IPv4和IPv6雙棧計(jì)費(fèi)流程分析

吳敏清，伍佑明

（中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 IPv4和IPv6雙棧技術(shù)

隨著IANA宣布IPv4地址耗盡，向以IPv6為基礎(chǔ)的下一代互聯(lián)網(wǎng)過(guò)渡已成為必然趨勢(shì)。目前大部分設(shè)備和應(yīng)用都是基于IPv4的，而IPv6的發(fā)展還缺少商業(yè)需求，所以IPv4和IPv6的長(zhǎng)期共存不可避免。目前來(lái)看，IPv4向IPv6過(guò)渡的技術(shù)主要有雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)以及翻譯技術(shù)，雙棧技術(shù)是實(shí)現(xiàn)IPv4與IPv6共存的關(guān)鍵技術(shù)之一。雙棧技術(shù)是指在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或主機(jī)上同時(shí)運(yùn)行IPv4協(xié)議棧和IPv6協(xié)議棧，雙棧節(jié)點(diǎn)同時(shí)支持與IPv4和IPv6節(jié)點(diǎn)的通信，當(dāng)和IPv4節(jié)點(diǎn)通信時(shí)采用IPv4協(xié)議棧，當(dāng)和IPv6節(jié)點(diǎn)通信時(shí)采用IPv6協(xié)議棧。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度看，雙棧技術(shù)是最成熟的過(guò)渡技術(shù)，也是其他過(guò)渡技術(shù)的基礎(chǔ)。其他過(guò)渡技術(shù)，如隧道端點(diǎn)設(shè)備、協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備等，都需要雙棧技術(shù)支持。對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備和軟件來(lái)說(shuō)，對(duì)IPv4的支持能力較好，如果同時(shí)支持IPv6，用戶終端雙?；?，就可以既能訪問(wèn)IPv4應(yīng)用，又能訪問(wèn)IPv6應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)雙棧環(huán)境下IPv4和IPv6的長(zhǎng)期共存。

在現(xiàn)有固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向下一代互聯(lián)網(wǎng)的過(guò)渡期間，公網(wǎng)雙棧和私網(wǎng)雙棧等過(guò)渡技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中普遍部署，新增用戶和部分老用戶將以雙棧方式接入網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)商將面臨雙棧用戶IPv4和IPv6計(jì)費(fèi)的新問(wèn)題，用戶計(jì)費(fèi)的流程發(fā)生了變化，相應(yīng)的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)需要適應(yīng)計(jì)費(fèi)流程的變化進(jìn)行升級(jí)改造。根據(jù)用戶和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化，分析IPv4和IPv6雙棧計(jì)費(fèi)流程，探討有利于業(yè)務(wù)發(fā)展的計(jì)費(fèi)模式和計(jì)費(fèi)策略十分必要。

2 固定網(wǎng)絡(luò)IPv4和IPv6雙棧計(jì)費(fèi)流程

2.1 雙棧固定網(wǎng)絡(luò)

在雙棧固定網(wǎng)絡(luò)中，國(guó)內(nèi)主要寬帶運(yùn)營(yíng)商部署了公網(wǎng)雙棧、私網(wǎng)雙棧等過(guò)渡技術(shù)，同時(shí)在城域骨干網(wǎng)和骨干網(wǎng)開啟了雙棧。BRAS作為終結(jié)用戶PPPoE連接的業(yè)務(wù)接入控制設(shè)備，將用戶IP分組轉(zhuǎn)發(fā)到雙棧的城域骨干網(wǎng)中，然后分別連接IPv4和IPv6互聯(lián)網(wǎng)。在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向下一代互聯(lián)網(wǎng)過(guò)渡的過(guò)程中，BRAS接入的用戶既有僅支持IPv4的老用戶，也有同時(shí)支持IPv4和IPv6的新用戶，因此BRAS需要開啟雙棧，并配置IPv4地址池和IPv6地址池，同時(shí)給雙棧用戶分配IPv4地址和IPv6地址。用戶路由型CPE和終端PC在具備條件的情況下也要開啟雙棧，在固定網(wǎng)絡(luò)向IPv6演進(jìn)的過(guò)程中，終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需長(zhǎng)期開啟雙棧，雙棧技術(shù)是固定網(wǎng)絡(luò)向IPv6過(guò)渡的主要技術(shù)，是其他過(guò)渡技術(shù)的基礎(chǔ)。

雙棧固定網(wǎng)絡(luò)具備支持IPv4和IPv6雙棧用戶接入的能力，既支持老舊IPv4終端的接入，也支持新型雙棧終端的接入。雙棧用戶可以通過(guò)橋接型CPE接入，也可以通過(guò)雙棧路由型CPE接入，組網(wǎng)示例如圖1所示。

用戶以PPPoE方式接入時(shí)，在PPPoE的IPCP階段獲取IPv4地址，IPv6 CP階段后通過(guò)ND或DHCP方式獲取IPv6地址或前綴。BRAS需要支持通過(guò)PPPoE+ND/DHCP方式給雙棧接入用戶分配IPv4和IPv6地址，并發(fā)送用戶訪問(wèn)IPv4和IPv6業(yè)務(wù)的計(jì)費(fèi)信息，AAA服務(wù)器需要支持對(duì)相應(yīng)雙棧用戶的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)等功能。

用戶以IPoE方式接入時(shí)，通過(guò)DHCPv4獲取IPv4地址，通過(guò)DHCPv6獲取IPv6地址或前綴，BRAS需要支持通過(guò)DHCP方式給雙棧用戶分配IPv4和IPv6地址，同時(shí)發(fā)送用戶訪問(wèn)IPv4和IPv6業(yè)務(wù)的計(jì)費(fèi)信息，AAA服務(wù)器支持DHCP相關(guān)屬性的擴(kuò)展，支持對(duì)相應(yīng)雙棧用戶的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)等功能。

圖1 固定網(wǎng)絡(luò)雙棧組網(wǎng)示例

2.2 固定網(wǎng)絡(luò)雙棧計(jì)費(fèi)流程

在雙棧場(chǎng)景下，雙棧用戶的IPv4和IPv6計(jì)費(fèi)消息是采用一次發(fā)送還是兩次發(fā)送，目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。固網(wǎng)雙棧用戶可以通過(guò)PPPoE方式接入，也可以通過(guò)IPoE方式接入。通過(guò)PPPoE方式接入時(shí)，雙棧BRAS對(duì)于一個(gè)PPP連接的IPv4和IPv6，可以分別送出兩個(gè)不同的計(jì)費(fèi)記錄，AAA服務(wù)器相應(yīng)產(chǎn)生IPv4和IPv6的CDR；通過(guò)IPoE方式接入時(shí)，DHCPv4和DHCPv6是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程，相應(yīng)的計(jì)費(fèi)流程也是獨(dú)立的。PPPoE接入方式中，IPv4和IPv6地址的獲取在一個(gè)PPPoE連接過(guò)程中，相應(yīng)的IPv4和IPv6計(jì)費(fèi)存在一定的關(guān)聯(lián)。下面以路由型終端PPPoE接入方式為例，分析固網(wǎng)IPv4和IPv6雙棧計(jì)費(fèi)消息流程，如圖2所示。

用戶終端發(fā)起PPPoEv6撥號(hào)時(shí)，步驟（1）～（5）與PPPoEv4的流程完全相同，用戶獲取IPv4地址后向AAA服務(wù)器發(fā)送IPv4計(jì)費(fèi)起始分組，就可以開始IPv4數(shù)據(jù)分組的傳送。在IPv6 CP階段，終端協(xié)商獲取Interface ID，通過(guò)ND或DHCPv6獲取64 bit的IPv6地址前綴。對(duì)于PC終端，由IPv6地址前綴和Interface ID生成IPv6地址；對(duì)于路由型CPE，通過(guò)DHCPv6 PD獲取CPE的LAN口地址前綴，再由CPE通過(guò)ND或DHCPv6協(xié)議給用戶的PC分配IPv6地址，用戶終端獲取IPv6地址后，向AAA服務(wù)器發(fā)送IPv6計(jì)費(fèi)起始分組，IPv6計(jì)費(fèi)的起始分組通常選用accounting-interim分組，用戶獲得IPv6地址后就可以開始IPv6數(shù)據(jù)分組的傳送。

圖2 固定網(wǎng)絡(luò)IPv4/IPv6雙棧計(jì)費(fèi)流程

雙棧用戶計(jì)費(fèi)消息采取兩次發(fā)送的模式，BRAS可以對(duì)雙棧中的IPv4和IPv6獨(dú)立計(jì)費(fèi)，在計(jì)費(fèi)開始、中間和停止階段均分別向AAA服務(wù)器發(fā)送兩條計(jì)費(fèi)消息，IPv4和IPv6的CDR中的流量字段分別對(duì)應(yīng)用戶使用IPv4和IPv6地址所產(chǎn)生的流量，實(shí)現(xiàn)分別統(tǒng)計(jì)IPv4和IPv6流量。在PPP建立和釋放的同時(shí)，申請(qǐng)和釋放IPv4和IPv6地址，IPv4和IPv6 CDR中的時(shí)長(zhǎng)字段略微有差別，兩條計(jì)費(fèi)消息中的時(shí)長(zhǎng)基本相同。

如果雙棧用戶計(jì)費(fèi)消息采取一次發(fā)送的模式，則終端在獲取IPv4地址后不向AAA服務(wù)器發(fā)送IPv4計(jì)費(fèi)起始分組，獲取IPv6地址后，向AAA服務(wù)器發(fā)送攜帶IPv4和IPv6地址信息的計(jì)費(fèi)起始分組，而在中間和結(jié)束階段也只向AAA服務(wù)器發(fā)送一條計(jì)費(fèi)消息。這種方式難以分別記錄IPv4和IPv6的時(shí)長(zhǎng)和流量信息，不能適應(yīng)將來(lái)IPv4和IPv6的業(yè)務(wù)差異化服務(wù)要求，但這種模式對(duì)AAA系統(tǒng)的改造量相對(duì)較小，作為現(xiàn)階段IPv6快速部署的一種方案，具有一定的適用場(chǎng)景。

3 cdma2000移動(dòng)網(wǎng)IPv4和IPv6雙棧計(jì)費(fèi)流程

3.1 雙棧cdma2000移動(dòng)網(wǎng)

對(duì)于cdma2000移動(dòng)核心網(wǎng)分組域而言，PDSN和HA作為終結(jié)點(diǎn)終結(jié)用戶PPP連接，并將用戶IP分組轉(zhuǎn)發(fā)到外部分組網(wǎng)，適合采用雙棧技術(shù)。移動(dòng)網(wǎng)的用戶處于移動(dòng)和漫游狀態(tài)，具有空口帶寬有限、空口傳輸質(zhì)量差等特點(diǎn)，cdma2000移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向IPv6演進(jìn)過(guò)程中的過(guò)渡技術(shù)部署需要充分考慮這些特點(diǎn)。在cdma2000網(wǎng)絡(luò)分組域中，單個(gè)PDSN GW要同時(shí)處理新老用戶、本地和漫游用戶的接入，在向IPv6過(guò)渡的過(guò)程中，老用戶只支持IPv4、新用戶可支持IPv6，即意味著PDSN GW要將IPv4和IPv6兩種類型的數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)到外部分組網(wǎng)絡(luò)，因此PDSN需要支持雙棧技術(shù)。同時(shí)，在隧道和轉(zhuǎn)換技術(shù)成熟商用前，要實(shí)現(xiàn)用戶同時(shí)訪問(wèn)IPv4和IPv6業(yè)務(wù)，需要在一個(gè)PPP連接上同時(shí)分配IPv4和IPv6地址，即用戶雙棧接入。

綜上考慮，cdma2000網(wǎng)絡(luò)在向IPv6演進(jìn)的過(guò)程中，分組域網(wǎng)關(guān)設(shè)備需長(zhǎng)期開啟雙棧，雙棧技術(shù)是cdma2000網(wǎng)絡(luò)分組域向IPv6過(guò)渡的主要技術(shù)，是其他過(guò)渡技術(shù)的基礎(chǔ)。cdma2000移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)雙棧組網(wǎng)示例如圖3所示。

分組域設(shè)備在用戶面具備支持IPv6/IPv4雙棧的能力，既支持新型IPv6終端接入，也可以兼容原有IPv4用戶接入。分組域設(shè)備支持雙棧在信令面涉及SIPv4、SIPv6、MIPv4、MIPv6 4種 技 術(shù)。網(wǎng) 絡(luò) 必 須 同 時(shí) 支 持SIPv4和SIPv6，對(duì)于MIPv4和MIPv6，本質(zhì)上是隧道技術(shù)，主要目的是要實(shí)現(xiàn)用戶流量回歸屬地，MIPv4支持給用戶分配IPv4地址的標(biāo)準(zhǔn)尚不明確，而MIPv6現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)已可支持IPv4單棧、IPv6單棧和IPv4/IPv6雙棧用戶接入，是移動(dòng)IP方式下支持IPv6用戶接入的最優(yōu)選擇。

用戶以簡(jiǎn)單IP方式接入時(shí)，在一個(gè)PPP連接上同時(shí)獲取IPv4和IPv6雙棧地址訪問(wèn)業(yè)務(wù)，PDSN需要支持以簡(jiǎn)單IP方式接入的用戶分配雙棧地址，同時(shí)訪問(wèn)IPv4和IPv6業(yè)務(wù)的相關(guān)功能，AAA服務(wù)器需要支持對(duì)雙棧用戶的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)等功能。

用戶以代理移動(dòng)IP方式接入時(shí)，在一個(gè)PPP連接上同時(shí)獲取IPv4和IPv6雙棧地址訪問(wèn)業(yè)務(wù)，使用PMIPv6，PDSN和AAA服務(wù)器除需要支持雙棧用戶以簡(jiǎn)單IP方式接入時(shí)的功能外，PDSN、HA和AAA服務(wù)器設(shè)備還需支持PMIPv6。

圖3 cdma2000移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)雙棧組網(wǎng)示例

3.2 移動(dòng)網(wǎng)雙棧計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)流程

根 據(jù)3GPP2 X.S0011-005-D（cdma2000 Wireless IP Network Standard Accounting Service and 3GPP2 RADIUS VSA）規(guī)范，在分組域中，IPv4和IPv6地址的計(jì)費(fèi)對(duì)于后付費(fèi)用戶是獨(dú)立的，雙棧PDSN對(duì)于一個(gè)PPP的IPv4和IPv6接入分別產(chǎn)生不同的UDR，AAA服務(wù)器分別產(chǎn)生IPv4和IPv6的CDR并存放于不同的目錄中，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)基于話單目錄區(qū)分是哪種類型的話單。簡(jiǎn)單IPv4和IPv6雙棧計(jì)費(fèi)消息流程如圖4所示。

AAA服務(wù)器發(fā)送的access accept消息中攜帶IP-services-authorized屬 性 授 權(quán)SIPv4、SIPv6雙 棧，通 過(guò)framed-IPv6-pool和framed-pool授權(quán)IPv6前綴池和IPv4地址池，授權(quán)IPv4或IPv6 DNS地址。

PDSN給 用 戶 分 配IPv4和IPv4 DNS地 址，PDSN向AAA服務(wù)器發(fā)送IPv4計(jì)費(fèi)開始消息。

PDSN在RA消息中從AAA服務(wù)器授權(quán)的IPv6前綴池中給終端分配一個(gè)IPv6前綴，終端根據(jù)RA中的分配，IPv6前綴使用無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置機(jī)制生成全局IPv6地址，無(wú)狀態(tài)DHCP機(jī)制為終端分配IPv4 DNS地址。同時(shí)，PDSN向AAA服務(wù)器發(fā)送IPv6計(jì)費(fèi)開始消息。

PDSN對(duì)IPv4和IPv6會(huì)話進(jìn)行獨(dú)立計(jì)費(fèi)，在計(jì)費(fèi)開始、中間和停止階段分別向AAA服務(wù)器發(fā)送兩條計(jì)費(fèi)消息，分別統(tǒng)計(jì)IPv4和IPv6流量。在PPP建立和釋放的同時(shí)，申請(qǐng)和釋放IPv4和IPv6地址的情況下，兩條計(jì)費(fèi)消息的時(shí)長(zhǎng)相同。

圖4 cdma2000移動(dòng)網(wǎng)分組域簡(jiǎn)單IPv4/IPv6雙棧計(jì)費(fèi)消息流程

IPv4和IPv6的UDR中的流量字段，分別對(duì)應(yīng)用戶使用IPv4和IPv6地址所產(chǎn)生的流量，即可實(shí)現(xiàn)分別統(tǒng)計(jì)IPv4和IPv6流量。但I(xiàn)Pv4和IPv6 UDR中的時(shí)長(zhǎng)字段均針對(duì)整個(gè)PPP連接，因此無(wú)法區(qū)分用戶使用IPv4和IPv6地址的時(shí)長(zhǎng)。

CDR中帶有source IP address字段的為IPv4話單，IPv4話單中的data octet count為用戶用IPv4地址訪問(wèn)業(yè)務(wù)的流量，IPv4最后一個(gè)結(jié)束報(bào)文中，攜帶sessioncontinue=false。

CDR中帶有source IPv6 prefix字段的為IPv6話單，話單中的data octet count為用戶用IPv6地址訪問(wèn)業(yè)務(wù)的流量，IPv6最后一個(gè)話單結(jié)束報(bào)文中，攜帶session-continue=false。

PDSN單獨(dú)對(duì)IPv4和IPv6進(jìn)行計(jì)費(fèi)統(tǒng)計(jì)，由于這兩個(gè)進(jìn)程使用的是同一個(gè)認(rèn)證/授權(quán)消息，一個(gè)PPP會(huì)話中的IPv4和IPv6 CDR的correlation ID相 同，account session ID不相同。PPP建立和釋放時(shí)，申請(qǐng)和釋放IPv4和IPv6地址，IPv4地址使用時(shí)長(zhǎng)=IPv6地址使用時(shí)長(zhǎng)=PPP會(huì)話時(shí)長(zhǎng)，則IPv6 CDR中的acct-session-time=IPv4 CDR中 的acct-session-time=PPP會(huì)話時(shí)長(zhǎng)。將來(lái)，可能出現(xiàn)IPv4和IPv6地址不同時(shí)申請(qǐng)、釋放的情況，由應(yīng)用程序決定。

4 IPv4和IPv6雙棧計(jì)費(fèi)應(yīng)用展望

從目前市場(chǎng)計(jì)費(fèi)需求來(lái)看，IPv4和IPv6暫時(shí)無(wú)需區(qū)別計(jì)費(fèi)，需要統(tǒng)一向用戶呈現(xiàn)一張?jiān)拞巍氖袌?chǎng)發(fā)展和客戶服務(wù)的角度，有可能存在用戶需要查詢流量詳單的需求，因此話單中需要保留可以區(qū)分標(biāo)識(shí)IPv4和IPv6的流量，能夠滿足未來(lái)市場(chǎng)對(duì)IPv6區(qū)分計(jì)費(fèi)的要求。

從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維需求來(lái)看，在IPv4和IPv6計(jì)費(fèi)消息中，可分別統(tǒng)計(jì)IPv4和IPv6會(huì)話的上下線數(shù)據(jù)分組數(shù)量和吞吐量，為運(yùn)營(yíng)商清晰呈現(xiàn)IPv4和IPv6業(yè)務(wù)的使用量，便于網(wǎng)絡(luò)資源的占用分析和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。

根據(jù)前面的流程分析，固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)均可以采用雙棧用戶IPv4和IPv6地址獨(dú)立計(jì)費(fèi)的方式，BRAS和PDSN可以對(duì)雙棧中的IPv4和IPv6獨(dú)立計(jì)費(fèi)，在計(jì)費(fèi)開始、中間和停止階段分別向AAA服務(wù)器發(fā)送兩條計(jì)費(fèi)消息，IPv4和IPv6的CDR中的流量字段分別對(duì)應(yīng)用戶使用IPv4和IPv6地址所產(chǎn)生的流量，分別統(tǒng)計(jì)IPv4和IPv6流量。AAA服務(wù)器對(duì)雙棧用戶分別產(chǎn)生IPv4和IPv6的CDR。由于AAA服務(wù)器雙棧用戶對(duì)雙棧用戶產(chǎn)生CDR的數(shù)量增加一倍，則要求AAA服務(wù)器設(shè)備有更高的處理能力，提供更多的存儲(chǔ)空間，同時(shí)也要求IT計(jì)費(fèi)賬務(wù)系統(tǒng)提升處理能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向IPv6演進(jìn)涉及終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、IT系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及應(yīng)用系統(tǒng)等各個(gè)環(huán)節(jié)，如何促進(jìn)業(yè)務(wù)和應(yīng)用的遷移，引導(dǎo)用戶使用IPv6業(yè)務(wù)和應(yīng)用是當(dāng)前的重要考慮。在雙棧環(huán)境下，雖然目前暫無(wú)區(qū)別計(jì)費(fèi)需求，但中期不排除有差異化價(jià)格策略，因此通過(guò)分析雙棧計(jì)費(fèi)流程，提供差異化的IPv4和IPv6計(jì)費(fèi)策略，可以有效引導(dǎo)雙棧用戶使用IPv6應(yīng)用，從而促進(jìn)CP/SP的應(yīng)用向IPv6遷移，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的良性循環(huán)，加速現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向下一代互聯(lián)網(wǎng)過(guò)渡。

1 Droms R,Bound J,Volz B,et al.Dynamic Host Configure Protocol for IPv6.RFC3315,2003

2 Varada S,Haskins D,Allen E.IP Version 6 over PPP.RFC5072,2007

3 Rigney C,Willens S,Rubens A,et al.Remote Authentication Dial in User Service(RADIUS).RFC2865,2010

4 Rigney C.RADIUS Accounting.RFC2866,2010

5 3GPP2 X.S0011-005-D.cdma2000 Wireless IP Network Standard Accounting Services and 3GPP2 RADIUS VSAs,2009