解析下一代網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模路由技術(shù)

2019-11-05 00:19:40

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供稿：網(wǎng)友

　　一、引言

　　傳統(tǒng)電話交換網(wǎng)在建立呼叫的時候，首先根據(jù)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(jù)信令點編碼經(jīng)NO.7信令網(wǎng)進行呼叫路由，所有呼叫路由的實質(zhì)是根據(jù)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(wǎng))網(wǎng)絡(luò)不同，基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò)的呼叫路由實質(zhì)上是根據(jù)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(wǎng)絡(luò)的融合和尋址方式的多樣化，使得原來的PSTN網(wǎng)和IP網(wǎng)的路由方式不再能夠適應(yīng)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。

　　本文重點分析在大規(guī)模下一代軟交換網(wǎng)絡(luò)中所涉及到的要害路由技術(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(tǒng)打交道，如路由器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)等，這是真正體現(xiàn)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題之一就是路由問題。那么，下一代網(wǎng)絡(luò)的路由問題究竟是什么呢?

　　(1)用戶定位和網(wǎng)絡(luò)尋址問題；

　　(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題；

　　(3)NGN用戶移動性問題。

　　二、下一代網(wǎng)絡(luò)路由解決方案

　　針對以上各種問題，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(wǎng)絡(luò)服務(wù)分成兩種，域內(nèi)服務(wù)和域間服務(wù)。其中域內(nèi)服務(wù)是指在NGN的某個區(qū)域內(nèi)的軟交換服務(wù)，本區(qū)域內(nèi)的軟交換只需要了解本區(qū)域內(nèi)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(zhuǎn)發(fā)到與本域內(nèi)服務(wù)軟交換相連的域間互連軟交換就行了。而本區(qū)域內(nèi)的服務(wù)軟交換著重為域內(nèi)用戶提供豐富多樣的業(yè)務(wù)。域間服務(wù)軟交換有負(fù)責(zé)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(shù)量過多的情況，應(yīng)考慮將域間互連的軟交換分成多級結(jié)構(gòu)，但是所有級內(nèi)服務(wù)的軟交換還是平面結(jié)構(gòu)。

　　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)點是每個軟交換的路由數(shù)據(jù)相對來說較簡單，整個網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)非常清楚。

　　2.定位服務(wù)器路由體系

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

　　當(dāng)一定區(qū)域的軟交換擴展到一定數(shù)量時，可用定位服務(wù)器為本區(qū)域中的軟交換提供路由服務(wù)。本域內(nèi)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。此時每個軟交換只與其對應(yīng)的那個定位服務(wù)器聯(lián)系，由定位服務(wù)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(nèi)用戶的完整路由信息和同一域內(nèi)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(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(shù)量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)容量的大小來設(shè)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(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)實體，而是在下一代網(wǎng)絡(luò)中為了解決大型網(wǎng)絡(luò)路由問題而提出的一個功能實體，所以定位服務(wù)器的功能和特性還沒有得到業(yè)界一致的認(rèn)可，不同的設(shè)備制造商有著不同的做法。

　　定位服務(wù)器的主要功能有通過協(xié)議來完成定位服務(wù)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(wù)器支持E.164、IP地址、URL等路由信息，支持類似于PSTN的多層結(jié)構(gòu)，可以劃分不同的域和層次。各個級別的定位服務(wù)器均具有匯接和查詢功能，提供安全性服務(wù)，可以根據(jù)用戶的非凡需求實現(xiàn)監(jiān)控等非凡服務(wù)。

　　從路由信息的獲得方式來看，定位服務(wù)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(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)器中保存用戶號碼和IP地址的對應(yīng)關(guān)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(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(biāo)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(dāng)NGN網(wǎng)絡(luò)中URI地址逐漸廣泛使用時，NGN網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)路由可以采用成熟DNS體系來實現(xiàn)。NGN網(wǎng)絡(luò)在使用DNS動態(tài)路由時，除目前IP網(wǎng)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(jié)構(gòu)，與目前域名解析DNS系統(tǒng)完全相同。當(dāng)NGN網(wǎng)絡(luò)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(shù)比較成熟，網(wǎng)絡(luò)層次明晰，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護與擴展，同時軟交換可對外部網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)關(guān)功能，從而沒有過多的互聯(lián)點，這就保證了網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)發(fā)，中間經(jīng)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(shù)，以下簡要介紹這兩種技術(shù)。

　　三、ENUM技術(shù)介紹

　　ENUM技術(shù)是當(dāng)今計算機網(wǎng)絡(luò)資源尋址定位方式的熱點，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(zhuǎn)換為域名形式放在DNS服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中的方法，換句話說，ENUM定義了一種基于DNS的架構(gòu)和協(xié)議，將每個由E.164號碼轉(zhuǎn)化而成的域名可以對應(yīng)一系列的統(tǒng)一資源標(biāo)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(wǎng)中使用的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)頁等多種信息，實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(wǎng)絡(luò)中使用的重要資源，DNS系統(tǒng)是互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)，ENUM將兩者結(jié)合起來，有利于傳統(tǒng)電信服務(wù)向基于IP包交換的方向發(fā)展，ENUM是對促進兩網(wǎng)最終融合具有重要意義的技術(shù)。

　　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(jié)構(gòu)以及分級授權(quán)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(shù)據(jù)的分布，并提高了查詢和治理的效率。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(dá)式。它完成一個特定字符串到新域名標(biāo)識或者URI的解析翻譯。它答應(yīng)DNS完成更為廣泛的查詢服務(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(zhuǎn)換的橋梁。ENUM技術(shù)的核心包含三個方面：E.164號碼預(yù)處理、ENUM解析和DNS配置。

1.電話號碼預(yù)處理

　　用戶輸入電話號碼，例如“+86-27-87694036”，“+”此時用來標(biāo)識ENUM服務(wù)，用來區(qū)分其他基于數(shù)字的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，假如用戶輸入的數(shù)串含有“+”，那么將執(zhí)行ENUM服務(wù)預(yù)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(shù)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(shù)字間加點，而不是將電聯(lián)規(guī)定的國家碼和國家內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)的16位電話號碼足夠使用了)；最后將其反轉(zhuǎn)，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(dāng)用戶用支持ENUM技術(shù)的特定設(shè)備或者程序輸入電話號碼，客戶端應(yīng)用程序根據(jù)預(yù)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(yīng)的URI集合；然后，應(yīng)用程序根據(jù)它自身的應(yīng)用需求選擇相應(yīng)的URI，繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)的協(xié)議，完成預(yù)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(dāng)他在支持ENUM技術(shù)的Foxmail地址欄中輸入這個電話號碼，foxmail將電話號碼進行預(yù)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(yīng)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(yīng)用的解析流程也與此類似。

　　經(jīng)過一段時間的研究和開發(fā)，ENUM技術(shù)已經(jīng)能夠支持Voice、E-mail、HTTP、SIP等等應(yīng)用，種類非常多，其中最為明確的應(yīng)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：

　　*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(shè)備通過H.323互聯(lián)時，若軟交換設(shè)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(wǎng)守發(fā)起ARQ/AFC消息詢問；

　　*在3G IMS(Internet Multimedia subsystem，互聯(lián)網(wǎng)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(biāo)識轉(zhuǎn)化為SIP URL格式來尋址；

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

　　這些應(yīng)用的開發(fā)和研究，極大地豐富了傳統(tǒng)電信服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的內(nèi)容，使傳統(tǒng)電信和互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系更加密切。進一步加強對ENUM技術(shù)特點和運行服務(wù)的研究，將有力地促進網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，從而有效地利用現(xiàn)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(yīng)用空間，將給傳統(tǒng)的電信服務(wù)的變革帶來無限的生氣。

四、TRIP技術(shù)介紹

　　TRIP是一個域間網(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，并為其他諸如H.323、SIP的應(yīng)用協(xié)議提供了無縫接口，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，最終實現(xiàn)不同域間同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的全局電話路由。體現(xiàn)TRIP功能的設(shè)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，這些信息包括電話目的地的可達(dá)性、到達(dá)目的地的路由、以及在PSTN中存在的那些電話目的地網(wǎng)關(guān)的相關(guān)信息。TRIP協(xié)議答應(yīng)每個網(wǎng)關(guān)資源的治理者根據(jù)不同的策略建立自己的本地可用網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)庫，然后按照不同的策略進行數(shù)據(jù)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、同步給其它供給商，這些數(shù)據(jù)庫中的網(wǎng)關(guān)信息可供信令服務(wù)器、軟交換設(shè)備和其它用戶直接查詢使用。

　　TRIP協(xié)議是不同治理域之間進行IP電話網(wǎng)關(guān)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(guān)系；

　　*交換和同步提供者之間的電話網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)路由信息；

　　*定義和描述電路網(wǎng)關(guān)路由數(shù)據(jù)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(guān)的路由機制，它可以解決由于不同域、不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shù)據(jù)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(wù)器，直接定位遠(yuǎn)端設(shè)備，避免IP網(wǎng)中呼叫信令的逐跳處理轉(zhuǎn)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電話治理域(ITAD)的定位服務(wù)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(zhì)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(jié)構(gòu)和形態(tài)，在一個ITAD內(nèi)的LS可以被配置成網(wǎng)狀、星形或任意其它連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同樣地，對于TRIP ITADs的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也沒有限制，可以被組織成網(wǎng)狀或環(huán)形等平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、多層次結(jié)構(gòu)或其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。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(dāng)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(shè)備。TRIP應(yīng)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(shè)備的ITAD域作為一個二級混和網(wǎng)絡(luò)來處理，H.323網(wǎng)守、SIP網(wǎng)關(guān)首先與軟交換設(shè)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(shè)備)再向LS(具備多種應(yīng)用協(xié)議的路由功能，包括H.323，SIP)注冊。這樣，當(dāng)從IP域向PSTN域發(fā)起呼叫時，LS就可以通過軟交換設(shè)備發(fā)現(xiàn)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(yīng)的協(xié)議網(wǎng)關(guān)或是網(wǎng)守，然后再通過LS轉(zhuǎn)發(fā)到其他域的LS。以上敘述的主要是基于軟交換設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的SIP網(wǎng)絡(luò)和H.323網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)關(guān)路由，還可以進行相應(yīng)的路由統(tǒng)計，為以后網(wǎng)關(guān)位置的優(yōu)化做預(yù)備。

　　TRIP協(xié)議，其解決的主要問題就是IP電話的網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)的IP地址，也可以簡單地稱為“電話號碼到IP地址轉(zhuǎn)換問題”。通常，我們碰到電話號碼與IP地址轉(zhuǎn)換的情況很多，只有“給定一個電路交換網(wǎng)絡(luò)的用戶電話號碼，判定能夠完成對其進行呼叫的網(wǎng)關(guān)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(shè)備和另一個應(yīng)答設(shè)備之間的信令信息在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸時必須進行IP網(wǎng)關(guān)路由的層層選擇，因此TRIP協(xié)議解決的是電話號碼與IP地址轉(zhuǎn)換的問題，但是并不是所有IP與地址轉(zhuǎn)換的問題它都能解決。

　　目前明確的TRIP應(yīng)用主要有：

　　*根據(jù)不同策略交換呼叫路由信息；

　　*在網(wǎng)絡(luò)簡單的時候，僅承擔(dān)動態(tài)路由同步功能。

五、結(jié)束語

　　網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展并非一蹴而就，不同的運營商可以根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)情況選擇不同的路由方案，并逐漸演進。比方說，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期，采用簡單的軟交換全互聯(lián)平面式結(jié)構(gòu)。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(guī)模的路由服務(wù)。在未來的路由服務(wù)中，ENUM技術(shù)和TRIP技術(shù)都能很好地完成全域電話路由的功能，都有可能成為今后軟交換應(yīng)用中不可或缺的重要部分。

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