電話系統(tǒng)的下一個行動

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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(luò)——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(shù)官在倫敦聲稱，在今后的三到五年間，英國電信要“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(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傳送問題: 跟蹤記錄所有潛在的通信方、設(shè)備及服務(wù)，并且為每個聯(lián)系人選擇合理的組合?，F(xiàn)在有兩個技術(shù)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(luò)中負(fù)責(zé)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的負(fù)荷。

傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(jié)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(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)批準(zhǔn)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(luò)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(zhuǎn)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(shè)計的機會，從而為我們識別網(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(wù)），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(biāo)準(zhǔn)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(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: 免費電話號碼; 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)）; 來電顯示服務(wù); 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(wù)，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(hù)。

其中一個基本概念就是完全符合標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)機構(gòu)根據(jù)本國的具體政策進(jìn)行進(jìn)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(biāo)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(luò)。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(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)果沒有緩存起來，你的服務(wù)器就要通過互聯(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)錄識別三個不同的郵件服務(wù)器; 系統(tǒng)維護(hù)兩套服務(wù)器來提供冗余性，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)域名從右到左來解釋，從域名的后綴: .com、.org、.arpa、.uk等開始解釋。如果本地服務(wù)器在尋找有關(guān)maps.yahoo.com的信息，要是沒有緩存信息，就會查詢遍布全球的13臺根服務(wù)器當(dāng)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(shè)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(jìn)行翻轉(zhuǎn)，以便符合域名的全球特有（即從右到左）的格式。隨之得到的號碼進(jìn)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(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），這種記錄可以對比32位值多得多的信息進(jìn)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(fù)。

電子號碼是一種國際標(biāo)準(zhǔn)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(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)庫語句可以告訴任何查詢網(wǎng)絡(luò): 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(guān)的多條NAPTR 紀(jì)錄可以為使用眾多設(shè)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(shè)備聯(lián)系用戶提供復(fù)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(guān)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(dāng)然，電子號碼紀(jì)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(jì)錄放在e164.arpa域以外的安全域，這樣一來，只有擁有權(quán)限的設(shè)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(zhuǎn)發(fā)電話呼叫。我們把這種電子號碼稱為對等基礎(chǔ)設(shè)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(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(jì)錄會更龐大，通常需要幾十個字節(jié)。另外，有些服務(wù)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(fù)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(guān)系不大，網(wǎng)頁顯示過程中一般也可以忍受。長達(dá)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(jìn)行。譬如說，電話進(jìn)入Wi-Fi接入點的覆蓋范圍后，通常會自動進(jìn)行這種更改。如今的DNS服務(wù)器有許多需要更新復(fù)雜、冗長的內(nèi)容。它們根本無法滿足這些要求。此外，DNS服務(wù)器需要在進(jìn)行更新的同時，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)，至少暫時處于離線狀態(tài)。人們不會容忍電話服務(wù)出現(xiàn)這種停用。簡而言之，如今的DNS服務(wù)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(wù)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(quán)威域名服務(wù)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(wù)器進(jìn)行最初測試時，試圖把2億條NAPTR記錄加載到32位服務(wù)器上，每個服務(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5000萬條記錄，然后減少到1000萬條，以獲得多個軟件程序的測試結(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。雖然沒有衡量成功的絕對標(biāo)準(zhǔn)，但顯而易見，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標(biāo)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(biāo)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(jìn): 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(dāng)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(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)議不是問題，問題在于重新設(shè)計協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)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(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(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)受了電子號碼大容量、不斷變化的負(fù)荷考驗的軟件來對域名系統(tǒng)進(jìn)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(luò)技術(shù)的要求。 (CCW)