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電話(huà)系統的下一個(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(huà)系統有史以來(lái)面臨的最大挑戰。

　　電話(huà)系統現狀

　　世界上大約共有10億條固定電話(huà)線(xiàn)和20億部移動(dòng)電話(huà)。大多數電話(huà)呼叫仍然通過(guò)基于專(zhuān)有軟硬件的傳統系統來(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，英國電信集團公司的首席技術(shù)官在倫敦聲稱(chēng)，在今后的三到五年間，英國電信要“關(guān)掉公共交換電話(huà)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(huà)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)的設備數量就會(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)嚴重影響。

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

　　傳統電話(huà)網(wǎng)絡(luò )和互聯(lián)網(wǎng)處理信號傳送的方式大不相同。語(yǔ)音用戶(hù)使用傳統的電話(huà)號碼，而互聯(lián)網(wǎng)則基于域名以及采用數字形式的互聯(lián)網(wǎng)地址（如81.200.68.193）。即使電話(huà)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(huà)號碼。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)希望只要點(diǎn)擊瀏覽器鏈接就可以撥打電話(huà)。他們還希望能像打電話(huà)那樣進(jìn)行通話(huà)和互聯(lián)網(wǎng)聊天會(huì )話(huà)，并且可以在便攜式電腦和PDA上使用視頻會(huì )話(huà)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)不同的龐大系統歸結為合并各自的數據庫，也就是說(shuō)可搜索的數據記錄集合。幾年前，互聯(lián)網(wǎng)標準機構批準了一種新的數據記錄: 電子號碼（ENUM），它能夠兼顧電話(huà)和互聯(lián)網(wǎng)的原有信息。電子號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，電子號碼還能提供一種簡(jiǎn)單的方法把電話(huà)號碼轉變成互聯(lián)網(wǎng)地址。

　　電子號碼提供了以一種根本的方式重訪(fǎng)互聯(lián)網(wǎng)設計的機會(huì )，從而為我們識別網(wǎng)絡(luò )設備及使用這些設備的人員提供了基于標準的開(kāi)放方案。

　　原理介紹

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

　　傳統電話(huà)系統被人戲稱(chēng)為POTS（即普通電話(huà)服務(wù)），它是有著(zhù)100多年發(fā)展歷史的產(chǎn)物。在過(guò)去的幾年間，國際、商業(yè)和國家標準方面的共同工作促成了七號信令系統（SS7），它用電子交換節點(diǎn)取代了機電開(kāi)關(guān)。

　　今天，我們期望電話(huà)系統的功能絕不僅僅限于電話(huà)呼叫。它還必須提供: 免費電話(huà)號碼; 可以在緊急情況下確定撥叫方位置的服務(wù)（如美國和加拿大的911服務(wù)和英國的999服務(wù)）; 來(lái)電顯示服務(wù); 受話(huà)人付費電話(huà)的自動(dòng)付費; 阻止電話(huà)營(yíng)銷(xiāo)人員的謝絕來(lái)電電話(huà)目錄; 外出時(shí)可隨身攜帶號碼的功能等等。要支持這些服務(wù)，系統就需要數據庫節點(diǎn)來(lái)管理誰(shuí)在使用電話(huà)、向誰(shuí)收取電話(huà)費等方面的信息。這些數據庫由電話(huà)運營(yíng)商擁有，或者由專(zhuān)業(yè)公司替運營(yíng)商維護。

　　其中一個(gè)基本概念就是完全符合標準的電話(huà)號碼，譬如+1 650 381 6115或者+41 22 730 5111。這是由國際定電信聯(lián)盟（ITU）的一項標準E.164所定義的。所有的 ITU-T E.164號碼長(cháng)度都不超過(guò)15位數字，開(kāi)頭是國家代碼，再由各國相應機構根據本國的具體政策進(jìn)行進(jìn)一步分配。“+”表示完整的電話(huà)號碼。

　　另一方面，互聯(lián)網(wǎng)使用好幾種標識符。最基本的也許就是域名了，提供支持的是域名系統（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(xún)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——數字代碼表示雅虎網(wǎng)絡(luò )中的一臺臺物理機器。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)的相應代碼（名為MX記錄，即郵件交換記錄）。

　　我們比較詳細地分析一下后面這種情況。如果你的查詢(xún)是很常見(jiàn)的查詢(xún)，那么貴公司的本地網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器可能緩存有該查詢(xún)的答復結果，這樣就用不著(zhù)轉發(fā)到外面進(jìn)行查詢(xún)。另一方面，如果查詢(xún)結果沒(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(xún)轉發(fā)到的域名服務(wù)器，提示服務(wù)器給予答復。用文本表示的這個(gè)答復格式如下:

　　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

　　這三條紀錄識別三個(gè)不同的郵件服務(wù)器; 系統維護兩套服務(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?zhuān)瑥挠蛎暮缶Y: .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(xún)遍布全球的13臺根服務(wù)器當中的一臺，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(xún)重定向至yahoo.com 域名服務(wù)器，最后返回maps.yahoo.com數字形式的正確地址。

　　互聯(lián)網(wǎng)使用域名來(lái)創(chuàng )建容易記住的統一資源定位符（URL）和統一資源標識符（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(huà)初始化協(xié)議（SIP）可以設置其功能與電話(huà)呼叫一樣的音頻流。

　　電子號碼的作用

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

　　譬如說(shuō)，全球惟一的電話(huà)號碼: +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。

　　電子號碼標準明確規定使用這種資源記錄: 名稱(chēng)權威指針資源紀錄（NAPTR），這種記錄可以對比32位值多得多的信息進(jìn)行編碼。它借助算法規則來(lái)做到這一點(diǎn)，返回給請求者后，算法規則可以用來(lái)計算定制的答復。

　　電子號碼是一種國際標準帶代碼。下面以英國的電話(huà)號碼+44 1632960083為例，數據來(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。所以這些數據庫語(yǔ)句可以告訴任何查詢(xún)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)傳統電話(huà)，聯(lián)系上擁有上述電話(huà)號碼的客戶(hù)。

　　與一個(gè)號碼有關(guān)的多條NAPTR 紀錄可以為使用眾多設備（包括移動(dòng)電話(huà)、PDA、傳真機和語(yǔ)音消息傳送系統）以及使用單一設備聯(lián)系用戶(hù)提供復雜的優(yōu)先級。譬如說(shuō)，單單移動(dòng)電話(huà)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，而每種通信方式對于電話(huà)何時(shí)打開(kāi)或者關(guān)閉都有不同規則。有人可能甚至希望同時(shí)傳送采用幾種格式的多份消息。

　　當然，電子號碼紀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(huà)，隨著(zhù)語(yǔ)音電話(huà)向互聯(lián)網(wǎng)遷移，這種濫用現象勢必會(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(zhuān)有信息，譬如某家公司的客戶(hù)或者廠(chǎng)商的聯(lián)系號碼。

　　由于這些原因，通信提供商可能會(huì )決定把NAPTR資源紀錄放在e164.arpa域以外的安全域，這樣一來(lái)，只有擁有權限的設備才能訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)有的電子號碼。如果運營(yíng)商希望能彼此之間交換電子號碼數據，還可以為它們在這兩個(gè)域之間提供一定的訪(fǎng)問(wèn)功能，從而利用成本最低的方法通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)轉發(fā)電話(huà)呼叫。我們把這種電子號碼稱(chēng)為對等基礎設施電子號碼（Peered Infrastructure ENUM）。

　　DNS的軟肋

　　那么，互聯(lián)網(wǎng)能夠處理這一負荷嗎？答案是肯定的。首先，“管道”（即互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)當中的光纜）本身足夠寬; 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系統大得多的存儲量。與如今存儲IP地址的4個(gè)字節相比，NAPTR 紀錄會(huì )更龐大，通常需要幾十個(gè)字節。另外，有些服務(wù)器需要跟蹤數億個(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數據庫現在也只有4000萬(wàn)個(gè)域名。

　　其次，答復DNS查詢(xún)需要時(shí)間，而迄今為止，這種所謂的延遲被人忽視，這是因為它對電子郵件來(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(cháng)達幾十秒鐘的延遲并不罕見(jiàn)。然而，電話(huà)撥叫方卻希望延遲在半秒鐘以?xún)取?

　　尤其是在公開(kāi)的電子號碼試驗項目中，用戶(hù)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(huà)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雜、冗長(cháng)的內容。它們根本無(wú)法滿(mǎn)足這些要求。此外，DNS服務(wù)器需要在進(jìn)行更新的同時(shí)，不斷答復查詢(xún)。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(xiàn)狀態(tài)，至少暫時(shí)處于離線(xiàn)狀態(tài)。人們不會(huì )容忍電話(huà)服務(wù)出現這種停用。簡(jiǎn)而言之，如今的DNS服務(wù)器無(wú)法解決電子號碼會(huì )帶來(lái)的難題。

　　碰到的問(wèn)題

　　為了評估電子號碼的作用，需要研究電話(huà)公司通常使用的多個(gè)DNS服務(wù)器實(shí)現版本: 來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)系統協(xié)會(huì )的BIND版本9.3.0、Daniel J. Bernstein 的DJBDNS、PowerDNS 的PowerDNS以及Nominum的權威域名服務(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碼。在對其他DNS服務(wù)器進(jìn)行最初測試時(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的主內存，這是它們所能使用的最大內存的一半。只有ANS能夠裝載這么龐大的數據，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)軟件程序的測試結果。這種規模下，最流行的DNS 軟件——BIND每秒只能答復143次查詢(xún)。DJBDNS每秒可答復6992次查詢(xún); ANS每秒可以答復45135次查詢(xún)。雖然沒(méi)有衡量成功的絕對標準，但顯而易見(jiàn)，如果我們想看到VoIP方面有同樣的結果，就需要不斷降低DNS操作的成本。

　　為什么BIND表現如此之差呢？原因主要在于，雖然它在處理有三個(gè)標號（label）的域名如www.ieee.org方面表現不俗，但在處理電子號碼域名時(shí)卻束手無(wú)策。由于域名中的每個(gè)數字都用點(diǎn)號分隔開(kāi)來(lái)，電子號碼域名至少有幾十個(gè)標號。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。

　　測試表明，電子號碼部署需要作一些必要的改進(jìn): 如果每個(gè)號碼的電子號碼數據增加到10條或者20條NAPTR記錄，而不是測試當中的每個(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(xún)增加大筆開(kāi)銷(xiāo)，部署的電子號碼可能無(wú)法勝任。使用現有的DNS服務(wù)器，電子號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)題在于重新設計協(xié)議在網(wǎng)絡(luò )中的實(shí)現方式。如果繼續使用內存中的數據庫、采用內存方面有限制的32位處理器，有2億條記錄的服務(wù)提供商需要安裝數量多達20倍的服務(wù)器。就算使用64位機器，也面臨其他難題，譬如更新速度和查詢(xún)速度的合理平衡。

　　如果不正視這些問(wèn)題，互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)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(hù)都希望能夠撥打電話(huà)號碼，不用操心受話(huà)方擁有哪種服務(wù)。需要用經(jīng)受了電子號碼大容量、不斷變化的負荷考驗的軟件來(lái)對域名系統進(jìn)行升級。只有增強了這些DNS功能，我們才能滿(mǎn)足電子號碼及其他新的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的要求。

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