（2019年度“嘉環(huán)杯”獲獎(jiǎng)?wù)撐娜泉?jiǎng)）家庭寬帶用戶IPv6地址分配實(shí)施方案的研究與部署

馮忠義 杜 祥 朱敏曉

中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司江蘇省分公司

0 引言

中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動(dòng)計(jì)劃》明確要求：“強(qiáng)化地址管理。統(tǒng)籌IPv6地址申請(qǐng)、分配、備案等管理工作，嚴(yán)格落實(shí)IPv6網(wǎng)絡(luò)地址編碼規(guī)劃方案，協(xié)同推進(jìn)IPv6部署與網(wǎng)絡(luò)實(shí)名制?！鋵?shí)技術(shù)接口要求，增強(qiáng)IPv6地址精準(zhǔn)定位、偵查打擊和快速處置能力。”

電信主管部門(mén)要求IPv6地址應(yīng)該區(qū)分生產(chǎn)性網(wǎng)絡(luò)地址（物）和生活性網(wǎng)絡(luò)地址（人）。生產(chǎn)性網(wǎng)絡(luò)地址攜帶省份和用戶信息，可結(jié)合標(biāo)識(shí)解析體系對(duì)物進(jìn)一步區(qū)分。生活性網(wǎng)絡(luò)地址按區(qū)域進(jìn)行編碼。網(wǎng)絡(luò)管控可區(qū)別生產(chǎn)/生活性網(wǎng)絡(luò)，生活性網(wǎng)絡(luò)管控時(shí)不影響生產(chǎn)性網(wǎng)絡(luò)。建立IPv6地址申請(qǐng)、分配、使用全流程監(jiān)管數(shù)據(jù)庫(kù)，掌握境內(nèi)地址資源全量信息，通過(guò)地址查詢備案庫(kù)可以獲知地址使用者、接入商、接入地位置等相關(guān)信息。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《YDT 2682-2014 IPv6接入地址編址編碼技術(shù)要求》，須在IPv6地址中使用若干連續(xù)比特進(jìn)行地址編碼，以標(biāo)識(shí)接入類型和接入省份。該比特串構(gòu)成IPv6接入地址編址標(biāo)識(shí)符AI，使用毗鄰AI之后的8個(gè)連續(xù)比特標(biāo)識(shí)區(qū)縣。

IPv6地址包含以下各字段：

PB（Prefix of IPv6 Access Address Block）：IPv6接入地址塊前綴，規(guī)劃中為長(zhǎng)度為20比特的二進(jìn)制比特串。

AI（Addressing Identifier）：編址標(biāo)識(shí)符，規(guī)劃中是長(zhǎng)度為12比特的二進(jìn)制比特串，包括長(zhǎng)度為4比特的IPv6接入地址類型標(biāo)識(shí)符AT和長(zhǎng)度為8比特的IPv6接入地址省份標(biāo)識(shí)符PI兩部分。

CC（County Code）：IPv6接入地址區(qū)縣編碼，長(zhǎng)度為8比特的二進(jìn)制比特串。

SSI（Subnet Space Identifier）：24比特子網(wǎng)空間標(biāo)識(shí)符。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)聯(lián)通集團(tuán)公司IPv6地址規(guī)劃要求，各省要結(jié)合本省及各地市用戶、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)情況，在充分調(diào)研、歸納、總結(jié)的基礎(chǔ)上，細(xì)化落實(shí)各本地網(wǎng)、各類用戶、網(wǎng)絡(luò)的IPv6地址分配方案，并嚴(yán)格落地執(zhí)行。家庭寬帶用戶必須嚴(yán)格按照區(qū)縣歸屬分配使用IPv6地址。

1 現(xiàn)有家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)情況和認(rèn)證流程分析

1.1 現(xiàn)有家庭寬帶城域網(wǎng)絡(luò)和用戶情況分析

江蘇聯(lián)通城域網(wǎng)各地市IP城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層由BRAS（Broadband Remote Access Server，寬帶接入服務(wù)器）和SR（Service Router，全業(yè)務(wù)路由器）組成，其中SR負(fù)責(zé)專線業(yè)務(wù)的接入，BRAS主要負(fù)責(zé)公眾業(yè)務(wù)/IPTV業(yè)務(wù)/WLAN（Wireless Local Area Network，無(wú)線局域網(wǎng)）業(yè)務(wù)的接入。部分BRAS同時(shí)負(fù)責(zé)互聯(lián)網(wǎng)專線業(yè)務(wù)接入，實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)承載。全省共設(shè)置139個(gè)匯聚區(qū)，在業(yè)務(wù)量較大的匯聚區(qū)均設(shè)有BRAS/SR，部分匯聚區(qū)沒(méi)有業(yè)務(wù)控制層設(shè)備覆蓋，通過(guò)大二層匯聚交換機(jī)上聯(lián)核心匯聚區(qū)的BRAS/SR設(shè)備實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)接入。

目前全省共計(jì)約200多臺(tái)BRAS，覆蓋102個(gè)區(qū)縣，通過(guò)二層交換機(jī)匯聚等方式接入3500多臺(tái)OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）。家庭寬帶業(yè)務(wù)由OLT接入，通過(guò)大二層SW（Swich交換機(jī)）匯聚后接入或直接接入BRAS設(shè)備，目前在網(wǎng)用戶數(shù)約120萬(wàn)左右，如表1所示。

表1 江蘇區(qū)縣和匯聚區(qū)的數(shù)量

在家庭寬帶業(yè)務(wù)規(guī)模大、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大的情況下，BRAS基本分裂下沉區(qū)縣邊緣節(jié)點(diǎn)，滿足用戶接入需求。但在家庭寬帶用戶規(guī)模不大的情況下，城域網(wǎng)和接入網(wǎng)建設(shè)要特別考慮投資效益，不能一步建設(shè)到位。匯聚層設(shè)備下沉到邊緣，一般都是建設(shè)規(guī)模小，實(shí)現(xiàn)小容量、廣覆蓋，接入端口配置少，隨著業(yè)務(wù)發(fā)展和用戶增長(zhǎng)，逐步增加節(jié)點(diǎn)建設(shè)。業(yè)務(wù)量小的多個(gè)郊縣歸為一個(gè)匯聚區(qū)，而在密集城區(qū)，匯聚區(qū)跨區(qū)覆蓋。對(duì)于接入的OLT，考慮光纜資源情況，在同一匯聚區(qū)就近接入?yún)R聚機(jī)房，存在很多跨區(qū)和跨縣接入寬帶小區(qū)。針對(duì)這種復(fù)雜情況，家寬業(yè)務(wù)IPv6地址分配如何嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)區(qū)縣標(biāo)識(shí)，需要認(rèn)真研究業(yè)務(wù)認(rèn)證鑒權(quán)流程。

1.2 現(xiàn)有家庭寬帶業(yè)務(wù)流程分析和IP地址獲取方式

家庭寬帶用戶的上網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，是諸多系統(tǒng)和網(wǎng)元配合實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜業(yè)務(wù)。

（1）個(gè)人通過(guò)營(yíng)業(yè)廳的營(yíng)業(yè)系統(tǒng)開(kāi)戶。

（2）開(kāi)戶后，營(yíng)業(yè)系統(tǒng)會(huì)將用戶信息資料實(shí)時(shí)同步給AAA（Authentication鑒別，Authorization授權(quán)，Accounting計(jì)費(fèi)）系統(tǒng)，并且會(huì)發(fā)起用戶裝機(jī)流程。

（3）裝機(jī)師傅上門(mén)安裝寬帶線路和調(diào)測(cè)。

（4）裝機(jī)流程完工后，反饋給營(yíng)業(yè)系統(tǒng)，營(yíng)業(yè)系統(tǒng)標(biāo)記為完工。

（5）營(yíng)業(yè)系統(tǒng)將完工后的用戶信息同步給營(yíng)帳系統(tǒng)。

（6）用戶家庭通過(guò)一系列線路與運(yùn)營(yíng)商的BRAS設(shè)備連接，用戶撥號(hào)時(shí)，用戶與BRAS設(shè)備建立連接，發(fā)起撥號(hào)請(qǐng)求。

（7）BRAS設(shè)備根據(jù)國(guó)標(biāo)Radius（Remote Authentication Dial In User Service，遠(yuǎn)程用戶撥號(hào)認(rèn)證系統(tǒng)）協(xié)議，封裝用戶認(rèn)證請(qǐng)求報(bào)文（或下線請(qǐng)求），發(fā)送到AAA系統(tǒng)認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)。

（8）用戶正常上網(wǎng)后，AAA系統(tǒng)將用戶寬帶賬號(hào)的上網(wǎng)詳細(xì)記錄按照一定格式形成話單文件，準(zhǔn)實(shí)時(shí)地傳遞給營(yíng)帳系統(tǒng)。

（9）營(yíng)帳系統(tǒng)負(fù)責(zé)根據(jù)用戶話單信息計(jì)算用戶余額情況。

家庭寬帶業(yè)務(wù)撥號(hào)流程和獲取IP地址實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)過(guò)程，分為用戶接入認(rèn)證、用戶地址分配、域名地址解析、用戶訪問(wèn)網(wǎng)站和用戶下線等幾個(gè)階段。

2 家庭寬帶用戶區(qū)縣標(biāo)識(shí)的IPv6地址分配實(shí)現(xiàn)方案

寬帶用戶按照區(qū)縣歸屬分配使用IPv6地址，需結(jié)合網(wǎng)絡(luò)和用戶分布實(shí)際情況來(lái)研究，從家庭寬帶業(yè)務(wù)開(kāi)通和撥號(hào)上網(wǎng)認(rèn)證鑒權(quán)流程所經(jīng)過(guò)的各個(gè)網(wǎng)元環(huán)節(jié)入手，可以研究實(shí)現(xiàn)不同方案。

2.1 方案一：BRAS根據(jù)用戶域分配IP地址

從BRAS網(wǎng)元環(huán)節(jié)入手，按照區(qū)縣重新規(guī)劃用戶域，按照用戶域分配IP地址。家庭寬帶業(yè)務(wù)都是雙層VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng)），內(nèi)層VLAN標(biāo)識(shí)用戶，外層VLAN標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)。內(nèi)層VLAN是每用戶一個(gè)，外層VLAN一般是每個(gè)OLT PON（Passive Optical Networking，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)）口或者每個(gè)槽位一個(gè)。BRAS根據(jù)外層VLAN分配子接口并綁定用戶域。按區(qū)縣分配IPv6地址，可以通過(guò)區(qū)分區(qū)縣的用戶域，然后通過(guò)用戶域和地址池的綁定關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。

該方案適合家寬業(yè)務(wù)認(rèn)證不關(guān)心域名的場(chǎng)景。按區(qū)縣規(guī)劃用戶域后，一臺(tái)BRAS上的家寬業(yè)務(wù)可能由一個(gè)域變?yōu)槎鄠€(gè)域。Radius不關(guān)心域名的場(chǎng)景下，在BRAS上擴(kuò)展用戶域即可；但是如果Radius關(guān)心域名，域名變化后將帶來(lái)Radius認(rèn)證問(wèn)題。因此本方案的前提是BRAS上家寬業(yè)務(wù)Radius認(rèn)證采用不帶域名方式，且后續(xù)業(yè)務(wù)擴(kuò)展也不會(huì)涉及用戶域名。

實(shí)施步驟：第一步，梳理BRAS子接口、OLT名稱和區(qū)縣的對(duì)應(yīng)歸屬關(guān)系；第二步，按區(qū)縣規(guī)劃用戶域和地址池；第三步，按規(guī)劃將用戶割接為雙棧。

圖1 BRAS按照用戶域分配IP地址示意圖

改造需求：BRAS送給Radius的認(rèn)證計(jì)費(fèi)消息中不攜帶用戶域名，AAA不做改造；對(duì)于攜帶域名的場(chǎng)景，要求BRAS上報(bào)給Radius的請(qǐng)求消息中用戶賬號(hào)域名不變，但是地址從新規(guī)劃的用戶域中分配，需要BRAS開(kāi)發(fā)新特性來(lái)實(shí)現(xiàn)在AAA不改造的前提下滿足IP地址分配標(biāo)識(shí)區(qū)縣要求。在BRAS上替換用戶域名可以滿足業(yè)務(wù)不中斷要求。修改接口綁定的域名后，已經(jīng)在線的用戶仍然保留原域，新上線的用戶采用新的用戶域完成認(rèn)證計(jì)費(fèi)和地址分配。

2.2 方案二：AAA根據(jù)OLT名稱指派IPv6地址池

從OLT網(wǎng)元環(huán)節(jié)入手，用戶認(rèn)證請(qǐng)求攜帶RAIO（Relay Agent Information Option）信息，AAA根據(jù)RAIO信息分配地址池。OLT開(kāi)啟PPPoE（Point to Point Protocol over Ethernet，基于以太網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）功能后，會(huì)在PPPoE用戶的認(rèn)證請(qǐng)求消息中插入RAIO消息，攜帶OLT的名稱或者IP地址。AAA根據(jù)OLT名稱/IP地址，識(shí)別歸屬的區(qū)縣，指定分配地址池，如圖2所示。AAA上需要提前配置OLT名稱/IP與區(qū)縣的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖2 AAA根據(jù)OLT名稱指派IPv6地址池示意圖

該方案需要AAA可以識(shí)別OLT的區(qū)縣歸屬屬性，實(shí)現(xiàn)方式要求OLT命名包含區(qū)縣信息。AAA開(kāi)發(fā)對(duì)RAIO信息檢索功能，可提取區(qū)縣屬性字段。支持根據(jù)區(qū)縣屬性，下發(fā)對(duì)應(yīng)地址池消息和相關(guān)日志處理。因?yàn)锽RAS不涉及域名更換，僅對(duì)未下沉區(qū)縣BRAS進(jìn)行增加區(qū)縣IPv6 Pool的操作。BRAS部署過(guò)程中，無(wú)須中斷業(yè)務(wù)。OLT修改命名及PPPoE+部署不影響業(yè)務(wù)，AAA升級(jí)支持PPPoE+區(qū)縣信息字段提取及Framed-IPv6-Pool屬性下發(fā)。

實(shí)施步驟：第一步，梳理OLT命名及規(guī)范，與區(qū)縣對(duì)應(yīng)，部署PPPoE+；第二步，在BRAS按區(qū)縣規(guī)劃部署IPv6地址池；第三步，升級(jí)AAA，按規(guī)劃將用戶割接為雙棧。

改造需求：AAA新擴(kuò)展功能，支持區(qū)縣信息的維護(hù)，以及其關(guān)聯(lián)IPv6地址池信息的維護(hù)；支持CID信息解析規(guī)則配置；支持CID信息中OLT中區(qū)縣信息識(shí)別；在處理認(rèn)證請(qǐng)求時(shí)，支持根據(jù)區(qū)縣信息下發(fā)IPv6地址池信息；在業(yè)務(wù)的認(rèn)證日志等信息文件中，記錄IPv6地址池下發(fā)信息。AAA和BAS之間：在認(rèn)證響應(yīng)消息中支持家寬用戶IPv6地址池信息的下發(fā)；擴(kuò)展BRAS設(shè)備的IPv6地址池屬性的處理。

此方案的前提條件：接入設(shè)備OLT支持PPPoE+端口格式的上報(bào)；端口格式中OLT信息滿足統(tǒng)一的編碼格式要求，且區(qū)縣ID信息格式可識(shí)別；部分跨區(qū)縣OLT還需要基于跨區(qū)VLAN配置區(qū)縣RAIO模板。

2.3 方案三：AAA根據(jù)用戶賬號(hào)注冊(cè)地址分配IP地址

圖3 AAA根據(jù)用戶賬號(hào)注冊(cè)地址分配IP地址示意圖

從AAA上的用戶賬號(hào)入手，AAA獲取開(kāi)戶裝機(jī)住址信息，根據(jù)住址歸屬區(qū)縣分配地址池。家庭寬帶用戶開(kāi)戶時(shí)需要填寫(xiě)裝機(jī)住址信息，Radius可以從CRM（Customer Relationship Management，客戶關(guān)系管理）獲取新開(kāi)戶賬號(hào)的區(qū)縣信息，按區(qū)縣歸屬分配地址池，如圖3所示。

該方案需要AAA和營(yíng)帳系統(tǒng)之間開(kāi)發(fā)接口，AAA需要開(kāi)發(fā)的內(nèi)容包括：區(qū)縣信息和地址池信息的管理功能；業(yè)務(wù)支持地址池下發(fā)相關(guān)的消息和日志處理。

改造需求：AAA新擴(kuò)展功能，如支持區(qū)縣信息的維護(hù)，以及其關(guān)聯(lián)IPv6地址池信息的維護(hù)；擴(kuò)展用戶數(shù)據(jù)模型，新增區(qū)縣信息數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理；在處理認(rèn)證請(qǐng)求時(shí)，支持根據(jù)區(qū)縣信息下發(fā)IPv6地址池信息；在業(yè)務(wù)的認(rèn)證日志等信息文件中，記錄IPv6地址池下發(fā)信息。

AAA和CRM之間，擴(kuò)展用戶管理相關(guān)接口，新增區(qū)縣信息的管理，例如用戶開(kāi)戶接口、用戶修改接口、用戶查詢接口等；支持存量寬帶用戶區(qū)縣信息的同步。AAA和BRAS之間：在認(rèn)證響應(yīng)消息中支持家寬用戶IPv6地址池信息的下發(fā)；適配現(xiàn)網(wǎng)多廠家BRAS設(shè)備的IPv6地址池屬性的處理。

CRM涉及的改造工作范圍說(shuō)明：需要綜資配套改造、CRM配置，綜資把客戶的寬帶九級(jí)地址信息（ID和名稱）傳遞到CRM并保存；CRM在做寬帶開(kāi)通和移機(jī)的時(shí)候，在現(xiàn)有的開(kāi)通工單接口中，增加客戶的寬帶區(qū)縣ID和名稱傳遞到AAA；對(duì)CRM存量寬帶用戶，需要從綜資系統(tǒng)做匹配同步。

3 方案比較分析和實(shí)施效果

方案一，BRAS根據(jù)用戶域分配IPv6地址。主要涉及BRAS設(shè)備的改造，需要在BRAS上按照區(qū)縣分用戶域，將不同OLT終結(jié)的不同子接口上綁定對(duì)應(yīng)區(qū)縣的域名，從而實(shí)現(xiàn)不同區(qū)縣OLT用戶到對(duì)應(yīng)的區(qū)縣的用戶域下獲取IPv6地址。如果BRAS設(shè)備數(shù)量多，版本不一致，則周期長(zhǎng)，改造工作量大，成本高。另外，對(duì)于用戶規(guī)模不大的情況，光纜資源不豐富，設(shè)備和接入端口數(shù)量不多，OLT跨縣覆蓋情況普遍，很多OLT實(shí)際上不能和區(qū)縣對(duì)應(yīng)，交叉情況普遍，需要進(jìn)行割接調(diào)整，工作量巨大。而對(duì)于用戶規(guī)模大的情況，BRAS都下沉到縣區(qū)邊緣節(jié)點(diǎn)情況，該方案比較容易實(shí)現(xiàn)，但BRAS設(shè)備數(shù)量多，改造成本巨大。某省運(yùn)營(yíng)商按照本方案一實(shí)施改造，僅其中一個(gè)主要廠家就支付3000萬(wàn)的改造費(fèi)用，成本很高。

方案二，AAA根據(jù)OLT名稱指派IPv6地址池，OLT開(kāi)啟PPPoE+功能，在PPPOE請(qǐng)求認(rèn)證報(bào)文中插入OLT名稱，通過(guò)OLT名稱與區(qū)縣對(duì)應(yīng)關(guān)系，由AAA指派IPv6地址池。AAA、BRAS和OLT均需要進(jìn)行改造，由于OLT設(shè)備數(shù)量巨大，所以改造周期長(zhǎng)，改造成本高。

方案三，AAA根據(jù)用戶賬號(hào)分配IP地址。主要是CRM和AAA的改造升級(jí)，根據(jù)用戶注冊(cè)的九級(jí)標(biāo)準(zhǔn)地址，獲取區(qū)縣信息，指派IPv6地址，不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和覆蓋情況限制，不受網(wǎng)絡(luò)割接調(diào)整變化影響，可實(shí)現(xiàn)最嚴(yán)格地址分配，屬于集中式改造，周期短，成本低，效率和效益雙高。如果出現(xiàn)行政區(qū)域的調(diào)整情況（如區(qū)縣合并或分裂、獨(dú)立單設(shè)等），則按照政府部門(mén)的統(tǒng)一要求，對(duì)應(yīng)區(qū)域的用戶注冊(cè)地址在營(yíng)帳系統(tǒng)會(huì)統(tǒng)一調(diào)整，IPv6地址池也對(duì)應(yīng)調(diào)整，而網(wǎng)絡(luò)方案不需要任何改造。

綜上描述，通過(guò)三種方案對(duì)比，如表2，江蘇聯(lián)通選擇方案三作為最優(yōu)的方案來(lái)進(jìn)行IPv6地址分配。

表2 三種方案對(duì)比

主要實(shí)施步驟如下：AAA對(duì)接資源系統(tǒng)，資源系統(tǒng)提供九級(jí)標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)同步。由資源系統(tǒng)生成相應(yīng)的地址同步信息，以文件方式進(jìn)行同步。增量文件頻率1次/天（每晚22點(diǎn)生成）。第一次全量同步，后面每天增量同步。AAA與CRM新增接口字段，新增用戶地址ID字段，用戶傳輸?shù)牡刂凡怀^(guò)16位，傳輸位數(shù)不滿16位的在前面補(bǔ)0，其中這16位地址為遞增數(shù)列。去資源庫(kù)匹配的九級(jí)地址長(zhǎng)度為24位，其中前8位固定，后16位是用戶傳輸?shù)牡刂?。最后BRAS側(cè)新增各個(gè)區(qū)縣IPv6地址池。實(shí)現(xiàn)效益最佳的快速部署，并嚴(yán)格落實(shí)國(guó)家規(guī)范要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

江蘇聯(lián)通通過(guò)采用方案三，對(duì)Radius進(jìn)行升級(jí)改造，以及200多臺(tái)BRAS數(shù)據(jù)配置改造，實(shí)現(xiàn)了全省家庭寬帶用戶嚴(yán)格按照區(qū)縣規(guī)劃地址獲取IPv6動(dòng)態(tài)地址接入。后續(xù)即使用戶接入OLT或者BRAS割接調(diào)整，用戶仍然不受任何影響，跟用戶接入駐地網(wǎng)區(qū)縣歸屬無(wú)關(guān)聯(lián)。方案三尤其適用于行政區(qū)域區(qū)縣多，而且用戶規(guī)模小，網(wǎng)絡(luò)薄覆蓋廣的接入情況。對(duì)于已經(jīng)采用方案一或方案二進(jìn)行改造的，仍然存在后期隱患，或資源的浪費(fèi)，建議隨著AAA擴(kuò)容升級(jí)時(shí)，實(shí)現(xiàn)方式三落地。

對(duì)于用戶規(guī)模大、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大的情況，BRAS已下沉到區(qū)縣邊緣節(jié)點(diǎn)，OLT都在區(qū)縣內(nèi)進(jìn)行覆蓋建設(shè)，可選擇方案一或方案三，重點(diǎn)比較改造成本和可實(shí)施的便利性。