电信领域IP网络的总体框架

１ 引言

    PＣ机的普及和Ｗｅｂ技术的出现使Ｉｎｔｅｒｎｅｔ迅猛发展，其应用范围已扩展到社会各领域和各个行业，ＴＣＰ／ＩＰ协议由默默无闻变为家喻户晓。基于ＩＰ协议的计算机网络已不再仅仅用于实时性要求不高的数据类信息的传送，而且已经用于实时性要求很高的话音和视频等信息的传送，传统电信网受到严峻挑战。由于对ＩＰ电话、视频点播、网上购物、高清晰度电视等业务需求不断扩大，以及ＤＷＤＭ光纤通信、千兆比高速路由器、ＡＴＭ交换机等技术的进步，使得以ＩＰ为特征的计算机网络和以电路交换为特征的传统电信网之间呈现业务相互渗透、网络相互融合的趋势。ＩＴＵ－Ｔ作为制定传统电信网标准的最高权威机构，面对来自需求与技术两方面的压力，也开始密切关注ＩＰ相关技术的发展，并迅速调整研究方向，把研究重点转移到与ＩＰ相关的标准制定上来。

ＩＴＵ－Ｔ第１３研究组（ＳＧ１３）作为网络总体研究组，１９９８年９月受ＩＴＵ标准顾问组织（ＴＳＡＧ）的委托，承担了ＩＴＵ－Ｔ ＩＰ相关标准主导研究组的任务，除了负责组织Ｉ-ＴＵ－Ｔ内部各研究组有关ＩＰ的研究，并负责协调与ＩＥＴＦ等其他有关Ｉｎｔｅｒｎｅｔ标准研究组织的关系外，还开展了有关ＩＰ网络总体方面的标准研究。经过近一年半的研究，ＳＧ１３从电信网的角度，提出了对未来电信领域ＩＰ网络体系结构的总体认识，形成新建议草案Ｙ．１００１（Ｙ．ＩＰＦ）－“ＩＰ总体框架－电信网与ＩＰ网技术融合的框架”，并经２０００年２月日本京都会议讨论定稿，将于２０００年１１月ＳＧ１３全会上正式通过并发布。中国积极参与了ＩＰ总体框架的研究工作，并对建议草案的形成作出了重要贡献。

     应当指出，该建议草案对未来ＩＰ网络的总体描述还是初步的。随着时间的推移和研究工作的不断深化，这些认识可能会发生较大的变化，但其基本看法对当前及今后ＩＰ网络的研究将具有重要的参考价值。限于篇幅，本文仅就该建议草案所描述的ＩＰ总体框架作一简要介绍。

２ 术语定义

     在研究ＩＰ网络总体框架时，Ｉ-ＴＵ－Ｔ定义了以下术语：

    ＩＰ业务、ＩＰ网络业务：一种数据传输业务。在该业务中，被传输的数据以ＩＰ包的形式（有时称为数据报）通过用户与提供者间的接口。ＩＰ网络业务包括使用ＩＰ传送能力提供的业务。

    ＩＰ网络：一种用ＩＰ作为第３层协议的网络。

    ＩＰ传送能力：ＩＰ层提供的网络能力集。它可以用业务契约以及由低层控制与管理功能支持的性能属性来表征。ＩＰ传送能力的例子包括尽力而为（Ｂｅｓｔ ｅｆｆｏｒｔ）的ＩＰ包传送和由ＩＥＴＦ定义的综合服务（Ｉｎｔｓｅｒｖ）和区分服务（Ｄｉｆｆｓｅｒｖ）框架提供的能力。

    基于ＩＰ的业务：通过ＩＰ网络业务实现和执行的功能、设施与能力。基于ＩＰ的业务使用由网络提供者提供的ＩＰ传送能力。

３ ＩＰ网络体系结构的一般框架

     ＩＰ网络的体系结构应当由三个部分组成，即应用（或服务）模型、系统模型和技术模型。

３．１  ＩＰ网络的应用模型

   ＩＰ网络体系的应用模型反映用户与为其提供服务的ＩＰ网络的关联，定义ＩＰ网络需要支持的应用任务，表示ＩＰ网络能够向用户提供的各种服务的属性。例如表述各类应用业务的媒体、服务质量（ＱｏＳ）和业务类型要求。

３．２ ＩＰ网络的系统模型

    ＩＰ网络的系统（功能）模型反映ＩＰ网络的网络能力和功能组成。表示ＩＰ网络支持各类应用所需的系统功能要素、互连实体及其相互关系，例如节点、链路、终端等的物理连接、位置及标识。规定了系统及组成部分的性能参数。

ＩＰ网络体系的系统模型可以划分为实体平面（水平方向）和逻辑平面（垂直方向）两个平面进行功能描述。

    （１）系统模型实体平面的功能分隔

     ＩＰ网络体系的系统模型从实体面可以分隔为核心网、接入网和用户网三个部分，每一部分还可以进一步细分。例如核心网实体功能可以进一步分隔为ＩＰ层网络的功能和电信网的功能等。

     窄带能力的例子有３．１ｋＨｚ音频信道、电路和分组模式承载业务。宽带能力的例子包括异步转移模式、 同步数字系列或光数字系列 （ＰｈＤＨ）信道等。

    （２）系统模型逻辑平面的功能分隔

     ＩＰ网络体系的系统模型从逻辑面可以划分为低层能力、ＩＰ层能力和高层能力。在ＩＰ网络中，使用ＩＰ包提供端点间的信息转移。用于用户／网络接口、网络内部以及与其它网络之间的ＩＰ层协议除了用法不同外没有本质的差异。

通常，用于客户和ＩＰ服务提供者（如拨号ＰＰＰ）之间或ＩＰ服务提供者（例如ＢＧＰ）之间的典型协议也可以用于网络的其它部分。

     关于高层能力，在电信环境中通常与终端设备有关。而在基于ＩＰ的环境中，少数类型的高层能力与ＩＰ网络本身的运行有关，例如域名服务器（ＤＮＳ）、鉴别服务器（ＡＡＡ）和地址解析服务器。这些服务器中的一个或多个可以由客户或网络提供者提供，而不是由接入提供者提供。

３．３ ＩＰ网络的技术模型

   ＩＰ网络体系的技术模型由一系列技术标准或建议构成，表述ＩＰ网络中各部件或单元配置、相互关系和相互作用。技术模型包括若干套用于规范业务、接口、设备及其相互间关系的参考标准或建议。

４ ＩＰ网络的基本参考模型

４．１分层协议模型

    通常，对ＩＰ业务用户来说，电信承载业务的利用是隐藏的。然而，将ＩＰ协议叠加于各种电信协议的标准化映射是需要的。图６示出了提供ＩＰ服务的分层协议模型。其中ＩＰ协议与下层实际的电信协议之间的区域表示适配功能、ＱｏＳ映射以及所需的汇聚／适配协议（如果需要的话）。该模型仅描述了ＩＰ层及其以下各层间的叠加关系。ＩＰ层以上的层将与诸如选择／协商以及用于话音业务的特定话音编码方案等应用需求有关。

４．２潜在的Ｕ、Ｃ和Ｍ平面关系

    对于ＩＰ网络协议来说，每一个协议层可以认为具有其自己的用户（Ｕ）面、控制（Ｃ）面和管理（Ｍ）面。

    众所周知，ＩＰ网络运行在电信基础设施支持下的ＩＰ层协议及其相关协议（如ＩＣＭＰ）上。ＩＰ协议层并没有特定的用户、控制和管理平面的概念，尽管ＩＰ协议及其相关协议确实提供了相应功能。在某些情况下，所有这些功能都隐含在ＩＰ一个协议中。有些情况下单独的协议分别用于ＩＰ网络的管理和控制，它们可以用ＩＰ协议运载。它们是否通过同一个逻辑和物理路径作为客户的用户数据传送路径，要视网络运行情况而定。

    在任何有两种技术融合的情况下，需要确保在各自的用户（Ｕ）平面、控制（Ｃ）平面和管理（Ｍ）平面间的适当映射。相邻层间需要映射，对等层间（在业务互通的情况下）也需要映射。从这一点看，总是需要建立一个ＩＰ网络的协议参考模型（ＰＲＭ）去规定ＩＰ网络和电信网Ｕ、Ｃ和Ｍ平面间的关系，以便充分地规定全部的用户、控制与管理平面。图７示出了ＩＰ网络的ＰＲＭ。

５ ＩＰ网与电信网融合体系结构

５．１ 叠加体系结构

    采用叠加体系结构时，ＩＰ端到端输送，即从ＩＰ主机到ＩＰ主机，如图８所示。ＩＰ叠加在任何下层电信协议之上，如Ｘ．２５、帧中继、ＡＴＭ、ＩＳＤＮ等。ＩＰ网络中的不同部分，即不同的路由器之间，可以使用不同的电信协议。

５．２ 并行体系结构

    采用并行体系结构时，ＩＰ网络和电信网络都通过它们内在的应用以互补和协同工作的方式来提供服务，如图９所示。例如，ＩＰ数据业务可以与话音和／或传真等电信业务并存。基于电信业务的建立是通过一个ＩＰ网上的服务器来触发和控制的。在这里，实际的业务被认为存在于具有协调或综合控制机制的并行领域中。

    由ＩＥＴＦ和ＩＴＵ－Ｔ ＳＧ１１联合研究的ＰＳＴＮ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ互通（ＰＩＮＴ）体系就是并行体系结构的一个例子。两个网络间的协同是通过ＩＰ网络中的ＩＰ主机（例如Ｗｅｂ服务器）和电信网中的智能网（ＩＮ）业务节点（ＳＮ）或业务控制点（ＳＣＰ）之间的链路实现的。

６ ＩＰ网与电信网的互通

６．１ 下层电信设施内的互通

     在没有插入路由器的两种不同的电信技术之间可能需要互通，此时，互通功能需要知道适配和汇聚协议，并在适配层上提供适当的互通功能。Ｔｘ、Ｔｙ表示两种不同的传送技术，相应的适配功能ＡＦｘ、ＡＦｙ被封装在Ｔｘ、Ｔｙ内。

有两种不同情况。在第一种情况中，适配协议ＡＦｘ与ＡＦｙ是相同的，互通单元能够透明地通过适配协议，适配协议不需要在一侧进行解封装和在另一侧进行再封装。在第二种情况中，ＡＦｘ不同于ＡＦｙ，互通协议必须终端于ＡＦｘ和ＡＦｙ，并提供所需的映射功能。适配协议必须在一侧进行解封装和终端，在另一侧翻译成不同的适配协议并进行再封装。

６．２ 电话业务的互通

６．２．１ 一般考虑

     为提供端到端的话音业务，互通是在业务级上通过中间网关或互通单元实现的。所有协议都在互通功能（ＩＷＦ）各自一侧终止。没有端到端的协议，ＩＰ协议栈终止在Ｉ-ＷＦ。

    根据呼叫发起和终止点的不同，连接方式可以分为四种情况：

   （ａ）从ＩＰ网络上的一个有音频能力的ＩＰ主机到ＰＳＴＮ或ＩＳＤＮ上一部电话机；

    （ｂ）从电路交换网（ＣＳＮ）上的一部电话机到ＩＰ网络上的一个有音频能力的ＩＰ主机；

   （ｃ）从ＩＰ网络上的一个有音频能力的ＩＰ主机经过中间的ＣＳＮ到ＩＰ网络上的另一个有音频能力的ＩＰ主机；

   （ｄ）从ＣＳＮ上的一部电话机经过中间的ＩＰ网络到ＣＳＮ上的另一部电话机。

６．２．２ 互通功能

    为了实现ＩＰ网与电信网间的电话业务互通，需要完成三个平面间的功能映射。

   （１）与控制平面相关的功能 呼叫连接程序的转换

    在情形（ａ）中，为了在ＩＰ主机和电话机间建立端到端的连接，需要将ＩＰ网络部分的呼叫连接程序转换为ＣＳＮ部分的呼叫连接程序的功能。该功能可以在ＩＰ网络和ＣＳＮ边界处的网关中实现。在情形（ｂ）中，为了在电话机和ＩＰ主机间建立端到端的连接， 需要将ＣＳＮ（ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ）部分的呼叫连接程序转换为ＩＰ网络部分的呼叫连接程序的功能。该功能可以在ＩＰ网络和ＣＳＮ间的网关中实现。

    在情形（ａ）、（ｂ）和（ｃ） 中，可能需要处理ＩＰ网络部分的呼叫连接程序的功能。该功能可以在附加到ＩＰ主机上的适配器中和／或在ＩＰ网络与ＣＳＮ间边界上的网关中实现。

    在情形（ｃ）和（ｄ）中，可能需要将ＩＰ网络部分的呼叫连接程序转换为ＣＳＮ部分的呼叫连接程序以及相反转换的功能。因为在这种情形下，呼叫连接程序可能通过ＣＳＮ（ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ）或ＩＰ网络透明地转送。

    编号与寻址

    在情形（ａ）中，需要有把用于ＩＰ网络部分的地址转换为ＣＳＮ部分指定被叫终端所需地址的地址解析功能。

    在情形（ｂ）中，需要将用于ＣＳＮ部分的地址转换为ＩＰ网络部分指定被叫终端所需地址的地址解析功能。

    在情形（ａ）和（ｃ）中，为了指定被叫终端，可能需要ＰＳＴＮ号码簿功能。

   （２）与用户平面相关的功能语音编码算法的转换

    在每一种情形中，都需要将ＩＰ网络话音业务的话音编码算法转换到ＰＳＴＮ上的模拟话音或ＩＳ-ＤＮ和ＰＳＴＮ数字中继段上的话音编码算法以及相反转换的功能。

     ＩＰ业务的ＱｏＳ

     为了选择适合特定类型应用的ＩＰ业务，需要有以不同服务质量为特征的各类ＩＰ业务的规范。话音或其它对实时敏感的应用是需要特殊ＱｏＳ要求的应用的例子。这些类型ＩＰ业务的规范包括传输时延、丢包率及其它有关参数的评价。

      安全性

      在ＩＰ网络部分需要提供安全性的规范。

     （３）与管理平面相关的功能

     ＩＰ网络不存在呼叫的概念，因此也没有基于呼叫的计帐概念。为了支持相关ＩＴＵ研究组定义的计帐原则和要求，需要确定应用的计帐能力。

６．２．３  互通网关体系结构

     电话业务互通单元或网关的一般功能体系结构给出了４种功能部件：媒体网关（ＭＧ）；媒体网关控制器（ＭＧＣ）；信令网关（ＳＧ）；智能数据库（ＩＤ）。

       ＭＧ将处理与互通、话音编码转换等相关的实时操作。ＭＧ终接电路交换网（ＣＳＮ），在媒体流还未分组时将媒体流进行分组，并将分组后的业务流递送给ＩＰ网络。媒体流从ＩＰ网络流向ＣＳＮ，即相反的方向按相反的次序完成这些功能。ＭＧ将按照每一个ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ要求和规范与ＣＳＮ接口。ＭＧ将使用ＩＰ分组作为净荷承载者，使用用于话音传输的实时协议（ＲＴＰ）与ＩＰ网络接口。

     ＭＧＣ处理与互通有关的呼叫控制操作。ＭＧＣ控制ＭＧ功能的运行。

     ＳＧ将处理任何互通功能与七号信令（ＳＳ７）网间的交互操作。ＳＧ是一个信令代理，它在ＩＰ网络与电信网间的边界处接收／发送ＣＳＮ本身的信令。特别是ＳＧ功能可以在ＳＳ７与因特网网关处中继、翻译和终接七号信令。

    ＩＤ将被使用来获得业务所需的必要信息，这些业务包括信用卡的使用、８００号业务、目录服务等。

     尽管所列举的功能可以包括在一个物理方框内，但很可能由于每个部件功能的相应工作范围和多供应商设备的原因将导致互通接口的分立物理单元来实现。

７ 结束语

    ＩＴＵ－Ｔ继８０年代完成ＩＳＤＮ标准体系，９０年代完成Ｂ－ＩＳＤＮ标准体系，在即将完成全球信息基础设施（ＧＩＩ）标准体系之后，提出要在下一研究期内完成新一代“ＩＰ综合网络”标准体系的研究。Ｙ．ＩＰＦ是其中一个重要的总体框架建议。积极跟踪并参与“ＩＰ综合网络”标准体系的研究，对中国未来宽带通信网的发展具有重要意义。

参考文献

１ ＩＴＵ－Ｔ ＳＧ１３． Ｄｒａｆｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｙ．ＩＰＦ （Ｙ．１００１）， ＩＰ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ － Ａ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｃｏｎｖｅｒ-ｇｅｎｃｅ ｏｆ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ＩＰ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｋｙｏｔｏ Ｊａｐａｎ，Ｆｅｂ／Ｍａｒ ２０００

２ Ｑｉｊｉａｎ Ｘｕ． Ｃｏｍｍｅｎｔｓ ｏｎ ＩＰ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ． ＩＴＵ－Ｔ ＳＧ１３ Ｄ８９６．Ｋｙｏｔｏ Ｊａｐａｎ， Ｆｅｂ／Ｍａｒ ２０００

（收稿日期：２０００－０５－２６）

[摘要] 文章介绍了ITU－T有关IP网络体系结构研究的最新进展。描述了IP网络体系的一般框架、基本参考模型及IP网与电信网互通的考虑。

[关键词] IP网络 体系结构 总体框架 互通

[Abstract] The paper introduces the state－of－the－art study progress of ITU－T for IP architecture. The general framework and basic reference models of the IP based network, and interworking of the IP based network with the telecommunication network are described.

[Keywords] IP based network Architecture General framework Interworking