電信運(yùn)營商IPv6 DS-Lite部署全流程方案

黃 鵬 繆 偉 何俊飛 胡 成

1 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司 南昌 330002

2 中國電信江西分公司網(wǎng)絡(luò)發(fā)展部 南昌 330002

前言

為了解決IPv4地址耗盡問題，同時推進(jìn)IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，發(fā)展下一代互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前和未來一段時期內(nèi)國內(nèi)各電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一項(xiàng)重要工作。具體措施則是以公網(wǎng)雙棧技術(shù)為基礎(chǔ)推動網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，按需部署DS-Lite和NAT444等主流過渡技術(shù)應(yīng)對IPv4 地址枯竭。

由于部署NAT444與用戶家庭終端無關(guān)，技術(shù)成熟、流程簡單且釋放IPv4地址效果較為明顯，各運(yùn)營商均優(yōu)先采用NAT444進(jìn)行大規(guī)模部署，雖然地址釋放效率較高，但由于用戶PC終端、路由器等不支持IPv6，導(dǎo)致部署NAT444后IPv6使用率很低，不利于推動下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

隨著各運(yùn)營商光纖城市-FTTH(光纖到戶)覆蓋工程的持續(xù)推動，以往限制DS-Lite規(guī)模部署的家庭網(wǎng)關(guān)和規(guī)模問題也得以解決，而國家層面也高度重視并大力推進(jìn)下一代互聯(lián)網(wǎng)商用部署，加快推動全國主要商業(yè)網(wǎng)站和政府門戶升級支持IPv6[1]。

所以，本文將從運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)入手，詳細(xì)梳理出大規(guī)模部署DS-Lite的端到端全流程方案，并加以對比分析，供運(yùn)營商在后期的建設(shè)中提供參考。

1 分布式DS-Lite技術(shù)介紹

DS-lite是一種針對有線寬帶用戶向IPv6 平滑演進(jìn)的過渡技術(shù)，相對于常規(guī)雙棧，DS-Lite在BRAS(寬帶遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器)和CPE(家庭網(wǎng)關(guān))之間只需啟用IPv6協(xié)議分配IPv6地址，終端的IPv4地址由家庭網(wǎng)關(guān)自行分配。訪問IPv4業(yè)務(wù)的流量在CPE出口封裝到IPv6隧道中傳輸，在BRAS側(cè)通過DS-Lite網(wǎng)關(guān)設(shè)備AFTR(隧道終結(jié)設(shè)備)解封裝，并對私有地址進(jìn)行NAT(網(wǎng)絡(luò)地址翻譯)，訪問IPv6業(yè)務(wù)的流量在網(wǎng)絡(luò)中直接轉(zhuǎn)發(fā)。運(yùn)營商的BRAS無需為終端用戶規(guī)劃、部署和分配IPv4地址，因此稱為輕型雙棧[2]。

與公網(wǎng)雙棧一致，需對網(wǎng)絡(luò)升級支持路由雙棧，家庭網(wǎng)關(guān)需支持DS-lite客戶端功能，且以采用路由型家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)為主，同時網(wǎng)絡(luò)側(cè)需支持DS-lite局端功能，一般由BRAS設(shè)備插AFTR板卡實(shí)現(xiàn)，AFTR設(shè)備負(fù)責(zé)執(zhí)行隧道封裝、解封裝和IPv4-IPv4地址翻譯，提供多個用戶對公網(wǎng)IPv4地址池的復(fù)用[3]。

DS-Lite部署網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及流程如圖1所示。

圖1 DS-Lite部署網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及流程圖

圖2 新增用戶開戶全流程圖

1)家庭網(wǎng)關(guān)CPE，開啟IPv6及DS-lite協(xié)議；BRAS插入AFTR板卡，開啟相應(yīng)功能。

2)CPE與AFTR協(xié)商建立DSLite隧道。

3)CPE撥號，認(rèn)證通過后，AAA(認(rèn)證授權(quán)計費(fèi)系統(tǒng))指定BRAS下發(fā)2個IPv6前綴，分為ND和PD(ND用于家庭網(wǎng)關(guān)WAN口生成IPv6地址使用，PD用于家庭網(wǎng)關(guān)分配給PC機(jī)IPv6地址使用)。

4)家庭網(wǎng)關(guān)則分配給PC一個IPv6公網(wǎng)地址以及一個IPv4私網(wǎng)地址。

5)用戶上網(wǎng)過程中通過發(fā)送DNS(域名解析系統(tǒng)) A和AAAA記錄請求來獲取IPv4或者IPv6網(wǎng)站地址，并使用相應(yīng)的協(xié)議棧與之通信，進(jìn)而去訪問互聯(lián)網(wǎng)中的相關(guān)IPv4/IPv6資源；如需訪問IPv4資源，則家庭網(wǎng)關(guān)CPE會和BRAS的AFTR板卡建立DS-Lite隧道，將PC機(jī)的IPv4報文封裝在IPv6包頭中，通過DS-lite隧道傳遞到BRAS AFTR板卡，然后AFTR板卡則將對收到報文內(nèi)的私網(wǎng)IPv4地址進(jìn)行NAT轉(zhuǎn)換成公網(wǎng)IPv4地址，進(jìn)行資源訪問，如訪問IPv6資源，則直接使用IPv6報文[4]。

2 現(xiàn)有業(yè)務(wù)受理全流程

DS-Lite改造將涉及到眾多IT/IP系統(tǒng)，應(yīng)遵循系統(tǒng)最小改造原則，盡量不改變現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程，不給前端業(yè)務(wù)受理造成影響。

下面對現(xiàn)有開戶流程進(jìn)行梳理，以便對部署DS-lite的流程進(jìn)行對比，得出需要改造的系統(tǒng)和要點(diǎn)(如圖2所示)。

1)業(yè)務(wù)受理，錄入用戶郵政地址和用戶聯(lián)系電話等信息；2)完成業(yè)務(wù)訂購，生成訂單并提交；3)資源管理系統(tǒng)進(jìn)行資源查詢和預(yù)占；4)接收到自動工單，分別向AAA系統(tǒng)、PON網(wǎng)管以及ITMS(終端管理)發(fā)送相關(guān)指令并反饋激活結(jié)果；5)IP網(wǎng)管進(jìn)行配置激活，如打開DSLAM(數(shù)字用戶線路接入復(fù)用器)通道和速率模版，AAA接收用戶相關(guān)信息；6)網(wǎng)管系統(tǒng)完成施工后，返回結(jié)果到服務(wù)開通系統(tǒng)；7)服務(wù)開通系統(tǒng)下發(fā)外線施工工單至綜合調(diào)度系統(tǒng)；8)綜合調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)類型等安排技術(shù)人員上門；9)技術(shù)人員上門安裝調(diào)試；10)安裝調(diào)試完成后，返回結(jié)果至服務(wù)開通系統(tǒng)；11)服務(wù)開通系統(tǒng)返回結(jié)果至CRM(客戶關(guān)系管理)系統(tǒng)；12)服務(wù)開通系統(tǒng)通知資源管理系統(tǒng)，可以標(biāo)識已占用資源；13)CRM系統(tǒng)、AAA以及資源管理平臺有任何一個平臺進(jìn)行了用戶相關(guān)屬性更改，需要返寫同步到相關(guān)其他系統(tǒng)[5-6]。

3 DS-Lite部署的全流程方案

根據(jù)上面對開戶流程的梳理，如果要進(jìn)行IPv6改造，可以增加一個字段標(biāo)識，通過增加對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IP屬性的管理，并依照網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP屬性，標(biāo)識用戶的IP屬性。這樣只需要對IP屬性的更改就能夠完成相應(yīng)IPv6屬性變更。

3.1 全自動流程方案

全自動流程部署方案的核心是現(xiàn)有的資源管理平臺，根據(jù)資源管理系統(tǒng)對設(shè)備的管理方式，對BRAS和下聯(lián)接入網(wǎng)設(shè)備(DSLAM、ONU、OLT、樓道交換機(jī))設(shè)置設(shè)備級屬性。資源管理系統(tǒng)標(biāo)注BRAS設(shè)備和下聯(lián)接入設(shè)備的設(shè)備屬性，同時標(biāo)識BRAS和接入設(shè)備的歸屬關(guān)系。接入設(shè)備屬性與上聯(lián)BRAS設(shè)備屬性保持一致，如接入設(shè)備雙上聯(lián)2臺BRAS，則設(shè)備屬性均設(shè)置為低級別BRAS設(shè)備屬性。

BRAS及其下聯(lián)接入網(wǎng)設(shè)備的設(shè)備屬性由低至高分為以下幾類：

0——默認(rèn)屬性，指公網(wǎng)單棧

1——公網(wǎng)單棧

2——公網(wǎng)雙棧

3——私網(wǎng)單棧

4——私網(wǎng)雙棧

5——DS-lite

下面將對采用全自動流程方案進(jìn)行改造后的開戶流程進(jìn)行梳理，具體如圖3所示。

1)用戶正常進(jìn)行業(yè)務(wù)受理，受理渠道一般有客服電話、網(wǎng)上營業(yè)廳、微信營業(yè)廳等，后臺則通過CRM系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。

2)受理業(yè)務(wù)后，在流轉(zhuǎn)工單時插入一個默認(rèn)屬性，比如0，指的是公網(wǎng)單棧用戶。

3)資源管理平臺收到工單后，則會根據(jù)用戶物理地址(比如XX路YY小區(qū))，找到相應(yīng)的接入網(wǎng)資源，然后進(jìn)行如下分解步驟。①預(yù)占接入網(wǎng)資源；②根據(jù)接入設(shè)備屬性確定用戶屬性并寫入用戶屬性字段，用戶屬性與接入設(shè)備屬性保持一致；而接入網(wǎng)設(shè)備屬性則與BRAS設(shè)備屬性一致；③如BRAS已經(jīng)改造支持DS-Lite，那么接入到BRAS的接入網(wǎng)設(shè)備也會將相應(yīng)的設(shè)備屬性改為DS-Lite，如果接入網(wǎng)設(shè)備同時上聯(lián)2臺BRAS，那么接入網(wǎng)設(shè)備的設(shè)備屬性則采用等級較低的那臺BRAS的屬性；④最終根據(jù)設(shè)備屬性結(jié)果，更改收到的工單里面的默認(rèn)屬性，然后將工單流轉(zhuǎn)回服務(wù)開通系統(tǒng)。

4)服務(wù)開通系統(tǒng)照常將工單傳遞給激活系統(tǒng)和綜合調(diào)度系統(tǒng)。

5)激活系統(tǒng)將工單傳遞給AAA、IP網(wǎng)管、終端管理等系統(tǒng)，并進(jìn)行相關(guān)施工和記錄操作。

6)終端管理平臺主要是下發(fā)相應(yīng)的參數(shù)給CPE，比如隧道的終結(jié)地址、隧道建立的口令等。

圖3 全自動流程

7)綜合調(diào)度系統(tǒng)主要是外線上面施工，如果是DS-Lite用戶，則需要特別注意CPE必須為支持DSLite的終端，且上面技術(shù)人員應(yīng)該具備DS-Lite的操作技能。一般都是在工單上備注DS-Lite字段，發(fā)配工單時就進(jìn)行相應(yīng)選擇。特別說明：目前集采CPE時均能夠?qū)崿F(xiàn)對DS-Lite的支持，如客戶自帶CPE(或自行更換)也需支持DSLite，需要在業(yè)務(wù)受理單或通過相應(yīng)渠道予以明確說明。

8)最后回單確認(rèn)，完成整個開戶流程。

用戶上網(wǎng)端到端流程如圖4。

1)用戶CPE自動完成與BRAS的AFTR板卡的DS-LITE隧道建立，當(dāng)然這步在外線施工時就已經(jīng)完成；

2)CPE采用路由模式，自動進(jìn)行PPPOE撥號；

3)B R A S轉(zhuǎn)發(fā)撥號認(rèn)證的RADIUS報文至AAA系統(tǒng)；

4)AAA查詢用戶的屬性(之前開戶時就已經(jīng)從激活系統(tǒng)獲取)，確定屬性為DS-Lite，則告知BRAS下發(fā)DS-Lite的地址池；

5)BRAS下發(fā)2個IPv6前綴至CPE；

6)CPE根據(jù)下聯(lián)終端(如PC、智能手機(jī))是否支持IPv6來下發(fā)相應(yīng)的地址；

7)最終根據(jù)DNS請求結(jié)果，進(jìn)行IPv4/IPv6資源訪問。

圖4 DS-Lite用戶上網(wǎng)流程

采用這種改造方案，既不給前端業(yè)務(wù)受理造成任何壓力，也無需后端維護(hù)人員過多干預(yù)，且當(dāng)一臺BRAS即支持NAT444也支持DSLite的時候，可以通過更改屬性來同時支持，后續(xù)用戶移機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)自動化配置。所涉及到的系統(tǒng)改造量均較小，只是增加一個屬性值，所有流程與現(xiàn)有方式一致。但是在現(xiàn)有的情況下，也存在一些問題需要注意。

1)資源管理平臺。①資源系統(tǒng)在數(shù)據(jù)錄入時，一般只會將用戶實(shí)際地址(如XX路YY小區(qū))與末端接入網(wǎng)設(shè)備(如OLT、分光器、DSLAM等)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣輸入用戶實(shí)際地址，就能夠馬上查詢到這個地址是否有網(wǎng)絡(luò)覆蓋，是否有資源可用，但基本沒有對接入網(wǎng)設(shè)備和BRAS設(shè)備進(jìn)行一對一的關(guān)聯(lián)。②如果采用這種方式，必須重新錄入接入網(wǎng)設(shè)備與BRAS設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系，后續(xù)入網(wǎng)的設(shè)備、割接的鏈路均需要錄入。③大部分省分公司的運(yùn)維模式是接入網(wǎng)由分公司運(yùn)維，而BRAS等設(shè)備則由省公司集中上收管理，如果重新錄入資源，那么將需要進(jìn)行大量的資源普查工作，同時相互的配合實(shí)施、資源錄入的職責(zé)劃分都將延誤整個工作。

2)CPE終端。①盡管從DS-Lite方案制定后，各運(yùn)營商集采的CPE終端都宣稱支持DS-Lite，但在實(shí)際測試會發(fā)現(xiàn)，很多需要重新升級軟件版本才能實(shí)現(xiàn)；而現(xiàn)網(wǎng)中存在很多的老舊CPE終端，根本就無法支持DS-Lite。②為大規(guī)模部署時，還需要對現(xiàn)網(wǎng)CPE進(jìn)行升級，不然，當(dāng)老用戶在移機(jī)或者批量處理的時候，很有可能無法支持DSLite而造成回退。

3)裝維人員。整個DS-Lite的實(shí)現(xiàn)原理很簡單，但由于涉及到的網(wǎng)元和系統(tǒng)較多，且在現(xiàn)場調(diào)試時技術(shù)難度較高，故需要對現(xiàn)有技術(shù)人員進(jìn)行特別培訓(xùn)[7]。

3.2 半自動流程方案

考慮半自動流程的主要原因還是資源管理平臺無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)端到端設(shè)備歸屬關(guān)系，且短期內(nèi)對資源管理系統(tǒng)進(jìn)行改造的成本較高、周期較長。

半自動流程部署方案的核心則是ITMS系統(tǒng)與激活系統(tǒng)進(jìn)行配合實(shí)施，當(dāng)然標(biāo)識的字段還是設(shè)備屬性和用戶屬性，所有端到端的IP/IT系統(tǒng)都應(yīng)該進(jìn)行識別。

與全自動方案不同的是，半自動方案不是在用戶開戶的時候就進(jìn)行標(biāo)識和處理，而是待用戶已經(jīng)以現(xiàn)有方式接入后再按照老存量用戶的模式進(jìn)行處理。

下面將對采用半自動方案的端到端全流程進(jìn)行梳理，具體如圖5所示。

1)用戶開戶仍然與現(xiàn)有模式一致，只不過在開戶時增加一個默認(rèn)值0，這個值也同步傳遞給其他系統(tǒng)，但不進(jìn)行改變；2)待某臺BRAS改造支持DS-Lite后，通過后臺將這臺BRAS下的FTTH用戶梳理出來，包括FTTH用戶的終端型號和版本號，對照支持DS-Lite的終端列表，最終將這臺BRAS下面CPE支持DS-Lite的FTTH用戶篩選出來。3)通過CRM系統(tǒng)，將篩選出來的用戶清單進(jìn)行批量導(dǎo)入，形成操作工單，這里已經(jīng)將用戶屬性進(jìn)行了更改。4)工單按照現(xiàn)有流程傳遞給資源管理系統(tǒng)和服務(wù)開通系統(tǒng)、激活系統(tǒng)等；5)激活系統(tǒng)將用戶屬性進(jìn)行修改，然后傳遞給AAA、ITMS系統(tǒng)(這里不再傳遞給綜合調(diào)度系統(tǒng))；6)AAA系統(tǒng)保存用戶的屬性值即可，ITMS系統(tǒng)則對CPE設(shè)備下發(fā)相應(yīng)的參數(shù)，比如隧道對端地址等；7)ITMS施工成功后，返回結(jié)果至激活系統(tǒng)，進(jìn)而完成整個工單處理；8)CPE接受指令成功后直接與AFTR進(jìn)行對接，建立DS-Lite隧道；9)后面的流程則參照全流程上網(wǎng)端到端流程。

圖5 半自動流程

這里補(bǔ)充一點(diǎn)，如果一臺BRAS既部署了NAT444又部署了DS-lite，那么如何實(shí)現(xiàn)兩種過渡方案都支持。重點(diǎn)在AAA系統(tǒng)，AAA系統(tǒng)可以將這臺BRAS的設(shè)備屬性默認(rèn)設(shè)置為NAT444，這樣一旦用戶撥號來認(rèn)證，AAA就可以查找它的屬性，根據(jù)上面的分析，DSLite用戶的屬性已經(jīng)由激活同步給了AAA，那么AAA就可以根據(jù)這個屬性通知BRAS來下發(fā)地址。而非DS-Lite用戶，則AAA根據(jù)BRAS設(shè)備默認(rèn)屬性自動給用戶分配相對應(yīng)的屬性值，NAT444的值一般設(shè)置為4，然后AAA再將這個用戶屬性值返寫給CRM和資源管理系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一。

從現(xiàn)有的情況來看，采用半自動處理流程完全是一個妥協(xié)的方案，但是可以很迅速的進(jìn)行部署，整體改動較小，而且對于移機(jī)用戶只需要將屬性值再置回默認(rèn)值即可，當(dāng)然，也同樣存在一些問題需要注意。

1)無法對新增用戶直接進(jìn)行更改，這樣就會導(dǎo)致，間隔一段時間又需要對BRAS下面的用戶手工進(jìn)行一次梳理和處理，效率低下，工作量較大；

2)ITMS系統(tǒng)在對CPE進(jìn)行配置下發(fā)的時候，可能會由于種種原因而不成功，而不得不又切回現(xiàn)有模式，成功率得不到保障；

3)在下發(fā)指令不成功或者建立隧道不成功的情況下，不可避免的會出現(xiàn)一些不可預(yù)測的、系統(tǒng)無法自動處理的問題，這個時候就需要技術(shù)裝維人員上門處理，降低用戶感知的同時也增加了人工成本。

4)當(dāng)然上面全自動流程所提到的CPE版本問題和裝維人員技術(shù)水平問題仍然存在。

4 結(jié)束語

上面提到的兩種部署方案，核心點(diǎn)是一致的，主要還是通過標(biāo)識用戶屬性來進(jìn)行區(qū)分對待，運(yùn)營商在進(jìn)行實(shí)際部署時，需要著重考慮下現(xiàn)有的業(yè)務(wù)流程以及各個系統(tǒng)自身的情況來進(jìn)行選取。

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