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電話系統(tǒng)的下一個(gè)行動(dòng)

沈建苗 編譯 2006/04/18

　　從電路交換網(wǎng)絡(luò)遷移到互聯(lián)網(wǎng)將成為電話系統(tǒng)有史以來(lái)面臨的最大挑戰(zhàn)。

　　電話系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　世界上大約共有10億條固定電話線和20億部移動(dòng)電話。 大多數(shù)電話呼叫仍然通過(guò)基于專有軟硬件的傳統(tǒng)系統(tǒng)來(lái)傳送。不過(guò)，它們很快將遷移到基于開(kāi)放協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)——這種協(xié)議名為基于IP的語(yǔ)音（VoIP）。

　　去年冬季，英國(guó)電信集團(tuán)公司的首席技術(shù)官在倫敦聲稱，在今后的三到五年間，英國(guó)電信要“關(guān)掉公共交換電話網(wǎng)絡(luò)”。

　　如果這一幕一夜之間在全世界上演，所有這些電話改而連接到互聯(lián)網(wǎng)上，那么接入連接眾多網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)量就會(huì)翻一番，或者增加至三倍，這會(huì)給互聯(lián)網(wǎng)的某些部分帶來(lái)嚴(yán)重影響。

　　互聯(lián)網(wǎng)和電話系統(tǒng)相互融合必須解決信號(hào)傳送問(wèn)題: 跟蹤記錄所有潛在的通信方、設(shè)備及服務(wù)，并且為每個(gè)聯(lián)系人選擇合理的組合�，F(xiàn)在有兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題。首先，我們必須通過(guò)VoIP把電話系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)合并起來(lái)，這股趨勢(shì)已經(jīng)出現(xiàn)在許多公司。然后，我們必須加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)處理跨全世界和互聯(lián)網(wǎng)傳送信號(hào)這項(xiàng)任務(wù)的那部分，以便它能夠承受隨之而來(lái)的負(fù)荷。

　　傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)處理信號(hào)傳送的方式大不相同。語(yǔ)音用戶使用傳統(tǒng)的電話號(hào)碼，而互聯(lián)網(wǎng)則基于域名以及采用數(shù)字形式的互聯(lián)網(wǎng)地址（如81.200.68.193）。即使電話呼叫改為在互聯(lián)網(wǎng)上傳送，語(yǔ)音撥叫方也會(huì)希望可以保留電話號(hào)碼。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)用戶希望只要點(diǎn)擊瀏覽器鏈接就可以撥打電話。他們還希望能像打電話那樣進(jìn)行通話和互聯(lián)網(wǎng)聊天會(huì)話，并且可以在便攜式電腦和PDA上使用視頻會(huì)話軟件。如此一來(lái)，VoIP就要同時(shí)支持電子郵件和互聯(lián)網(wǎng)地址。

　　從許多方面來(lái)看，合并這兩個(gè)不同的龐大系統(tǒng)歸結(jié)為合并各自的數(shù)據(jù)庫(kù)，也就是說(shuō)可搜索的數(shù)據(jù)記錄集合。幾年前，互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)了一種新的數(shù)據(jù)記錄: 電子號(hào)碼（ENUM），它能夠兼顧電話和互聯(lián)網(wǎng)的原有信息。電子號(hào)碼將成為架起兩種全球性通信網(wǎng)絡(luò)的橋梁。除了其他優(yōu)點(diǎn)外，電子號(hào)碼還能提供一種簡(jiǎn)單的方法把電話號(hào)碼轉(zhuǎn)變成互聯(lián)網(wǎng)地址。

　　電子號(hào)碼提供了以一種根本的方式重訪互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，從而為我們識(shí)別網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及使用這些設(shè)備的人員提供了基于標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放方案。

　　原理介紹

　　不過(guò)，為了明白電子號(hào)碼如何把這兩個(gè)截然不同的世界合為一體，我們需要了解如今的傳統(tǒng)電話和互聯(lián)網(wǎng)是如何處理信號(hào)傳送的。

　　傳統(tǒng)電話系統(tǒng)被人戲稱為POTS（即普通電話服務(wù)），它是有著100多年發(fā)展歷史的產(chǎn)物。在過(guò)去的幾年間，國(guó)際、商業(yè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方面的共同工作促成了七號(hào)信令系統(tǒng)（SS7），它用電子交換節(jié)點(diǎn)取代了機(jī)電開(kāi)關(guān)。

　　今天，我們期望電話系統(tǒng)的功能絕不僅僅限于電話呼叫。它還必須提供: 免費(fèi)電話號(hào)碼; 可以在緊急情況下確定撥叫方位置的服務(wù)（如美國(guó)和加拿大的911服務(wù)和英國(guó)的999服務(wù)）; 來(lái)電顯示服務(wù); 受話人付費(fèi)電話的自動(dòng)付費(fèi); 阻止電話營(yíng)銷人員的謝絕來(lái)電電話目錄; 外出時(shí)可隨身攜帶號(hào)碼的功能等等。要支持這些服務(wù)，系統(tǒng)就需要數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)來(lái)管理誰(shuí)在使用電話、向誰(shuí)收取電話費(fèi)等方面的信息。這些數(shù)據(jù)庫(kù)由電話運(yùn)營(yíng)商擁有，或者由專業(yè)公司替運(yùn)營(yíng)商維護(hù)。

　　其中一個(gè)基本概念就是完全符合標(biāo)準(zhǔn)的電話號(hào)碼，譬如+1 650 381 6115或者+41 22 730 5111。這是由國(guó)際定電信聯(lián)盟（ITU）的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)E.164所定義的。所有的 ITU-T E.164號(hào)碼長(zhǎng)度都不超過(guò)15位數(shù)字，開(kāi)頭是國(guó)家代碼，再由各國(guó)相應(yīng)機(jī)構(gòu)根據(jù)本國(guó)的具體政策進(jìn)行進(jìn)一步分配。“+”表示完整的電話號(hào)碼。

　　另一方面，互聯(lián)網(wǎng)使用好幾種標(biāo)識(shí)符。最基本的也許就是域名了，提供支持的是域名系統(tǒng)（DNS）的一種高度分布的網(wǎng)絡(luò)。譬如說(shuō)，如果你把瀏覽器指向域名: maps.yahoo.com，你的電腦就會(huì)查詢你的本地DNS服務(wù)器，查找與該域名相關(guān)的所有IP地址記錄——數(shù)字代碼表示雅虎網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)臺(tái)物理機(jī)器。另外如果你發(fā)電子郵件到本人的信箱，比如 x@x.com，郵件服務(wù)器就會(huì)索要與發(fā)往域名x.com的郵件相關(guān)的相應(yīng)代碼（名為MX記錄，即郵件交換記錄）。

　　我們比較詳細(xì)地分析一下后面這種情況。如果你的查詢是很常見(jiàn)的查詢，那么貴公司的本地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可能緩存有該查詢的答復(fù)結(jié)果，這樣就用不著轉(zhuǎn)發(fā)到外面進(jìn)行查詢。另一方面，如果查詢結(jié)果沒(méi)有緩存起來(lái)，你的服務(wù)器就要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把查詢轉(zhuǎn)發(fā)到的域名服務(wù)器，提示服務(wù)器給予答復(fù)。用文本表示的這個(gè)答復(fù)格式如下:

　　x.com. 3600 IN MX 500 mx1 －above.x.net

　　x.com. 3600 IN MX 5 mx2.x.com

　　x.com. 3600 IN MX 10 mx1.x.com

　　這三條紀(jì)錄識(shí)別三個(gè)不同的郵件服務(wù)器; 系統(tǒng)維護(hù)兩套服務(wù)器來(lái)提供冗余性，以防主要郵件服務(wù)器有可能出故障。每條MX記錄含有郵件服務(wù)器的域名和優(yōu)先值，優(yōu)先值則明確了使用服務(wù)器的次序，從優(yōu)先值最低的（這里是5）開(kāi)始。

　　域名服務(wù)器是如何找到x的域名呢? 互聯(lián)網(wǎng)域名從右到左來(lái)解釋，從域名的后綴: .com、.org、.arpa、.uk等開(kāi)始解釋。如果本地服務(wù)器在尋找有關(guān)maps.yahoo.com的信息，要是沒(méi)有緩存信息，就會(huì)查詢遍布全球的13臺(tái)根服務(wù)器當(dāng)中的一臺(tái)，查找擁有關(guān)于.com地址信息的域名服務(wù)器的身份和地址。然后，服務(wù)器會(huì)把查詢重定向至yahoo.com 域名服務(wù)器，最后返回maps.yahoo.com數(shù)字形式的正確地址。

　　互聯(lián)網(wǎng)使用域名來(lái)創(chuàng)建容易記住的統(tǒng)一資源定位符（URL）和統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（URI），譬如http://www.x.com和ftp://x.com。第一個(gè)是網(wǎng)頁(yè)所用的常見(jiàn)的超文本傳輸協(xié)議; 第二種是眾所周知的文件傳輸協(xié)議。會(huì)話初始化協(xié)議（SIP）可以設(shè)置其功能與電話呼叫一樣的音頻流。

　　電子號(hào)碼的作用

　　那么，電子號(hào)碼有什么用武之地呢？它的基本工作原理就是，拿來(lái)電話號(hào)碼，在數(shù)字之間插入點(diǎn)號(hào)，把隨后得到的數(shù)字串進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，以便符合域名的全球特有（即從右到左）的格式。隨之得到的號(hào)碼進(jìn)入DNS里面的單一全球電話號(hào)碼目錄，在e164.arpa下面。.arpa頂級(jí)域被限制于數(shù)據(jù)庫(kù)查詢。

　　譬如說(shuō)，全球惟一的電話號(hào)碼: +1 650 381 6115成為全球惟一的域名: 5.1.1.6.1.8.3.0.5.6.1.e164.arpa。

　　電子號(hào)碼標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定使用這種資源記錄: 名稱權(quán)威指針資源紀(jì)錄（NAPTR），這種記錄可以對(duì)比32位值多得多的信息進(jìn)行編碼。它借助算法規(guī)則來(lái)做到這一點(diǎn)，返回給請(qǐng)求者后，算法規(guī)則可以用來(lái)計(jì)算定制的答復(fù)。

　　電子號(hào)碼是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)帶代碼。下面以英國(guó)的電話號(hào)碼+44 1632960083為例，數(shù)據(jù)來(lái)自域名3.8.0.0.6.9.2.3.6.1.4.4.e164.arpa:

　　NAPTR 10 101 "u" "E2.U+email:mailto ""!^.*$! mailto:info@example.com!" .

　　NAPTR 10 102 "u" "E2.U+sms:tel""!^.*$!tel:+441632960083!" .

　　NAPTR 10 100 "u" "E2.U+sip" "!^.*$!sip@example.com!" .

　　這里的關(guān)鍵變量在于mailto、tel和sip所占的空間。這些元素分別指電子郵件應(yīng)用軟件、POTS和互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組的信令協(xié)議: SIP。所以這些數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)句可以告訴任何查詢網(wǎng)絡(luò): 可以通過(guò)SIP、通過(guò)發(fā)送電子郵件到info@example.com，或者通過(guò)傳統(tǒng)電話，聯(lián)系上擁有上述電話號(hào)碼的客戶。

　　與一個(gè)號(hào)碼有關(guān)的多條NAPTR 紀(jì)錄可以為使用眾多設(shè)備（包括移動(dòng)電話、PDA、傳真機(jī)和語(yǔ)音消息傳送系統(tǒng)）以及使用單一設(shè)備聯(lián)系用戶提供復(fù)雜的優(yōu)先級(jí)。譬如說(shuō)，單單移動(dòng)電話可用于語(yǔ)音、語(yǔ)音郵件、即時(shí)消息傳送、文本消息傳送和電子郵件，而每種通信方式對(duì)于電話何時(shí)打開(kāi)或者關(guān)閉都有不同規(guī)則。有人可能甚至希望同時(shí)傳送采用幾種格式的多份消息。

　　當(dāng)然，電子號(hào)碼紀(jì)錄本身具有的靈活性恰恰也會(huì)讓它成為容易被人濫用的對(duì)象，如電子郵件形式的垃圾郵件、即時(shí)消息形式的垃圾郵件甚至烏七八糟的垃圾電話，隨著語(yǔ)音電話向互聯(lián)網(wǎng)遷移，這種濫用現(xiàn)象勢(shì)必會(huì)司空見(jiàn)慣。與這種侵入有很大不同的是這種威脅: 外面的人可能試圖獲得專有信息，譬如某家公司的客戶或者廠商的聯(lián)系號(hào)碼。

　　由于這些原因，通信提供商可能會(huì)決定把NAPTR資源紀(jì)錄放在e164.arpa域以外的安全域，這樣一來(lái)，只有擁有權(quán)限的設(shè)備才能訪問(wèn)專有的電子號(hào)碼。如果運(yùn)營(yíng)商希望能彼此之間交換電子號(hào)碼數(shù)據(jù)，還可以為它們?cè)谶@兩個(gè)域之間提供一定的訪問(wèn)功能，從而利用成本最低的方法通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)電話呼叫。我們把這種電子號(hào)碼稱為對(duì)等基礎(chǔ)設(shè)施電子號(hào)碼（Peered Infrastructure ENUM）。

　　DNS的軟肋

　　那么，互聯(lián)網(wǎng)能夠處理這一負(fù)荷嗎？答案是肯定的。首先，“管道”（即互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)當(dāng)中的光纜）本身足夠?qū)? 讓這些管道更寬的新技術(shù)也總是在層出不窮。不過(guò)有一個(gè)地方值得注意。

　　系統(tǒng)的另一個(gè)部分: DNS并不如許多人想象得那么健壯。首先，融合世界需要比如今的DNS系統(tǒng)大得多的存儲(chǔ)量。與如今存儲(chǔ)IP地址的4個(gè)字節(jié)相比，NAPTR 紀(jì)錄會(huì)更龐大，通常需要幾十個(gè)字節(jié)。另外，有些服務(wù)器需要跟蹤數(shù)億個(gè)域名，而如今跟蹤的條目一般只有幾千個(gè)。就連最龐大的.com數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)在也只有4000萬(wàn)個(gè)域名。

　　其次，答復(fù)DNS查詢需要時(shí)間，而迄今為止，這種所謂的延遲被人忽視，這是因?yàn)樗鼘?duì)電子郵件來(lái)說(shuō)關(guān)系不大，網(wǎng)頁(yè)顯示過(guò)程中一般也可以忍受。長(zhǎng)達(dá)幾十秒鐘的延遲并不罕見(jiàn)。然而，電話撥叫方卻希望延遲在半秒鐘以內(nèi)。

　　尤其是在公開(kāi)的電子號(hào)碼試驗(yàn)項(xiàng)目中，用戶希望瀏覽及更改自己的聯(lián)系信息，并希望這種更改能即刻進(jìn)行。譬如說(shuō)，電話進(jìn)入Wi-Fi接入點(diǎn)的覆蓋范圍后，通常會(huì)自動(dòng)進(jìn)行這種更改。如今的DNS服務(wù)器有許多需要更新復(fù)雜、冗長(zhǎng)的內(nèi)容。它們根本無(wú)法滿足這些要求。此外，DNS服務(wù)器需要在進(jìn)行更新的同時(shí)，不斷答復(fù)查詢。的確，配置和提供往往需要互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商讓DNS服務(wù)器處于離線狀態(tài)，至少暫時(shí)處于離線狀態(tài)。人們不會(huì)容忍電話服務(wù)出現(xiàn)這種停用。簡(jiǎn)而言之，如今的DNS服務(wù)器無(wú)法解決電子號(hào)碼會(huì)帶來(lái)的難題。

　　碰到的問(wèn)題

　　為了評(píng)估電子號(hào)碼的作用，需要研究電話公司通常使用的多個(gè)DNS服務(wù)器實(shí)現(xiàn)版本: 來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)會(huì)的BIND版本9.3.0、Daniel J. Bernstein 的DJBDNS、PowerDNS 的PowerDNS以及Nominum的權(quán)威域名服務(wù)器（ANS）。

　　其中的兩個(gè)——PowerDNS 和DJBDNS不支持DNS的最新安全協(xié)議，也不能動(dòng)態(tài)更新，因而不管在什么情況下，都不適合使用電子號(hào)碼。在對(duì)其他DNS服務(wù)器進(jìn)行最初測(cè)試時(shí)，試圖把2億條NAPTR記錄加載到32位服務(wù)器上，每個(gè)服務(wù)器配備了2GB的主內(nèi)存，這是它們所能使用的最大內(nèi)存的一半。只有ANS能夠裝載這么龐大的數(shù)據(jù)，于是減少到5000萬(wàn)條記錄，然后減少到1000萬(wàn)條，以獲得多個(gè)軟件程序的測(cè)試結(jié)果。這種規(guī)模下，最流行的DNS 軟件——BIND每秒只能答復(fù)143次查詢。DJBDNS每秒可答復(fù)6992次查詢; ANS每秒可以答復(fù)45135次查詢。雖然沒(méi)有衡量成功的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，但顯而易見(jiàn)，如果我們想看到VoIP方面有同樣的結(jié)果，就需要不斷降低DNS操作的成本。

　　為什么BIND表現(xiàn)如此之差呢？原因主要在于，雖然它在處理有三個(gè)標(biāo)號(hào)（label）的域名如www.ieee.org方面表現(xiàn)不俗，但在處理電子號(hào)碼域名時(shí)卻束手無(wú)策。由于域名中的每個(gè)數(shù)字都用點(diǎn)號(hào)分隔開(kāi)來(lái)，電子號(hào)碼域名至少有幾十個(gè)標(biāo)號(hào)。同樣，說(shuō)到動(dòng)態(tài)更新，BIND每秒只能更新69次，而ANS每秒可以更新467次。

　　測(cè)試表明，電子號(hào)碼部署需要作一些必要的改進(jìn): 如果每個(gè)號(hào)碼的電子號(hào)碼數(shù)據(jù)增加到10條或者20條NAPTR記錄，而不是測(cè)試當(dāng)中的每個(gè)域名一條NAPTR記錄;或者如果使用新的安全協(xié)議——DNSSEC，給查詢?cè)黾哟蠊P開(kāi)銷，部署的電子號(hào)碼可能無(wú)法勝任。使用現(xiàn)有的DNS服務(wù)器，電子號(hào)碼的配置及管理很麻煩。用另一種協(xié)議替換DNS協(xié)議不是問(wèn)題，問(wèn)題在于重新設(shè)計(jì)協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)方式。如果繼續(xù)使用內(nèi)存中的數(shù)據(jù)庫(kù)、采用內(nèi)存方面有限制的32位處理器，有2億條記錄的服務(wù)提供商需要安裝數(shù)量多達(dá)20倍的服務(wù)器。就算使用64位機(jī)器，也面臨其他難題，譬如更新速度和查詢速度的合理平衡。

　　如果不正視這些問(wèn)題，互聯(lián)網(wǎng)用戶可能會(huì)面臨成本更高、服務(wù)質(zhì)量降低、呼叫連接延遲、呼叫丟失。用戶都希望能夠撥打電話號(hào)碼，不用操心受話方擁有哪種服務(wù)。需要用經(jīng)受了電子號(hào)碼大容量、不斷變化的負(fù)荷考驗(yàn)的軟件來(lái)對(duì)域名系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。只有增強(qiáng)了這些DNS功能，我們才能滿足電子號(hào)碼及其他新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求。


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