ENUM号码，ENUM号码对应了固话号码、移动电话号码、SIP地址、H.323地址、Email、传真号码、个人主页等。
　　呼叫的总体流程如图3所示：

　　步骤1：发端用户A使用某一种终端拨打用户B的完整ENUM号码；
　　步骤2：接收到ENUM号码的网络，查询ENUM解析系统，ENUM解析器查询B用户的ENUM号码域名，得到如图中所示的号码映射关系。
　　步骤3：ENUM解析系统返回所有和B用户ENUM域名相关的映射记录。
　　步骤4：由呼叫发起网络或号码所有者网络呼叫用户B。
　　其中，步骤1是一个呼叫发起，步骤2即DNS查询。需要特别说明的是步骤3和步骤4的处理，步骤3返回的是ENUM的所有记录，步骤4中获得ENUM记录的呼叫服务器（可以是软交换、SIP定位服务器）依据各种记录的次序和优先级对终端发起呼叫，假设各种记录的次序和优先级如图3右上角所示。于是，图4中的呼叫服务器首先根据tel号码12345678呼叫普通电话终端，也就是呼叫服务器会将呼叫转接到PSTN中12345678所属的交换机，此时，对于主叫来说无需知道12345678这个号码；如果12345678对应的终端忙或是无人接听，呼叫服务器呼叫排在第二个的tel号码13x12345678，13x12345678可以属于移动，也可以联通；如果，此终端依旧呼叫不到，则呼叫服务器仍然可以依次呼叫SIP终端、传真、H.323终端、以及可以发送Email。

　　在使用ENUM机制的过程中，对于用户来说，只有ENUM号码是透明的，而ENUM号码对应的各种映射记录都是不可见的。因此，当用户B需要更改运营商时，只需要修改相应的DNS中NAPTR记录，在用户A到用户B的整个呼叫过程中，查询用户B的ENUM号码获得映射记录是在网络后台完成，用户A并不察觉；同样，用户B住址迁移，需要更换固话号码所属交换局时，DNS的NAPTR记录作相应修改，用户A依然呼叫用户B的同一个ENUM号码，经过ENUM解析系统，返回用户B的新的固话地址记录，则呼叫会转接到新固话地址所属的交换局；用户B想要添加或者修改业务时，也使用同一个ENUM号码定制各种服务，用户A可以通过ENUM号码给用户B发送短信，服务提供商可以通过ENUM号码给用户B发送电子邮件。
　　同样，ENUM机制可以应用在基于软交换的下一代网络中，当软交换之间通过SIP互联时，可通过ENUM查询确定用户所在的软交换。因此，下一代网的号码携带也可以采用ENUM机制实现。
3、未来的发展
　　ENUM未来的应用和发展需要考虑多方面的因素：政策因素、技术因素、市场因素。
　　1）政策因素
　　ENUM使用了传统电信网络使用的E.164号码，因此ENUM对促进传统电信网向与互联网的融合具有巨大的推动作用，同时也带了电信码号资源分配和管理的问题。关于ENUM的运营管理也需要深入考虑，应该结合现有互联网域名的注册管理机制，以及电信网络运营机制。
　　2）技术因素
　　ENUM从技术上讲是互联网中DNS系统的新应用，主要是定义了一种新型的寻址定位方式，利用DNS资源记录存储用户的信息，支持用E.164号码对用户信息进行查询，用户可以方便地修改自己存储在DNS系统中的信息，同时应用提供商可以利用这些信息为用户提供一些增值业务。通过ENUM机制可以将电话号码映射为电子邮件地址、传真号码、SIP电话地址等。目前，ENUM的最典型的应用就是通过惟一的E.164号码接入多种应用，包括SIP话音、H.323话音、传真、电子邮件等。ENUM基本上不会应用于纯PSTN环境，它的潜在应用可能发生在PSTN和IP的互通以及纯IP环境中。由此看来，ENUM并不提供业务控制机制，它只是一个“enabler”，单靠ENUM技术不可能提供有丰富的业务特征的增值业务。
　　因此为了实现具有复杂的业务特征的增值业务，ENUM发展趋势在技术方面的考虑是须与其他的提供增值业务的技术和体系相结合。
　　3）市场因素
　　ENUM的应用对市场有巨大的潜在影响。可以从运营商（业务提供商）、设备制造商、最终用户三方面来考虑。
　　对运营商而言，ENUM提供了新的网络资源定位和寻址方式，可以充分利用互联网的资源为传统电信运营商提供服务，并可以有效地促进传统电信业务与基于Internet的业务的充分融合。ENUM有利于基于纯IP网络通信方式的普及，解决了从电话号码到IP终端设备寻址的问题，使电话号码可以同样用于基于IP包交换的电信业务，实际上为运营商提供了一种全网兼容的编码和寻址方案，从而推动了其综合业务的发展。
　　ENUM同样为通信网络设备制造商提供了发展机会，通过提供支持ENUM查询功能的产品和ENUM服务设备，可以增加其产品的市场竞争力，扩大利润的来源，国外的一些产品已经开始支持ENUM功能。ENUM服务需要支持多种通信协议，因此ENUM的发展还有利于支持多种通信协议终端的开发。
　　对于最终用户而言，ENUM可以把多种通信服务和一个电话号码绑定在一起，利用同一个号码通过不同的通信方式和一个人联系，有利于简化用户标识，便于用户特别在手持终端上方便的使用互联网业务。
　　综上所述，ENUM结合了互联网的DNS寻址和电信网的E.164号码寻址的特点，作为两网融合的一种关键技术，既能方便的兼容现有的网络体系，也能为下一代网的多业务性、多终端性、移动性，以及满足用户多种需求提供良好的解决方案。