專利名稱：IPv4地址分配管理方法、設(shè)備和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，特別是指一種IPv4地址分配管理方法、設(shè)備和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，IPv4地址已經(jīng)呈現(xiàn)越來越緊缺的態(tài)勢，據(jù)分配機(jī)構(gòu)(IANA)根據(jù)最近3年的地址使用數(shù)據(jù)，預(yù)測全球IPv4地址資源將于2011年底前后耗盡，在我國IPv4地址短缺問題尤為嚴(yán)重。同時(shí)，隨著IPv4地址的進(jìn)一步消耗，互聯(lián)網(wǎng)中逐步出現(xiàn)了多層NAPT的現(xiàn)象，即用戶側(cè)NAPT與運(yùn)營商側(cè)NAPT共存的現(xiàn)象。多層NAPT的出現(xiàn)不僅進(jìn)一步破壞了互聯(lián)網(wǎng)端對端的特征，而且復(fù)雜多樣的NAPT也大大阻礙了互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)開展，造成了網(wǎng)絡(luò)中路由及地址規(guī)劃的復(fù)雜混亂的局面，并對網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)的性能造成較大的影響。如何避免多層NAPT并存的局面，擺脫運(yùn)營商對于IPv4私網(wǎng)地址的管理分配，實(shí)現(xiàn)由IPv4向IPv6平滑過渡，已成為當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的關(guān)鍵問題。由于各種原因，目前絕大多數(shù)的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)只位于IPv4互聯(lián)網(wǎng)上，S卩服務(wù)器只支持利用IPv4協(xié)議進(jìn)行訪問，而且全球互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)短期內(nèi)也很難全部遷移到IPv6網(wǎng)絡(luò)上。在 IPv4地址即將出現(xiàn)緊缺的情況下，如何保證用戶已有的IPv4客戶端仍可正常訪問IPv4互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的資源，是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商(ISP)實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)正常運(yùn)營的關(guān)鍵。針對如上問題，目前業(yè)界已提出了多種方案，如ΝΑ ~444和A+P等。ΝΑΤ444方案需要在用戶側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)同時(shí)部署NAPT與運(yùn)營商側(cè)NAPT設(shè)備，然而多層NAPT的出現(xiàn)不僅進(jìn)一步破壞了互聯(lián)網(wǎng)端對端的特征，而且復(fù)雜多樣的NAPT也大大阻礙了互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)開展。Α+Ρ方案實(shí)現(xiàn)了一個(gè)公有IPv4地址被多個(gè)用戶共享，不同用戶之間采用端口區(qū)間進(jìn)行區(qū)隔，但不同用戶的傳輸層端口資源采用靜態(tài)分配的方法，因此資源利用率低。而且，以上方案并沒有從運(yùn)營的角度提出包含地址分配管理、用戶認(rèn)證、業(yè)務(wù)流程等方面的綜合性解決方案，因此，很難短期內(nèi)在商用網(wǎng)絡(luò)上真正得到實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種IPv4地址分配管理方法、設(shè)備和系統(tǒng)?；谏鲜瞿康谋景l(fā)明提供的一種IPv4地址分配管理方法，包括AR在接收到發(fā)自用戶域的上行IPv4數(shù)據(jù)包后，從中提取本地鏈路標(biāo)識、源IPv4地址和端口信息，查找會話映射表，獲得對應(yīng)的公有IPv4地址及端口號信息，將所述IPv4數(shù)據(jù)包中的原有源IPv4地址及端口信息替換為所述公有IPv4地址及端口號信息，并轉(zhuǎn)發(fā)到 ISP網(wǎng)絡(luò)中；其中，所述會話映射表中包含有同一用戶的本地鏈路標(biāo)識、源IPv4、源端口信息、與公有IPv4地址、端口號信息的映射關(guān)系；AR對于收到的通信對端發(fā)送的下行的IPv4數(shù)據(jù)包，根據(jù)該IPv4數(shù)據(jù)包中的公有目的IPv4地址及目的端口查找會話映射表，獲得對應(yīng)的用戶側(cè)的IPv4地址及端口信息，并將所述公有目的IPv4地址及目的端口轉(zhuǎn)換成用戶側(cè)的IPv4地址、端口，獲取本地鏈路標(biāo)識，在相應(yīng)的用戶鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)到用戶域的設(shè)備中。可選的，該方法進(jìn)一步包括預(yù)先在用戶終端通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)認(rèn)證后，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的CPE向用戶終端下發(fā)IPv6地址前綴。可選的，該方法進(jìn)一步包括用戶終端開始IPv4的通信過程，并發(fā)送上行的IPv4 數(shù)據(jù)包達(dá)到CPE，CPE判斷若該IPv4數(shù)據(jù)包采用IPv6的標(biāo)識方式，則用戶終端通過建立的 IPv6隧道向CPE發(fā)送IPv4數(shù)據(jù)包，在該數(shù)據(jù)包的IPv4報(bào)頭前加上CPE下發(fā)的所述IPv6地
址前綴。可選的，該方法進(jìn)一步包括CPE向AR發(fā)送包含有為用戶終端預(yù)配置的IPv4地址塊的用戶地址注冊請求消息；AR收到所述的用戶地址注冊請求消息后，提取所述IPv4地址塊保，并提取用戶的本地鏈路標(biāo)識與所述IPv4地址塊綁定保存在本地?？蛇x的，該方法所述AR在接收到上行IPv4數(shù)據(jù)包，從中提取其本地鏈路標(biāo)識、源 IPv4地址和端口信息后，進(jìn)一步判斷本IPv4源地址是否在該用戶注冊IPv4塊范圍內(nèi)，若是，則進(jìn)入下一步，否則拒絕。可選的，該方法在用戶認(rèn)證系統(tǒng)中保存用戶的最大會話數(shù)目信息，所述AR在收到所述CPE發(fā)來的用戶地址注冊請求消息后，進(jìn)一步通過與用戶認(rèn)證系統(tǒng)的交互獲取該用戶的最大會話數(shù)目信息；所述AR在收到所述上行IPv4數(shù)據(jù)包后，進(jìn)一步判斷如果在會話映射表中查找到對應(yīng)的會話記錄，則直接轉(zhuǎn)到下一步；否則繼續(xù)判斷當(dāng)前該用戶的會話總數(shù)是否大于所述最大會話數(shù)目，若是，則拒絕本次會話的建立；否則會話映射表中生成新的記錄。可選的，該方法進(jìn)一步包括CPE基于本地中預(yù)配置的IPv4地址塊，給用戶終端分配IPv4地址、網(wǎng)關(guān)地址，并向用戶終端下發(fā)DNS服務(wù)器地址?？蛇x的，該方法CPE若采用二層標(biāo)識作為本地鏈路標(biāo)識的方式，則給用戶終端只分配IPv4地址，或者同時(shí)分配IPv4地址和IPv6地址；如果CPE采用IPv6的標(biāo)識方式，則給用戶終端只分配IPv6地址，或者同時(shí)分配 IPv4地址和IPv6地址。可選的，該方法進(jìn)一步包括CPE向AR轉(zhuǎn)發(fā)來自用戶域的所述IPv4數(shù)據(jù)包過程中，CPE判斷若采用二層標(biāo)識作為本地鏈路標(biāo)識的方式，則根據(jù)默認(rèn)路由直接轉(zhuǎn)發(fā)用戶的 IPv4數(shù)據(jù)包；若采用IPv6的標(biāo)識方式，則需采用4in6的隧道方式進(jìn)行封裝，并轉(zhuǎn)發(fā)IPv6數(shù)據(jù)包。可選的，該方法所述AR將所述下行的IPv4數(shù)據(jù)包在用戶鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)到用戶域的設(shè)備后，該方法進(jìn)一步包括當(dāng)返回的所述IPv4數(shù)據(jù)包到達(dá)CPE時(shí)，CPE判斷若所述IPv4 數(shù)據(jù)包是采用二層標(biāo)識的方式，將該數(shù)據(jù)報(bào)直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；若是采用IPv6標(biāo)識的方式，則進(jìn)行4in6隧道的解封裝，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)?；谏鲜瞿康?，本發(fā)明還提供了一種接入路由器(AR)，包括會話映射表存儲模塊，用于存儲會話映射表，所述會話映射表中包含有同一用戶的本地鏈路標(biāo)識、源IPv4、源端口信息、與公有IPv4地址、端口號信息的映射關(guān)系；路由管理模塊，用于在接收到發(fā)自用戶域的上行IPv4數(shù)據(jù)包后，從中提取本地鏈路標(biāo)識及源IPv4地址和端口信息，查找會話映射表，獲得對應(yīng)的公有IPv4地址及端口號信息，將所述IPv4數(shù)據(jù)包中的原有源IP地址及端口信息替換為所述公有IPv4地址及端口號信息，傳輸給數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)模塊；對于收到的通信對端發(fā)送的下行的IPv4數(shù)據(jù)包，根據(jù)該IPv4數(shù)據(jù)包中的公有目的IPv4地址及目的端口查找會話映射表，獲得對應(yīng)的用戶側(cè)的 IPv4地址及端口信息，并將所述公有目的IPv4地址及目的端口轉(zhuǎn)換成用戶側(cè)的IPv4地址、 端口，獲取本地鏈路標(biāo)識；數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)模塊，用于將所述路由管理模塊輸出的上行IPv4數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到 ISP網(wǎng)絡(luò)中；將所述路由管理模塊輸出的下行IPv4數(shù)據(jù)包在用戶鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)到用戶域的設(shè)備中。可選的，該接入路由器還包括IPv4地址注冊模塊，用于在接收到CPE發(fā)來的包含有為用戶終端預(yù)配置的IPv4地址塊的用戶地址注冊請求消息后，提取所述IPv4地址塊保， 并提取用戶的本地鏈路標(biāo)識與所述IPv4地址塊綁定保存在本地?？蛇x的，該接入路由器所述路由管理模塊在接收到上行IPv4數(shù)據(jù)包，從中提取其本地鏈路標(biāo)識、源IPv4地址和端口信息后，進(jìn)一步判斷本IPv4源地址是否在該用戶注冊 IPv4塊范圍內(nèi)，若是，則繼續(xù)后續(xù)處理，否則拒絕?？蛇x的，該接入路由器所述IPv4地址注冊模塊，還用于通過與用戶認(rèn)證系統(tǒng)的交互獲取該用戶的最大會話數(shù)目信息；所述路由管理模塊，在收到所述上行IPv4數(shù)據(jù)包后，進(jìn)一步判斷如果在會話映射表中查找到對應(yīng)的會話記錄，則直接轉(zhuǎn)到下一步；否則繼續(xù)判斷當(dāng)前該用戶的會話總數(shù)是否大于所述最大會話數(shù)目，若是，則拒絕本次會話的建立；否則會話映射表中生成新的記錄?；谏鲜瞿康谋景l(fā)明還提供了一種用戶端前置設(shè)備(CPE)，包括鏈路建立模塊，用于在用戶終端和所述的AR之間建立點(diǎn)到點(diǎn)鏈路；IPv4/IPv6數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)模塊，用于將用戶終端發(fā)來的上行IPv4數(shù)據(jù)包進(jìn)行用戶IPv4數(shù)據(jù)包的封裝轉(zhuǎn)發(fā)到所述AR ；將AR發(fā)來的下行IPv4數(shù)據(jù)包按照IPv4數(shù)據(jù)包的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)到用戶終端?？蛇x的，該用戶端前置設(shè)備還包括IPv6地址分配模塊，用于在用戶終端通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)認(rèn)證后，向用戶終端下發(fā)IPv6地址前綴；IPv4地址分配模塊，用于基于本地的預(yù)配置為用戶終端分配IPv4地址和網(wǎng)關(guān)地址；DNS代理及DNS配置模塊，用于向用戶終端下發(fā)DNS服務(wù)器地址?？蛇x的，該用戶端前置設(shè)備還包括IPv4地址注冊模塊，用于向AR發(fā)送包含有為用戶終端預(yù)配置的IPv4地址塊的用戶地址注冊請求消息；基于上述目的，本發(fā)明還提供了一種IPv4地址分配管理系統(tǒng)，包括所述的AR，以及所述的CPE ；所述AR，用于存儲會話映射表，所述會話映射表中包含有同一用戶的本地鏈路標(biāo)識、源IPv4、源端口信息、與公有IPv4地址、端口號信息的映射關(guān)系；在接收到發(fā)自用戶域的上行IPv4數(shù)據(jù)包后，從中提取本地鏈路標(biāo)識及源IPv4地址和端口信息，查找會話映射表，獲得對應(yīng)的公有IPv4地址及端口號信息，將所述IPv4數(shù)據(jù)包中的原有源IPv4地址及端口信息替換為所述公有IPv4地址及端口號信息，將上行IPv4數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到ISP網(wǎng)絡(luò)中； 對于收到的通信對端發(fā)送的下行的IPv4數(shù)據(jù)包，根據(jù)該IPv4數(shù)據(jù)包中的公有目的IPv4 地址及目的端口查找會話映射表，獲得對應(yīng)的用戶側(cè)的IPv4地址及端口信息，并將所述公有目的IPv4地址及目的端口轉(zhuǎn)換成用戶側(cè)的IPv4地址、端口，獲取本地鏈路標(biāo)識，將下行 IPv4數(shù)據(jù)包在用戶鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)到用戶域的設(shè)備中；所述CPE，用于在用戶終端和所述的AR之間建立點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，將用戶終端發(fā)來的上行IPv4數(shù)據(jù)包進(jìn)行用戶IPv4數(shù)據(jù)包的封裝轉(zhuǎn)發(fā)到所述AR ；將AR發(fā)來的下行IPv4數(shù)據(jù)包按照IP包的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)到用戶終端?？蛇x的，該系統(tǒng)還包括AAA服務(wù)器用于存儲每個(gè)用戶享受的最大的會話數(shù)目。從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的IPv4地址分配管理方法、設(shè)備和系統(tǒng)，從最大程度上簡化運(yùn)營商對于IPv4地址的分配管理過程，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)商者只向采用路由型客戶網(wǎng)關(guān)(路由型CPE)的寬帶用戶分配IPv6地址，延緩IPv4地址消耗，并實(shí)現(xiàn)用戶對于IPv4和 IPv6互聯(lián)網(wǎng)的訪問。這種方案無IPv4地址的分配過程，減少了 NAPT的層級及其帶來的業(yè)務(wù)提供風(fēng)險(xiǎn)，并支持逐步實(shí)現(xiàn)向IPv6網(wǎng)絡(luò)的過渡。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商不需再為用戶分配IPv4地址，由用戶自主選擇網(wǎng)絡(luò)IPv4地址或者在 CPE中進(jìn)行預(yù)配置，并保證戶網(wǎng)絡(luò)仍能接入寬帶IPv4網(wǎng)絡(luò)。為了防止不同用戶選擇地址重疊而引起沖突，本發(fā)明利用網(wǎng)絡(luò)中的鏈路標(biāo)識(如二層鏈路標(biāo)識、IPv6隧道標(biāo)識)來實(shí)現(xiàn)用戶IPv4數(shù)據(jù)包的隔離。這種方案使運(yùn)營商能夠擺脫IPv4地址的分配管理，通過單個(gè) IPv4地址的共享技術(shù)來延緩IPv4地址的消耗，同時(shí)，本方案可以去除路由型CPE中的NAPT 功能，減少了網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)NAPT的層數(shù)，提升了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸性能、業(yè)務(wù)的穿透性。本方案提出的配套的用戶認(rèn)證、IPv6地址分配、業(yè)務(wù)使用等全過程，可保證網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)全面過渡到 IPv6以前，支持互聯(lián)網(wǎng)的互通性，并可實(shí)現(xiàn)運(yùn)營級IPv4向IPv6的平滑過渡。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例本發(fā)明實(shí)施例的IPV4地址分配管理系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例AR中的地址/標(biāo)識處理示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例CPE內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例AR端模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例本發(fā)明實(shí)施例的IPV4地址分配管理方法通信流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明方案主要面向采用路由型客戶網(wǎng)關(guān)的IP寬帶用戶(包括家庭用戶和企業(yè)用戶)，為寬帶用戶提供向IPv6平滑過渡的解決方案。著重解決用戶網(wǎng)絡(luò)和ISP網(wǎng)絡(luò)如何配合，實(shí)現(xiàn)IPv4地址緊缺而無法分配公有地址時(shí)，用戶網(wǎng)絡(luò)仍能接入IPv4資源，并可實(shí)現(xiàn)向IPv6的過渡。由于接入網(wǎng)直接關(guān)系到用戶的網(wǎng)絡(luò)地址實(shí)施和使用，是IP地址消耗最多的環(huán)節(jié)，因此，接入部分的IPv6過渡是最為關(guān)鍵也是難度最大的部分。
本發(fā)明方案的實(shí)現(xiàn)思路公網(wǎng)IPv4地址出現(xiàn)緊缺時(shí)，本發(fā)明方案突破傳統(tǒng)的用戶IP地址使用模式，提出不再向用戶分配IPv4地址、只分配IPv6地址的思路模式。用戶可自行在CPE上設(shè)置IPv4地址塊，也可以由CPE提供商預(yù)先配置在設(shè)備中，但不必由ISP在用戶上線時(shí)分配給用戶。為了便于下面的討論，配置在CPE中的地址塊表示為IPV4_AddrBlock_CPE，這種地址可以為運(yùn)營商統(tǒng)一預(yù)置的公網(wǎng)IPv4地址或私網(wǎng)IPv4地址。一般情況下，不同用戶自行配置的CPE的IPV4_AddrBlock_CPE可能出現(xiàn)沖突，因此需結(jié)合本地鏈路標(biāo)識LinkID來識別用戶數(shù)據(jù)報(bào)的來源。在本方案中，對于通過二層鏈路可實(shí)現(xiàn)用戶的唯一標(biāo)識時(shí)，LinkID即為二層標(biāo)識號(如PPPoE標(biāo)識號或VLAN標(biāo)識號等)； 對于無法使用二層鏈路實(shí)現(xiàn)用戶的唯一標(biāo)識時(shí)，可以利用IPv6唯一標(biāo)識用戶的特性，建立 4in6的點(diǎn)到點(diǎn)隧道，從而將IPv4數(shù)據(jù)包封裝在IPv6隧道中進(jìn)行傳輸，此時(shí)的LinkID即為 IPv6地址，從而實(shí)現(xiàn)了 IPv4用戶數(shù)據(jù)流的唯一性區(qū)分。在本方面方案中，在網(wǎng)絡(luò)的AR中實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶共享單個(gè)IP地址等，其主要功能是結(jié)合網(wǎng)絡(luò)層鏈路信息實(shí)現(xiàn)地址/端口的映射、IPv4數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換和狀態(tài)的維護(hù)。在本發(fā)明方案中，AR對于上行的用戶IPv4數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換一方面結(jié)合用戶的源IP(即IPv4)和端口信息，同時(shí)還要結(jié)合用戶的本地鏈路標(biāo)識。經(jīng)過NAPT轉(zhuǎn)換后，上行數(shù)據(jù)流的地址/端口轉(zhuǎn)換為公有IPv4地址和端口。由于采用動(dòng)態(tài)的IPv4地址共享技術(shù)，單IP地址、端口等資源可在多個(gè)用戶間進(jìn)行復(fù)用，因此可以實(shí)現(xiàn)延緩IPv4地址的消耗。與其他的LSN方案不同， 本方案中的IPv4數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換過程引入了本地鏈路標(biāo)識ID，從而使得IPV4_AddrBlock_CPE 不再由ISP進(jìn)行分配成為可能。盡管用戶IP地址不由ISP分配，但為了方便網(wǎng)絡(luò)管理，并制定相關(guān)路由策略，本方案中要求CPE將IPv4_Addr_CPE地址在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上AR上提前進(jìn)行注冊。對于用戶的IPv6端到端通信可采用現(xiàn)有的全球可路由IPv6地址進(jìn)行通信。為了支持IPv4數(shù)據(jù)的傳輸，本方案需要有完備的用戶管理、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)該過渡方案的可控可管性，后面將會詳細(xì)介紹。由于單個(gè)地址被多個(gè)用戶共享，為了防止端口資源被部分用戶有意或者無意消耗光，本方案中同時(shí)引入了最大會話數(shù)目Max_sessi0n_number屬性，該屬性可以規(guī)定每個(gè)用戶可建立的最大的映射會話的數(shù)目，也即可使用的最大的“NAPT公共端口資源”，該屬性的原始數(shù)據(jù)在ISP網(wǎng)絡(luò)設(shè)定后可以保留在認(rèn)證系統(tǒng)AAA中，因此本方案也需要對于AAA系統(tǒng)進(jìn)行一定擴(kuò)展，增加Max_session_number屬性?；谝陨戏桨冈O(shè)計(jì)，用戶發(fā)出的上行IPv4數(shù)據(jù)包經(jīng)過CPE直接路由轉(zhuǎn)發(fā)后，通過 CPE和AR之間的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路到達(dá)AR，然后其源地址/端口經(jīng)過AR內(nèi)部的NAPT轉(zhuǎn)換成公有地址/端口號(詳細(xì)流程見下一部分)，并轉(zhuǎn)發(fā)到公網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)對于IPv4資源的訪問。通信對端發(fā)出的下行數(shù)據(jù)過程則基于同樣的映射數(shù)據(jù)庫進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在這個(gè)過程中，用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)流在進(jìn)入ISP網(wǎng)絡(luò)前只經(jīng)過了一次NAPT轉(zhuǎn)換處理，而不是NAT444方案中的兩次。對于用戶的IPv6端到端通信可采用現(xiàn)有的全球可路由IPv6地址進(jìn)行通信；在本方案中，可以利用IPv6唯一標(biāo)識用戶的特性，建立4in6的點(diǎn)到點(diǎn)隧道，從而將IPv4數(shù)據(jù)包封裝在IPv6隧道中進(jìn)行傳輸，將隧道標(biāo)識作為鏈路標(biāo)識，實(shí)現(xiàn)了 IPv4用戶數(shù)據(jù)流的唯一性區(qū)分。
本發(fā)明IPV4地址分配管理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，參見圖1所示。主要包括用戶端前置設(shè)備(CPE，Custom premise Equipment)、接入路由器(AR,Access Router)和認(rèn)證、授權(quán)與計(jì)費(fèi)(AAA，Authentication, Authorization, Accouting)服務(wù)器等三部分，分別介紹如下CPE，為支持三層路由功能的用戶網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)流的中繼和路由功能，在本發(fā)明實(shí)施例的IPV4地址分配管理系統(tǒng)中，CPE網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)鏈路建立、用戶認(rèn)證、地址配置及 IPv4數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的功能。AR:ISP側(cè)實(shí)現(xiàn)接入用戶的IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，AR除配合用戶網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能外，還需完成地址端口映射、協(xié)議翻譯、IPv4數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)等相關(guān)功能，并通過與AAA系統(tǒng)的配合，共同完成用戶的計(jì)費(fèi)和管理。AAA服務(wù)器在傳統(tǒng)的寬帶認(rèn)證服務(wù)器上進(jìn)行了一定的擴(kuò)展，為了防止用戶過渡消耗網(wǎng)絡(luò)端口資源，本發(fā)明實(shí)施例的方案規(guī)定每個(gè)用戶享受的最大的地址/端口映射會話 (后面簡稱“會話”)數(shù)目，該屬性的原始數(shù)據(jù)在ISP網(wǎng)絡(luò)設(shè)定后可以保留在認(rèn)證系統(tǒng)AAA 中。此外，與本系統(tǒng)組成相關(guān)的概念介紹如下本地鏈路對于特定用戶來說，需要在CPE和AR之間建立點(diǎn)到點(diǎn)通信鏈路，為了防止不同用戶的IPv4地址沖突而影響正常路由，需要不同用戶之間的鏈路相互隔離。這種鏈路可以是二層的鏈路，如PPPoE鏈路和VLAN鏈路等，也可以是網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)的鏈路隔離，如通過將IPv4數(shù)據(jù)流封裝在IPv6隧道中，通過IPv6地址的唯一性實(shí)現(xiàn)不同用戶的IPv4流量的隔離。本地鏈路標(biāo)識用來區(qū)分不同本地鏈路的數(shù)字標(biāo)識，在本報(bào)告中用LinkID (userA) 來代表特定用戶userA的本地鏈路。用戶終端用戶終端設(shè)備可以為雙棧IPv4/IPv6終端設(shè)備或未升級、純IPv4終端設(shè)備或者純IPv6終端網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，在本發(fā)明實(shí)施例的IPV4地址分配管理系統(tǒng)中對于用戶終端無特殊要求。本發(fā)明實(shí)施例的IPV4地址分配管理系統(tǒng)重點(diǎn)是在CPE和AR增加相應(yīng)的客戶端相關(guān)功能模塊和網(wǎng)絡(luò)端相關(guān)功能模塊，并和已有網(wǎng)絡(luò)模塊之間建立相關(guān)接口，從而實(shí)現(xiàn)IPv4 地址極度緊缺時(shí)，用戶能夠繼續(xù)接入IPv4網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明實(shí)施例的IPV4地址分配管理系統(tǒng)不用修改用戶終端以及網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備。為了便于說明，這里將數(shù)據(jù)通信的過程分為兩個(gè)域用戶域和網(wǎng)絡(luò)域，AR以下的部分屬于用戶域，AR以上的部分屬于網(wǎng)絡(luò)域，如圖2所示。IPv4地址及端口等標(biāo)識轉(zhuǎn)換處理是本方案中的核心內(nèi)容之一，是用戶側(cè)數(shù)據(jù)路由到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的基礎(chǔ)，在此以用戶發(fā)起的傳輸層(TCP/UDP)的源端口和IP地址的信息映射處理過程。對于由用戶側(cè)發(fā)起的傳輸層會話，用戶終端發(fā)出的IP包(即IPv4數(shù)據(jù)包)中含有一個(gè)IPv4源地址User_src_addr4和源端口 User_src_port。由于CPE不必進(jìn)行NAPT 轉(zhuǎn)換，終端產(chǎn)生的IPv4數(shù)據(jù)包的源地址/端口組合在穿越CPE時(shí)不進(jìn)行轉(zhuǎn)換。AR在收到該IPv4數(shù)據(jù)包后，除了檢查該IP包的地址和端口信息外，同時(shí)提取該用戶的本地鏈路標(biāo)識LinkID，該三個(gè)屬性聯(lián)合可以唯一區(qū)分本會話，即LinkID+User_src_addr4+User_src_port聯(lián)合標(biāo)識本會話。映射規(guī)則如下AR根據(jù)用戶IPv4數(shù)據(jù)包所在鏈路標(biāo)識查找地址數(shù)據(jù)庫，看用戶地址USer_SrC_ addr4是否在注冊登記的范圍以內(nèi)，其次檢查是否超過用戶會話的總數(shù)(從Radius用戶數(shù)據(jù)庫中提取)，如果符合以上要求，在AR會話數(shù)據(jù)庫中建立起對應(yīng)的會話映射表；否則，拒絕該IPv4數(shù)據(jù)包。該會話映射表的結(jié)構(gòu)如下其會話映射表中包括用戶域的本地鏈路標(biāo)識LinkID、用戶地址USer_Src_ addr4、端口號User_src_port，以及網(wǎng)絡(luò)域的公有地址Riblic_src_addr4、公有端口號 Public_src_port等信息之間的映射關(guān)系。主要結(jié)構(gòu)如表1所示
權(quán)利要求
1.一種IPv4地址分配管理方法，其特征在于，包括AR在接收到發(fā)自用戶域的上行IPv4數(shù)據(jù)包后，從中提取本地鏈路標(biāo)識、源IP地址和端口信息，查找會話映射表，獲得對應(yīng)的公有IPv4地址及端口號信息，將所述IPv4數(shù)據(jù)包中的原有源IPv4地址及端口信息替換為所述公有IPv4地址及端口號信息，并轉(zhuǎn)發(fā)到ISP網(wǎng)絡(luò)中；其中，所述會話映射表中包含有同一用戶的本地鏈路標(biāo)識、源IPv4、源端口信息、與公有IPv4地址、端口號信息的映射關(guān)系；AR對于收到的通信對端發(fā)送的下行的IPv4數(shù)據(jù)包，根據(jù)該IPv4數(shù)據(jù)包中的公有目的 IPv4地址及目的端口查找會話映射表，獲得對應(yīng)的用戶側(cè)的IP地址及端口信息，并將所述公有目的IPv4地址及目的端口轉(zhuǎn)換成用戶側(cè)的IPv4地址、端口，獲取本地鏈路標(biāo)識，在相應(yīng)的用戶鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)到用戶域的設(shè)備中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括預(yù)先在用戶終端通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)認(rèn)證后，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的CPE向用戶終端下發(fā)IPv6地址前綴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括用戶終端開始IPv4 的通信過程，并發(fā)送上行的IPv4數(shù)據(jù)包達(dá)到CPE，CPE判斷若該IPv4數(shù)據(jù)包采用IPv6的標(biāo)識方式，則用戶終端通過建立的IPv6隧道向CPE發(fā)送IPv4數(shù)據(jù)包，在該數(shù)據(jù)包的IPv4報(bào)頭前加上CPE下發(fā)的所述IPv6地址前綴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括CPE向AR發(fā)送包含有為用戶終端預(yù)配置的IPv4地址塊的用戶地址注冊請求消息；AR收到所述的用戶地址注冊請求消息后，提取所述IPv4地址塊保，并提取用戶的本地鏈路標(biāo)識與所述IPv4地址塊綁定保存在本地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述AR在接收到上行IPv4數(shù)據(jù)包，從中提取其本地鏈路標(biāo)識、源IPv4地址和端口信息后，進(jìn)一步判斷本IPv4源地址是否在該用戶注冊IPv4塊范圍內(nèi)，若是，則進(jìn)入下一步，否則拒絕。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在用戶認(rèn)證系統(tǒng)中保存用戶的最大會話數(shù)目信息，所述AR在收到所述CPE發(fā)來的用戶地址注冊請求消息后，進(jìn)一步通過與用戶認(rèn)證系統(tǒng)的交互獲取該用戶的最大會話數(shù)目信息；所述AR在收到所述上行IPv4數(shù)據(jù)包后，進(jìn)一步判斷如果在會話映射表中查找到對應(yīng)的會話記錄，則直接轉(zhuǎn)到下一步；否則繼續(xù)判斷當(dāng)前該用戶的會話總數(shù)是否大于所述最大會話數(shù)目，若是，則拒絕本次會話的建立；否則會話映射表中生成新的記錄。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括CPE基于本地中預(yù)配置的IPv4地址塊，給用戶終端分配IPv4地址、網(wǎng)關(guān)地址，并向用戶終端下發(fā)DNS服務(wù)器地址。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，CPE若采用二層標(biāo)識作為本地鏈路標(biāo)識的方式，則給用戶終端只分配IPv4地址，或者同時(shí)分配IPv4地址和IPv6地址；如果CPE采用IPv6的標(biāo)識方式，則給用戶終端只分配IPv6地址，或者同時(shí)分配IPv4 地址和IPv6地址。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括CPE向AR轉(zhuǎn)發(fā)來自用戶域的所述IPv4數(shù)據(jù)包過程中，CPE判斷若采用二層標(biāo)識作為本地鏈路標(biāo)識的方式，則根據(jù)默認(rèn)路由直接轉(zhuǎn)發(fā)用戶的IPv4數(shù)據(jù)包；若采用IPv6的標(biāo)識方式，則需采用4in6的隧道方式進(jìn)行封裝，并轉(zhuǎn)發(fā)IPv6數(shù)據(jù)包。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述AR將所述下行的IPv4數(shù)據(jù)包在用戶鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)到用戶域的設(shè)備后，該方法進(jìn)一步包括當(dāng)返回的所述IPv4數(shù)據(jù)包到達(dá)CPE 時(shí)，CPE判斷若所述IPv4數(shù)據(jù)包是采用二層標(biāo)識的方式，將該數(shù)據(jù)報(bào)直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；若是采用IPv6標(biāo)識的方式，則進(jìn)行4in6隧道的解封裝，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
11.一種接入路由器AR，其特征在于，包括會話映射表存儲模塊，用于存儲會話映射表，所述會話映射表中包含有同一用戶的本地鏈路標(biāo)識、源IPv4、源端口信息、與公有IPv4地址、端口號信息的映射關(guān)系；路由管理模塊，用于在接收到發(fā)自用戶域的上行IPv4數(shù)據(jù)包后，從中提取本地鏈路標(biāo)識及源IPv4地址和端口信息，查找會話映射表，獲得對應(yīng)的公有IPv4地址及端口號信息， 將所述IPv4數(shù)據(jù)包中的原有源IPv4地址及端口信息替換為所述公有IPv4地址及端口號信息，傳輸給數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)模塊；對于收到的通信對端發(fā)送的下行的IPv4數(shù)據(jù)包，根據(jù)該IPv4數(shù)據(jù)包中的公有目的IPv4地址及目的端口查找會話映射表，獲得對應(yīng)的用戶側(cè)的 IPv4地址及端口信息，并將所述公有目的IPv4地址及目的端口轉(zhuǎn)換成用戶側(cè)的IPv4地址、 端口，獲取本地鏈路標(biāo)識；數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)模塊，用于將所述路由管理模塊輸出的上行IPv4數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到ISP網(wǎng)絡(luò)中；將所述路由管理模塊輸出的下行IPv4數(shù)據(jù)包在用戶鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)到用戶域的設(shè)備中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接入路由器，其特征在于，還包括IPv4地址注冊模塊，用于在接收到CPE發(fā)來的包含有為用戶終端預(yù)配置的IPv4地址塊的用戶地址注冊請求消息后， 提取所述IPv4地址塊保，并提取用戶的本地鏈路標(biāo)識與所述IPv4地址塊綁定保存在本地。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接入路由器，其特征在于，所述路由管理模塊在接收到上行IPv4數(shù)據(jù)包，從中提取其本地鏈路標(biāo)識、源IP地址和端口信息后，進(jìn)一步判斷本IPv4源地址是否在該用戶注冊IPv4塊范圍內(nèi)，若是，則繼續(xù)后續(xù)處理，否則拒絕。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接入路由器，其特征在于，所述IPv4地址注冊模塊，還用于通過與用戶認(rèn)證系統(tǒng)的交互獲取該用戶的最大會話數(shù)目信息；所述路由管理模塊，在收到所述上行IPv4數(shù)據(jù)包后，進(jìn)一步判斷如果在會話映射表中查找到對應(yīng)的會話記錄，則直接轉(zhuǎn)到下一步；否則繼續(xù)判斷當(dāng)前該用戶的會話總數(shù)是否大于所述最大會話數(shù)目，若是，則拒絕本次會話的建立；否則會話映射表中生成新的記錄。
15.一種用戶端前置設(shè)備CPE，其特征在于，包括鏈路建立模塊，用于在用戶終端和權(quán)利要求11-14任意一項(xiàng)所述的AR之間建立點(diǎn)到點(diǎn)鏈路；IPv4/IPv6數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)模塊，用于將用戶終端發(fā)來的上行IPv4數(shù)據(jù)包進(jìn)行用戶 IPv4數(shù)據(jù)包的封裝轉(zhuǎn)發(fā)到所述AR ；將AR發(fā)來的下行IPv4數(shù)據(jù)包按照IP包的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)到用戶終端。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用戶端前置設(shè)備，其特征在于，該用戶端前置設(shè)備還包括IPv6地址分配模塊，用于在用戶終端通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)認(rèn)證后，向用戶終端下發(fā)IPv6地址前IPv4地址分配模塊，用于基于本地的預(yù)配置為用戶終端分配IPv4地址和網(wǎng)關(guān)地址； DNS代理及DNS配置模塊，用于向用戶終端下發(fā)DNS服務(wù)器地址。3
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用戶端前置設(shè)備，其特征在于，該用戶端前置設(shè)備還包括 IPv4地址注冊模塊，用于向AR發(fā)送包含有為用戶終端預(yù)配置的IPv4地址塊的用戶地址注冊請求消息；
18.一種IPv4地址分配管理系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求11-14任意一項(xiàng)所述的 AR,以及權(quán)利要求15-17任意一項(xiàng)所述的CPE。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括AAA服務(wù)器用于存儲每個(gè)用戶享受的最大的會話數(shù)目。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種IPv4地址分配管理方法、設(shè)備和系統(tǒng)，包括AR在接收到發(fā)自用戶域的上行IPv4數(shù)據(jù)包后，從中提取本地鏈路標(biāo)識、源IP地址和端口信息，查找會話映射表，獲得對應(yīng)的公有IPv4地址及端口號信息，將IPv4數(shù)據(jù)包中的原有源IPv4地址及端口信息替換為所述公有IPv4地址及端口號信息，并轉(zhuǎn)發(fā)到ISP網(wǎng)絡(luò)中；AR對于收到的通信對端發(fā)送的下行的IPv4數(shù)據(jù)包，根據(jù)該IPv4數(shù)據(jù)包中的公有目的IPv4地址及目的端口查找會話映射表，獲得對應(yīng)的用戶側(cè)的IP地址及端口信息，并將所述公有目的IPv4地址及目的端口轉(zhuǎn)換成用戶側(cè)的IPv4地址、端口，獲取本地鏈路標(biāo)識，轉(zhuǎn)發(fā)到用戶域的設(shè)備中。
文檔編號H04L29/06GK102340547SQ201010233838
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者馮明, 劉謙, 孫瓊, 解沖鋒, 趙慧玲, 陳運(yùn)清, 龔劍 申請人:中國電信股份有限公司