電話系統(tǒng)的下一個行動
沈建苗 編譯
2006/04/18
從電路交換網(wǎng)絡遷移到互聯(lián)網(wǎng)將成為電話系統(tǒng)有史以來面臨的最大挑戰(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20億部移動電話。 大多數(shù)電話呼叫仍然通過基于專有軟硬件的傳統(tǒng)系統(tǒng)來傳送。不過，它們很快將遷移到基于開放協(xié)議的網(wǎng)絡——這種協(xié)議名為基于IP的語音（VoIP）。
去年冬季，英國電信集團公司的首席技術官在倫敦聲稱，在今后的三到五年間，英國電信要“關掉公共交換電話網(wǎng)絡”。
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)絡的互聯(lián)網(wǎng)的設備數(shù)量就會翻一番，或者增加至三倍，這會給互聯(lián)網(wǎng)的某些部分帶來嚴重影響。
互聯(lián)網(wǎng)和電話系統(tǒng)相互融合必須解決信號傳送問題: 跟蹤記錄所有潛在的通信方、設備及服務，并且為每個聯(lián)系人選擇合理的組合�，F(xiàn)在有兩個技術問題。首先，我們必須通過VoIP把電話系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)合并起來，這股趨勢已經(jīng)出現(xiàn)在許多公司。然后，我們必須加強網(wǎng)絡中負責處理跨全世界和互聯(lián)網(wǎng)傳送信號這項任務的那部分，以便它能夠承受隨之而來的負荷。
傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)處理信號傳送的方式大不相同。語音用戶使用傳統(tǒng)的電話號碼，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，語音撥叫方也會希望可以保留電話號碼。同時，互聯(lián)網(wǎng)用戶希望只要點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行通話和互聯(lián)網(wǎng)聊天會話，并且可以在便攜式電腦和PDA上使用視頻會話軟件。如此一來，VoIP就要同時支持電子郵件和互聯(lián)網(wǎng)地址。
從許多方面來看，合并這兩個不同的龐大系統(tǒng)歸結為合并各自的數(shù)據(jù)庫，也就是說可搜索的數(shù)據(jù)記錄集合。幾年前，互聯(lián)網(wǎng)標準機構批準了一種新的數(shù)據(jù)記錄: 電子號碼（ENUM），它能夠兼顧電話和互聯(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)絡的橋梁。除了其他優(yōu)點外，電子號碼還能提供一種簡單的方法把電話號碼轉變成互聯(lián)網(wǎng)地址。
電子號碼提供了以一種根本的方式重訪互聯(lián)網(wǎng)設計的機會，從而為我們識別網(wǎng)絡設備及使用這些設備的人員提供了基于標準的開放方案。
原理介紹
不過，為了明白電子號碼如何把這兩個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)是如何處理信號傳送的。
傳統(tǒng)電話系統(tǒng)被人戲稱為POTS（即普通電話服務），它是有著100多年發(fā)展歷史的產(chǎn)物。在過去的幾年間，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(tǒng)（SS7），它用電子交換節(jié)點取代了機電開關。
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: 免費電話號碼; 可以在緊急情況下確定撥叫方位置的服務（如美國和加拿大的911服務和英國的999服務）; 來電顯示服務; 受話人付費電話的自動付費; 阻止電話營銷人員的謝絕來電電話目錄; 外出時可隨身攜帶號碼的功能等等。要支持這些服務，系統(tǒng)就需要數(shù)據(jù)庫節(jié)點來管理誰在使用電話、向誰收取電話費等方面的信息。這些數(shù)據(jù)庫由電話運營商擁有，或者由專業(yè)公司替運營商維護。
其中一個基本概念就是完全符合標準的電話號碼，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號碼長度都不超過15位數(shù)字，開頭是國家代碼，再由各國相應機構根據(jù)本國的具體政策進行進一步分配。“+”表示完整的電話號碼。
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(tǒng)（DNS）的一種高度分布的網(wǎng)絡。譬如說，如果你把瀏覽器指向域名: maps.yahoo.com，你的電腦就會查詢你的本地DNS服務器，查找與該域名相關的所有IP地址記錄——數(shù)字代碼表示雅虎網(wǎng)絡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，郵件服務器就會索要與發(fā)往域名x.com的郵件相關的相應代碼（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。如果你的查詢是很常見的查詢，那么貴公司的本地網(wǎng)絡服務器可能緩存有該查詢的答復結果，這樣就用不著轉發(fā)到外面進行查詢。另一方面，如果查詢結果沒有緩存起來，你的服務器就要通過互聯(lián)網(wǎng)把查詢轉發(fā)到的域名服務器，提示服務器給予答復。用文本表示的這個答復格式如下:
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不同的郵件服務器; 系統(tǒng)維護兩套服務器來提供冗余性，以防主要郵件服務器有可能出故障。每條MX記錄含有郵件服務器的域名和優(yōu)先值，優(yōu)先值則明確了使用服務器的次序，從優(yōu)先值最低的（這里是5）開始。
域名服務器是如何找到x的域名呢? 互聯(lián)網(wǎng)域名從右到左來解釋，從域名的后綴: .com、.org、.arpa、.uk等開始解釋。如果本地服務器在尋找有關maps.yahoo.com的信息，要是沒有緩存信息，就會查詢遍布全球的13臺根服務器當中的一臺，查找擁有關于.com地址信息的域名服務器的身份和地址。然后，服務器會把查詢重定向至yahoo.com 域名服務器，最后返回maps.yahoo.com數(shù)字形式的正確地址。
互聯(lián)網(wǎng)使用域名來創(chuàng)建容易記住的統(tǒng)一資源定位符（URL）和統(tǒng)一資源標識符（URI），譬如http://www.x.com和ftp://x.com。第一個是網(wǎng)頁所用的常見的超文本傳輸協(xié)議; 第二種是眾所周知的文件傳輸協(xié)議。會話初始化協(xié)議（SIP）可以設置其功能與電話呼叫一樣的音頻流。
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，拿來電話號碼，在數(shù)字之間插入點號，把隨后得到的數(shù)字串進行翻轉，以便符合域名的全球特有（即從右到左）的格式。隨之得到的號碼進入DNS里面的單一全球電話號碼目錄，在e164.arpa下面。.arpa頂級域被限制于數(shù)據(jù)庫查詢。
譬如說，全球惟一的電話號碼: +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(guī)定使用這種資源記錄: 名稱權威指針資源紀錄（NAPTR），這種記錄可以對比32位值多得多的信息進行編碼。它借助算法規(guī)則來做到這一點，返回給請求者后，算法規(guī)則可以用來計算定制的答復。
電子號碼是一種國際標準帶代碼。下面以英國的電話號碼+44 1632960083為例，數(shù)據(jù)來自域名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)工程任務組的信令協(xié)議: SIP。所以這些數(shù)據(jù)庫語句可以告訴任何查詢網(wǎng)絡: 可以通過SIP、通過發(fā)送電子郵件到info@example.com，或者通過傳統(tǒng)電話，聯(lián)系上擁有上述電話號碼的客戶。
與一個號碼有關的多條NAPTR 紀錄可以為使用眾多設備（包括移動電話、PDA、傳真機和語音消息傳送系統(tǒng)）以及使用單一設備聯(lián)系用戶提供復雜的優(yōu)先級。譬如說，單單移動電話可用于語音、語音郵件、即時消息傳送、文本消息傳送和電子郵件，而每種通信方式對于電話何時打開或者關閉都有不同規(guī)則。有人可能甚至希望同時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、即時消息形式的垃圾郵件甚至烏七八糟的垃圾電話，隨著語音電話向互聯(lián)網(wǎng)遷移，這種濫用現(xiàn)象勢必會司空見慣。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)系號碼。
由于這些原因，通信提供商可能會決定把NAPTR資源紀錄放在e164.arpa域以外的安全域，這樣一來，只有擁有權限的設備才能訪問專有的電子號碼。如果運營商希望能彼此之間交換電子號碼數(shù)據(jù)，還可以為它們在這兩個域之間提供一定的訪問功能，從而利用成本最低的方法通過互聯(lián)網(wǎng)轉發(fā)電話呼叫。我們把這種電子號碼稱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也總是在層出不窮。不過有一個地方值得注意。
系統(tǒng)的另一個部分: 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)大得多的存儲量。與如今存儲IP地址的4個字節(jié)相比，NAPTR 紀錄會更龐大，通常需要幾十個字節(jié)。另外，有些服務器需要跟蹤數(shù)億個域名，而如今跟蹤的條目一般只有幾千個。就連最龐大的.com數(shù)據(jù)庫現(xiàn)在也只有4000萬個域名。
其次，答復DNS查詢需要時間，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說關系不大，網(wǎng)頁顯示過程中一般也可以忍受。長達幾十秒鐘的延遲并不罕見。然而，電話撥叫方卻希望延遲在半秒鐘以內(nèi)。
尤其是在公開的電子號碼試驗項目中，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行。譬如說，電話進入Wi-Fi接入點的覆蓋范圍后，通常會自動進行這種更改。如今的DNS服務器有許多需要更新復雜、冗長的內(nèi)容。它們根本無法滿足這些要求。此外，DNS服務器需要在進行更新的同時，不斷答復查詢。的確，配置和提供往往需要互聯(lián)網(wǎng)服務提供商讓DNS服務器處于離線狀態(tài)，至少暫時處于離線狀態(tài)。人們不會容忍電話服務出現(xiàn)這種停用。簡而言之，如今的DNS服務器無法解決電子號碼會帶來的難題。
碰到的問題
為了評估電子號碼的作用，需要研究電話公司通常使用的多個DNS服務器實現(xiàn)版本: 來自互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)會的BIND版本9.3.0、Daniel J. Bernstein 的DJBDNS、PowerDNS 的PowerDNS以及Nominum的權威域名服務器（ANS）。
其中的兩個——PowerDNS 和DJBDNS不支持DNS的最新安全協(xié)議，也不能動態(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服務器進行最初測試時，試圖把2億條NAPTR記錄加載到32位服務器上，每個服務器配備了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5000萬條記錄，然后減少到1000萬條，以獲得多個軟件程序的測試結果。這種規(guī)模下，最流行的DNS 軟件——BIND每秒只能答復143次查詢。DJBDNS每秒可答復6992次查詢; ANS每秒可以答復45135次查詢。雖然沒有衡量成功的絕對標準，但顯而易見，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(xiàn)如此之差呢？原因主要在于，雖然它在處理有三個標號（label）的域名如www.ieee.org方面表現(xiàn)不俗，但在處理電子號碼域名時卻束手無策。由于域名中的每個數(shù)字都用點號分隔開來，電子號碼域名至少有幾十個標號。同樣，說到動態(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: 如果每個號碼的電子號碼數(shù)據(jù)增加到10條或者20條NAPTR記錄，而不是測試當中的每個域名一條NAPTR記錄;或者如果使用新的安全協(xié)議——DNSSEC，給查詢增加大筆開銷，部署的電子號碼可能無法勝任。使用現(xiàn)有的DNS服務器，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)議不是問題，問題在于重新設計協(xié)議在網(wǎng)絡中的實現(xiàn)方式。如果繼續(xù)使用內(nèi)存中的數(shù)據(jù)庫、采用內(nèi)存方面有限制的32位處理器，有2億條記錄的服務提供商需要安裝數(shù)量多達20倍的服務器。就算使用64位機器，也面臨其他難題，譬如更新速度和查詢速度的合理平衡。
如果不正視這些問題，互聯(lián)網(wǎng)用戶可能會面臨成本更高、服務質量降低、呼叫連接延遲、呼叫丟失。用戶都希望能夠撥打電話號碼，不用操心受話方擁有哪種服務。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對域名系統(tǒng)進行升級。只有增強了這些DNS功能，我們才能滿足電子號碼及其他新的網(wǎng)絡技術的要求。
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