WIFI業(yè)務(wù)IP地址使用的優(yōu)化

張 璐，張飛云

(天津市電信公司 天津300456)

WIFI業(yè)務(wù)IP地址使用的優(yōu)化

張 璐，張飛云

(天津市電信公司 天津300456)

隨著IPv4地址的逐漸枯竭，目前全球可分配IPv4(以下簡(jiǎn)稱v4)地址已經(jīng)在2011年初由IANA全部分配到各個(gè)地區(qū)組織，IANA已經(jīng)無(wú)v4地址可分配。結(jié)合天津電信WIFI業(yè)務(wù)使用IP地址不合理的情況，對(duì)WIFI業(yè)務(wù)模式和設(shè)備特性進(jìn)行分析，并通過(guò)測(cè)試制定IP地址使用優(yōu)化方案，并對(duì)該方案實(shí)施的效果進(jìn)行了總結(jié)。

IPv4 地址枯竭 WIFI 認(rèn)證前域 IP地址沖突

0 引 言

隨著 IPv4地址的逐漸枯竭，目前全球可分配IPv4(以下簡(jiǎn)稱v4)地址已經(jīng)在2011年初由IANA全部分配到各個(gè)地區(qū)組織，IANA已經(jīng)無(wú) v4地址可分配。中國(guó)電信全部 v4地址資源緊張，其優(yōu)化及發(fā)展已成為主題。

在 IPv6(以下簡(jiǎn)稱 v6)正式全網(wǎng)部署前，必將存在一段相當(dāng)長(zhǎng)的v4/v6過(guò)渡期。中國(guó)電信經(jīng)過(guò)近2年的研究與現(xiàn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到IPv6在協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備及終端支持、產(chǎn)業(yè)鏈等各方面都還很不完善，ICP基本尚未建立。因此 v6的商業(yè)化部署及業(yè)務(wù)啟動(dòng)還需要較長(zhǎng)時(shí)間；同時(shí)考慮到 v6過(guò)渡技術(shù)也不成熟，中國(guó)電信面臨著 v6大規(guī)模商用前 v4地址已耗盡的風(fēng)險(xiǎn)。為了保證中國(guó)電信的業(yè)務(wù)發(fā)展，確保能平穩(wěn)過(guò)渡到v6，延緩v4地址枯竭時(shí)間，為部署下一代網(wǎng)絡(luò)贏得時(shí)間，v4地址的優(yōu)化挖潛勢(shì)在必行。

從 2010年起，天津電信大力發(fā)展校園 WIFI業(yè)務(wù)，截至2014年，天翼寬帶WIFI累計(jì)使用用戶數(shù)達(dá)到 1,625,516戶，其中以天翼手機(jī)號(hào)碼為賬號(hào)的天翼寬帶 WIFI累計(jì)使用用戶數(shù)達(dá)到 443,959戶，活躍用戶達(dá)到 19萬(wàn)戶。WIFI業(yè)務(wù)的流程較為特殊，用戶只要開啟無(wú)線終端，在有“ChinaNet”無(wú)線信號(hào)的區(qū)域就可以接入中國(guó)電信 WIFI網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)中國(guó)電信推送的認(rèn)證頁(yè)面完成認(rèn)證，接入互聯(lián)網(wǎng)。但目前無(wú)線終端種類較多，一旦終端的無(wú)線網(wǎng)卡打開，就可以自動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)獲取一個(gè)公網(wǎng)IP地址，如果用戶不進(jìn)行認(rèn)證，公網(wǎng) IP資源就會(huì)一直被占用，對(duì)現(xiàn)有的 IP地址資源造成很大的浪費(fèi)。本課題針對(duì)此問(wèn)題，制定了相關(guān)的解決方案。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 WIFI業(yè)務(wù)接入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

用戶通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入城域網(wǎng)內(nèi)，通過(guò) BAS的認(rèn)證前域的動(dòng)態(tài)地址池向用戶終端分配一個(gè)公網(wǎng) IP地址，用戶在打開 IE的時(shí)候，BAS通過(guò)制定重定向策略，為用戶推送 WEB認(rèn)證頁(yè)面，用戶通過(guò)認(rèn)證頁(yè)面完成認(rèn)證和鑒權(quán)，接入互聯(lián)網(wǎng)(見圖1)。

圖1 WIFI網(wǎng)絡(luò)接入/認(rèn)證拓?fù)鋱DFig.1 Topology of WIFI network access/verification

1.2 WIFI業(yè)務(wù)認(rèn)證流程(見圖2)

圖2 WIFI業(yè)務(wù)認(rèn)證流程Fig.2 Authentication process of WIFI services

1.3 現(xiàn)狀存在的問(wèn)題

1.3.1 業(yè)務(wù)接入方式問(wèn)題(見表1)

表1 各區(qū)域地址浪費(fèi)占比統(tǒng)計(jì)Tab.1 Proportion of wasted regional addresses

從目前 WIFI業(yè)務(wù)接入方式及認(rèn)證流程看，采用DHCP＋PORTAL方式實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證及鑒權(quán)，DHCP由 BAS設(shè)置認(rèn)證前域，由認(rèn)證前域給用戶終端分配動(dòng)態(tài) IP地址，通過(guò) BAS的重定向功能，向用戶推送WEB認(rèn)證頁(yè)面。用戶完成認(rèn)證后，自動(dòng)轉(zhuǎn)向認(rèn)證后域。在實(shí)際環(huán)境中發(fā)現(xiàn)，大量開啟無(wú)線終端的用戶僅在認(rèn)證前域占用公網(wǎng)IP地址，并未進(jìn)行認(rèn)證，給目前緊張的IPV4地址資源造成很大的浪費(fèi)。

1.3.2 設(shè)備機(jī)制問(wèn)題(見表2)

BAS的用戶探測(cè)機(jī)制與DNCP協(xié)議的用戶廣播探測(cè)機(jī)制，可能導(dǎo)致同一個(gè) IP地址分配給不同的用戶，造成IP地址沖突。在默認(rèn)情況下，BAS會(huì)將沖突IP設(shè)置成沖突，不再進(jìn)行分配，在一定程度下對(duì) IP地址造成很大浪費(fèi)。

表2 各區(qū)域地址沖突占比統(tǒng)計(jì)Tab.2 Proportion of regional address conflicts

隨著運(yùn)行時(shí)間的推移和業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)，沖突 IP地址占比會(huì)呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，浪費(fèi)地址的同時(shí)給業(yè)務(wù)造成很大隱患。

2 問(wèn)題分析

2.1 原因分析

從業(yè)務(wù)及設(shè)備技術(shù)角度兩條主線進(jìn)行深入調(diào)查，從用戶行為、終端情況、技術(shù)參數(shù)等3方面入手，對(duì)IP地址浪費(fèi)原因進(jìn)行細(xì)致分析，找出造成IP地址浪費(fèi)的4個(gè)末端因素，如表3所示。

表3 末端因素分析Tab.3 Analysis on end factors

① 原因一，用戶終端無(wú)線網(wǎng)卡長(zhǎng)期打開：目前大部分用戶在使用無(wú)線終端時(shí)，無(wú)線網(wǎng)卡并未關(guān)閉，長(zhǎng)期處于信號(hào)搜索狀態(tài)。

② 原因二，終端無(wú)線網(wǎng)卡有“記憶”功能，會(huì)主動(dòng)鏈接“ChinaNet”SSID：目前主流終端設(shè)備的無(wú)線網(wǎng)卡擁有“記憶”功能，手動(dòng)連接一次后，默認(rèn)將此SSID設(shè)為最優(yōu)。

③ 原因三，BAS設(shè)備未對(duì)不認(rèn)證用戶進(jìn)行特殊處理，使其占用大量IP地址。

④ 原因四，BAS和DHCP在IP地址分配上容易造成沖突IP地址：DHCP報(bào)文的廣播機(jī)制與BAS分配IP地址的機(jī)制容易造成IP地址的重復(fù)分配，BAS默認(rèn)將此類IP地址設(shè)置成沖突IP，不再進(jìn)行分配。

2.2 要因確定(見表4)

表4 要因分析Tab.4 Analysis on cause factors

①用戶終端無(wú)線網(wǎng)卡長(zhǎng)期打開。此問(wèn)題為用戶行為，從技術(shù)角度無(wú)法進(jìn)行控制，此項(xiàng)為非要因。②終端無(wú)線網(wǎng)卡有“記憶”功能，會(huì)主動(dòng)鏈接“ChinaNet”SSID。此問(wèn)題為終端無(wú)線網(wǎng)卡原因，并且終端種類繁雜，從技術(shù)角度無(wú)法進(jìn)行控制，此項(xiàng)為非要因。③設(shè)備未對(duì)占用 IP不認(rèn)證用戶進(jìn)行處理。設(shè)備對(duì)此類占用 IP終端不做任何處理，任由其長(zhǎng)期占用，造成局方設(shè)備問(wèn)題，此項(xiàng)為要因。④BAS和DHCP在 IP地址分配上容易造成沖突 IP地址。BRAS默認(rèn)的檢測(cè)機(jī)制，將DHCP和BAS將要調(diào)度的IP設(shè)置成沖突，不分配給任何用戶，此項(xiàng)為要因。

3 方案制定及實(shí)施

3.1 方案制定

3.1.1 優(yōu)化方向

① 降低地址沖突導(dǎo)致IP浪費(fèi)?；谀壳熬W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，即使 DHCP廣播探測(cè)到IP地址狀態(tài)為空閑時(shí)，BRAS不做沖突檢測(cè)，仍然可以將IP地址分配給其他用戶。② 降低認(rèn)證前域地址占用。通過(guò)在認(rèn)證前域設(shè)置對(duì)用戶流量的探測(cè)周期及門限值，可以對(duì)用戶主動(dòng)進(jìn)行 cut操作，將占用 IP但不參與認(rèn)證的用戶主動(dòng)進(jìn)行切斷，但配置時(shí)需要對(duì)時(shí)間和門限值進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，以防影響正常用戶的認(rèn)證。

3.1.2 設(shè)備參數(shù)確定

① 取消 IP地址沖突檢測(cè)。根據(jù) BRAS設(shè)備特性，可選擇BRAS設(shè)備全局下配置“dhcp-decline ipaddress-status idle”參數(shù)，意義為將用戶IP地址標(biāo)記為空閑狀態(tài)，以避免沖突造成的 IP地址不可用。② 自動(dòng)剔除認(rèn)證前域 IP地址占用。根據(jù) BRAS設(shè)備特性，以及日常對(duì)正常用戶認(rèn)證行為的觀察和測(cè)試，在 BRAS設(shè)備認(rèn)證前域下進(jìn)行配置“idle-cut 5,10,000”命令參數(shù)，意義為當(dāng)用戶在認(rèn)證前域獲取IP地址后，如果 5,min內(nèi)吞吐流量達(dá)不到 10,000字節(jié)，系統(tǒng)自動(dòng)將該用戶從認(rèn)證前域中剔除，并釋放相應(yīng)的IP地址。

3.2 系統(tǒng)測(cè)試

3.2.1 測(cè)試環(huán)境搭建

測(cè)試環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)選取天津電信辦公樓，設(shè)備采用節(jié)點(diǎn)一BAS進(jìn)行測(cè)試，設(shè)備的配置均采用新建方式進(jìn)行。在認(rèn)證前域配置 idle-cut 5,10,000參數(shù)，5,min內(nèi)，如果用戶流量未達(dá)到10,000字節(jié)，設(shè)備將主動(dòng)將用戶剔除，釋放此IP地址。

測(cè)試環(huán)境組網(wǎng)如圖3所示：

圖3 測(cè)試環(huán)境組網(wǎng)圖Fig.3 Network diagram of the test environment

3.2.2 測(cè)試步驟

① 認(rèn)證前域占用地址：筆記本終端連接辦公樓WLAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在 BRAS設(shè)備認(rèn)證前域獲取公網(wǎng)IP地址，不進(jìn)行任何操作，讓流量控制在10 000字節(jié)以內(nèi)；經(jīng)過(guò) 5,min后查看此終端 MAC地址已離線，其所分配 IP地址已釋放，在 BRAS上查看離線原因。

離線原因顯示為“idle cut”，即“無(wú)流量剔除”，在線時(shí)間為 5,min左右，BRAS設(shè)備按照設(shè)定參數(shù)對(duì) 5,min內(nèi)流量未達(dá)到10,000字節(jié)的終端進(jìn)行了剔除，并釋放該IP地址。

② IP地址沖突：測(cè)試環(huán)境同上，在節(jié)點(diǎn)一BRAS設(shè)備全局下配置“dhcp-decline ip-address-status idle”參數(shù)，將用戶 IP地址標(biāo)記為空閑狀態(tài)；配置后，查看該BRAS設(shè)備IP地址池下不再有新增的沖突地址。

3.3 實(shí)施部署

對(duì)天津電信IP城域網(wǎng)全網(wǎng)BRAS設(shè)備認(rèn)證前域下進(jìn)行配置“idle-cut 5 100,000”命令參數(shù)；全局下配置“dhcp-decline ip-address-status idle”參數(shù)。

3.4 效果驗(yàn)證

3.4.1 效果檢查

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，對(duì)設(shè)備 IP地址利用率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，地址沖突IP降為0個(gè)，認(rèn)證前域地址池利用率情況及優(yōu)化前后對(duì)比情況如表5和圖4所示：

圖4 優(yōu)化前后對(duì)比效果Fig.4 Comparison of pre and post optimization effects

3.4.2 產(chǎn)生效益

① 解決業(yè)務(wù)需求。基本解決了 WIFI大量占用IP地址資源的問(wèn)題，IP地址浪費(fèi)由之前的超過(guò) 20%下降至 2%以下，共節(jié)約 IP地址 7,000個(gè)左右，為天津IP地址節(jié)省了大量資源。

② 提升用戶感知。從地址資源方面提升了接入能力，滿足了客戶需求，提升了用戶感知，同時(shí)也塑造了良好的企業(yè)形象。

③ 提高能力水平。通過(guò)此次優(yōu)化工作，小組成員深入討論、集思廣益、大膽創(chuàng)新，最終找到了可行的解決方案，工作過(guò)程中提高了維護(hù)工程師的技能水平，提升了整體維護(hù)能力。

④ 強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全。通過(guò)此次優(yōu)化工作，不僅解決了主要問(wèn)題，還發(fā)現(xiàn)了其他潛在問(wèn)題，并有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施，提高了網(wǎng)絡(luò)安全度。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)天津電信 WIFI業(yè)務(wù)使用 IP地址的優(yōu)化，節(jié)省了大量 IPv4地址，在現(xiàn)今 IPv4地址日趨枯竭的情況下，具有十分重要的意義，也創(chuàng)造了客觀的資源效益。下一步，我們將繼續(xù)對(duì)其他領(lǐng)域的 IPv4地址使用情況進(jìn)行研究，在 IPv6沒(méi)有大規(guī)模商用前進(jìn)一步提高IPv4地址的使用效率。

［1］ 中國(guó)電信．WLAN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指導(dǎo)書(征求意見稿)[Z].

［2］ 中國(guó)電信．WLAN 全國(guó)漫游 BRAS、RadiusServer、Portal技術(shù)規(guī)范_v2. 0[Z].

Optimization of IP Address in WIFI Service Business

ZHANG Lu，ZHANG Feiyun
（China Telecom(Tianjin)，Tianjin 300456，China）

With growing address exhaustion of IPv4 address，all global IPv4(V4)addresses have already been assigned to various regional organizations by IANA since early 2011. Under the context of unreasonable utilization of IP address in WIFI services，the WIFI business mode and equipment characteristics were analyzed，an optimization scheme for IP address utilization was proposed based on tests，and its implementation effect was reviewed.

IPv4；address exhaustion；WIFI；pre-authentication domain；IP-address conflict

TN929.52

A

1006-8945(2014)06-0033-04

2014-05-09