家庭宽带用户IPv6地址分配实施方案的研究与部署

互联网

(2019年度“嘉环杯”获奖论文三等奖）

家庭宽带用户6地址分配

IPv

实施方案的研究与部署

冯忠义杜样朱敏晓

中国联合网络通信集朽限公司江苏省分公司

W

摘要：按照国家相关要求，丨6地址必须严格按照规划的行政县地址进行分配，不允许用户跨区县使用丨6地址

PvKPv

为了实现家庭宽带用户严格按照区县划分动态获取丨6地址，提出三种解决方案,综合比较各方案的精准性、

Pv

改造成本情况以及后期扩展性等，给出适合江苏联通的最佳方案，即通过下发宽带账号认证域名方式，

Radius

实现按照区县分配丨6地址，该方案对家庭宽带用户规模小、覆盖广的本地网具有借鉴价值_

Pv

关键词：家庭宽带；6地址；分配；标识区县；营帐系统

IPv

0引言

中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《推进互联网协

议第六版（6 )规模部署行动计划》明确要求：“强化地址

IPv

管理统筹丨6地址申请、分配、备案等管理作，严格落

PvT

实6网络地址编码规划方案，协同推进6部署与网络实

IPvIPv

名制……落实技术接口要求，增强丨6地址精准定位、侦

Pv

査打击和快速处置能力：”

电信主管部门要求6地址应该区分生产性网络地址

IPv

(物）和生活性网络地址（人）生产性网络地址携带省份

和川户信息，可结合标识解折体系对物进一步区分生活性

网络地址按域进行编码网络管控可区别生产/生活性网络，

K

生活性网络管控时不影响生产性网络建立6地址申请、

IPv

分配、使用全流程监管数据库，掌握境内地址资源全量信息，

通过地址查询备案库可以获知地址使用者、接人商、接人地

位置等相关信息=

根据国家标准 2682-2014 6接人地址编址编码技

《YDTIPv

术耍求》，须在丨6地址中使用若干连续比特进行地址编码，

Pv

以标识接人类型和接入省份：该比特串构成6接入地址编

IPv

址标识符,使用毗邻1之后的8个连续比特标识区县

AIA

符两部分

H

CCCountyCodeIPv

( ) : 6接人地址区县编码，长度为8

比特的二进制比特串：

SSI(SubnetSpaceIdentifier

) : 24 比特子网空间标识符

根据国家标准和中国联通集团公司6地址规划要求，

IPv

各省要结合本省及各地市用户、网络、平台情况，在充分调研、

归纳、总结的基础上，细化落实各本地网、各类用户、网络

的6地址分配方案，并严格落地执行家庭宽带用户必须

IPv

严格按照区县归属分配使用6地址

IPv

1现有家庭宽带网络情况和认证流程

分析

1.1现有家庭宽带城域网络和用户情况分析

江苏联通城域网各地市城域网业务控制层由

IPBRAS

(BroadbandRemoteAccessServerSR

,宽带接入服务器）和

(ServiceRouterSR

,全业务路由器）组成，其中负责专线

收务的接人，主要负责公众业务/业务

BRASIPTV/WLAN

(WirelessLocalAreaNetwork

,无线局域网）业务的接人

部分同时负责互联网专线业务接人，实现综合业务承

BRAS

载全省共设置139个汇聚区，在业务较大的汇聚区均设有

tt

IPv

6地址包含以下各字段：

PBPrefixofIPvAccessAddressBlockIPv

( 6 ) : 6 接人地址

块前缀，规划中为长度为20比特的二进制比特串：

BRASSR

/,部分汇聚区没有业务控制层设备箱盖，通过大二

层?丨:聚交换机上联核心汇聚区的/设备实现业务接人

BRASSR

目前全省共计约200多台,覆盖102个区县，通

BRAS

过二层交换机汇聚等方式接入3500多台 (

OLTOpticalLine

Al(AddressingIdentifier

):编址标识符，规划中是长度

为12比特的二进制比特串，包括长度为4比特的6接人地

IPv

址类型标识符和长度为8比特的6接入地址省份标识

ATIPv

TerminalOLT

,光线路终端）：家庭宽带业务由接人，通过大

58 2021.04

I

VfX'ili

互联网

二层 ( 交换机）汇聚后接人或直接接人设备，

SWSwichBRAS

为完工。

目前在网用户数约丨20万左右，如表1所示：

表1江苏区县和汇聚区的数量

序号

地市

区县数量

乡镇数量（个）

汇聚区数量

(个）

1

南京

12

10119

2

苏州92

11

21

3

无锡8

67

11

4

常州

7

768

5

镇江7

6

79

6

扬州819

7

7

泰州6

102

8

8

南通11

8

137

9

盐城14911

9

10

淮安9

7115

11

宿迁

589

6

12

徐州12

10110

13

连云港

672

7

14

合计

102

1270

139

在家庭宽带业务规模大、网络规模大的情况下，基

BRAS

本分裂下沉区县边缘节点，满足用户接人需求。但在家庭宽

带用户规模不大的情况下，城域网和接人网建设要特别考虑

投资效益，不能一步建设到位。汇聚层设备下沉到边缘

，一

般都是建设规模小，实现小容量、广覆盖，接人端口配置少，

随着业务发展和用户增长，逐步增加节点建设。业务量小的

多个郊县归为一个汇聚区，而在密集城区，汇聚区跨区覆盖。

对于接入的,考虑光缆资源情况，在同一汇聚区就近接

OLT

人汇聚机房，存在很多跨区和跨县接人宽带小区。针对这种

复杂情况，家宽业务丨6地址分配如何严格实现区县标识，

Pv

需要认真研究业务认证鉴权流程。

1.2现有家庭宽带业务流程分析和地址获取

IP

方式

家庭宽带用户的上网是一个复杂的过程，是诸多系统和

网元配合实现的复杂业务

c

(1) 个人通过营业厅的营业系统开户。

(2) 开户后，营业系统会将用户信息资料实时同步给

AAAAuthenticationJAuthorizationAccounting

( 鉴另丨 授权， 计费）

，

系统，并且会发起用户装机流程。

(3 )装机师傅上门安装宽带线路和调测：

(4)装机流程完工后，反馈给营业系统，营业系统标记

(5 )营业系统将完工后的用户信息同步给营帐系统。

(6

)用户家庭通过一系列线路与运营商的设备连

BRAS

接，用户拨号时，用户与设备建立连接，发起拨号请求。

BRAS

(7

) 设备根据国标 (

BRASRadiusRemoteAuthentication

DialInUserService

,

远程用户拨号认证系统）协议，封装用户

认证请求报文（或下线请求），发送到系统认证、授权、

AAA

计费。

()用户正常上网后，系统将用户宽带账号的上网

8

AAA

详细记录按照一定格式形成话单文件，准实时地传递给营帐

系统。

()营帐系统负责根据用户话单信息计算用户余额情况。

9

家庭宽带业务拨号流程和获取地址实现上网过程，分

IP

为用户接人认证、用户地址分配、域名地址解析、用户访问

网站和用户下线等几个阶段。

2家庭宽带用户区县标识的6地址

IPv

分配实现方案

宽带用户按照区县归属分配使用丨6地址，需结合网络

Pv

和用户分布实际情况来研究，从家庭宽带业务开通和拨号上

网认证鉴权流程所经过的各个网元环节人手，可以研究实现

不同方案。

2.1方案一：根据用户域分配丨地址

BRASP

从网元环节人手，按照区县重新规划用户域，按

BRAS

照用户域分配地址：家庭宽带业务都是双层 (

IPVLANVirtual

LocalAreaNetworkVLAN

,虚拟局域网），内层标识用户，

外层标识业务=内层是每用户…个，外层

VLANVLAN

VLANOLTPONPassiveOpticalNetworking

—般是每个 ( ，无

源光纤网络）口或者每个槽位一个。根据外层

BRASVLAN

分配子接口并绑定用户域。按区县分配6地址，可以通过

IPv

区分区县的用户域，然后通过用户域和地址池的绑定关系来

实现，如图1所示。

该方案适合家宽业务认证不关心域名的场景。按区县规

划用户域后，一台上的家宽业务可能由一个域变为多

BRAS

个域。不关心域名的场景下，在上扩展用户域

RadiusBRAS

即可；但是如果关心域名，域名变化后将带来

RadiusRadius

认证问题-因此本方案的前提是上家宽业务认

BRASRadius

证采用不带域名方式，且后续业务扩展也不会涉及用户域名。

实施步骤：第一步，梳理子接口、名称和区

BRASOLT

县的对应归属关系；第二步，按区县规划用户域和地址池；

第三步，按规划将用户割接为双栈。

I 5 9

2021.04

互联网

OLTSW

BRAS

AAA

^CMNet^)

PC

®

HG

B

©

B

1/1/1 PON 口下挂建邺区业务，外层VLAN

1000，内层VLAN 100-131

子接口2/0/0.1000,终结内层VLAN 100-

131,外层VLAN 1000,绑定建邺区的用户

域，从建邺区用户域的地址池中分配地址

阁1 按照用户域分配地址示意图

BRASIP

改造需求：送给的认证计费消息中不携

BRASRadius

带用户域名，不做改造；对于携带域名的场景，要求

AAA

2.2方案二：根据名称指派丨6地址池

AAAOLTPv

从网元环节人手，用户认证请求携带丨0 (

OLTRARelay

BRASRadius

上报给的请求消息中用户账号域名不变，但是

地址从新规划的用户域中分配，需要开发新特性来实

BRAS

现在不改造的前提下满足地址分配标识区县要求

AAAIP

在上替换用户域名可以满足业务不中断要求修改接

BRAS

口绑定的域名后，已经在线的用户仍然保留原域，新上线的

用户采用新的用户域完成认证计费和地址分配

AgentnformationOptionAAARAIO

丨 )信息，根据信息分配地

址池 开启 ( ,

：OLTPPPoEPointtoPointProtocoloverEthernet

基于以太网的点对点协议）功能后，会在用户的认证

PPPoE

请求消息中插人消息.携带的名称或者地址_

RAWOLTIP

AAAOLTIP

根据名称/地址，识别归属的区县，指定分配地

址池，如图2所示.：上需要提前配置名称/与区

AAAOLTIP

县的对应关系。

OLT

SW BRAS ^

A A A

函| ®

TO

③预先配置的OLT名称/IP、区县、IPv6

地址名称对应关系，在用户认证请求消

息中提取OLT名称/IP,在认证回应报文

中携带对应的地址池名称

④BRAS上预先配置根据

①HG发起②〇LT开启PPP〇E+,在

PPPoE拨号 用户PPPoE报文中插人

OLT的名称/IP等信息

区县划分的地址池，地址

池名称与AAA上一致，根

据Radius应报文携带的

地址池名称分配地址

图2 根据名称指派6地址池示意图

AAAOLTIPv

该方案需要可以识別的区县归属属性，实现 及其关联6地址池信息的维护；支持信息解析规则配

AAAOLTIPvCID

方式要求命名包含区县信息开发对信息 置；支持信息中中区县信息识別；在处理认证请求时，

OLTAAARAIOCIDOLT

检索功能，可提取区县属性字段：支持根据区县属性，下发

对应地址池消息和相关日志处理因为不涉及域名更

BRAS

换，仅对未下沉区县进行增加区县6 的操作。

BRASIPvPool

支持根据区县信息下发6地址池信息；在业务的认证日志

IPv

等信息文件中，记录6地址池下发信息和之间：

IPvAAABAS

在认证响应消息中支持家宽用户6地址池信息的下发；扩

IPv

展设备的6地址池属性的处理

BRASIPv

此方案的前提条件：接人设备支持+端口格

OLTPPPOE

式的上报；端口格式中信息满足统一的编码格式要求，

OLT

且区县信息格式可识别；部分跨区县还需要基于跨区

IDOLT

BRASOLTPPPoE

部署过程中.无须中断业务：修改命名及+

部署不影响业务，升级支持〇+区县信息字段提取

AAAPPPE

及-6-丨属性下发

FramedlPvPoo

实施步骤：第一步，梳理命名及规范，与区县对应，

OLT

部署+;第二步，在按区县规划部署6地址池；

PPPoEBRASIPv

第三步，升级,按规划将用户割接为双栈:

AAA

改造需求：新扩展功能，支持区县信息的维护，以

AAA

VLANRAIO

配置区县模板-

2.3方案三：根据用户账号注册地址分配

AAAIP

地址

60

2021.04 I

互联网

OLTSW BRAS

^ 0

AAA CRM

CCMNeO

El

—

§

③上预先配置根据区县划分的地址池

BRAS

地址池名称与上一致，根据

AAARadius

回应报文携带的地址池名称分配地址

②根据预先配置的区县和地址池名称对应

IPv6

关系表，根据的开户账号及区县属性，在

CRM

用户认证回应消息中携带地址池名称信息

①开发接口，根据用户住址

信息标识用户归属的区县

图3 根据用户账号注册地址分配地址示意图

AAAIP

从上的用户账号人手，获取开户装机住址信息，

AAAAAA

根据住址归属区县分配地址池家庭宽带用户开户时需要填

写装机住址信息 可以从

，RadiusCRM(CustomerRelationship

BRASBRAS

设备的改造，需要在上按照区县分用户域，将不

同终结的不同子接口上绑定对应区县的域名，从而实现

OLT

不同区县用户到对应的区县的用户域下获取6地址-

OLTIPv

如果设备数量多，版本不一致，则周期长，改造工作

BRAS

量大，成本高。另外，对于用户规模不大的情况，光缆资源

不丰富，设备和接人端口数量不多，跨县覆盖情况普遍，

OLT

Management

,客户关系管理）获取新开户账号的区县信息，

按区县归属分配地址池，如图3所示。

该方案需要和营帐系统之间开发接口，需要

AAAAAA

开发的内容包括：区县信息和地址池信息的管理功能；业务

支持地址池下发相关的消息和日志处理。

改造需求：新扩展功能，如支持区县信息的维护，

AAA

以及其关联6地址池信息的维护；扩展用户数据模型，新

IPv

增区县信息数据的维护和管理；在处理认证请求时，支持根

据区县信息下发6地址池信息；在业务的认证日志等信息

IPv

文件中，记录6地址池下发信息。

IPv

很多实际上不能和区县对应，交叉情况普遍，需要进行

OLT

割接调整，作量巨大。而对于用户规模大的情况.都

TBRAS

下沉到县区边缘节点情况，该方案比较容易实现，但

BRAS

设备数量多，改造成本巨大。某省运营商按照本方案一实施

改造，仅其中一个主要厂家就支付3000万的改造费用，成本

很高。

方案二，根据名称指派6地址池，开

AAAOLTIPvOLT

启+功能，在请求认证报文中插人名称，

PPPoEPPPOEOLT

通过名称与区县对应关系，由指派6地址池

OLTAAAIPv

AAACRM

和之间，扩展用户管理相关接口，新增区

县信息的管理，例如用户开户接口、用户修改接口、用户

查询接口等；支持存量宽带用户区县信息的同步和

AAA

AAABRASOLTOLT

、和均需要进行改造，由于设备数量巨大，

所以改造周期长，改造成本高。

方案三，根据用户账号分配地址3主要是

AAAIPCRM

和的改造升级，根据用户注册的九级标准地址，获取区

AAA

县信息，指派丨6地址，不受网络规模和覆盖情况限制，不

Pv

受网络割接调整变化影响，可实现最严格地址分配.属于集

中式改造，周期短，成本低.效率和效益双高-如果出现行

政区域的调整情况（如区县合并或分裂、独立单设等），则

按照政府部门的统一要求，对应区域的用户注册地址在营帐

系统会统一调整，6地址池也对应调整，而网络方案不需 递到;对存量宽带用户，需要从综资系统做匹配

IPvAAACRM

要任何改造

综上描述，通过三种方案对比，如表2,江苏联通选择方

BRASPv

之间：在认证响应消息中支持家宽用户丨6地址池

信息的下发；适配现网多厂家设备的6地址池属

BRASIPv

性的处理。

CRM

涉及的改造工作范围说明：需要综资配套改造、

CRMID

配置，综资把客户的宽带九级地址信息（和名称）

传递到并保存；在做宽带开通和移机的时候，在

CRMCRM

现有的开通工单接口中，增加客户的宽带区县丨和名称传

D

同步。

3方案比较分析和实施效果

方案一，根据用户域分配丨6地址：主要涉及

BRASPv

案三作为最优的方案来进行6地址分配

IPv

2021.04

61

互联网

表2三种方案对比

方案类型改造成本（万元）

改造范围交付周期优缺点

交付难度

方案一

196

BRAS

34月

1. 接入网光缆资源就近接入原则，设备资源有

限，设备交叉覆盖情况普遍，无法完全实现按

高，设备数多，有

BRASft

照行政区域划分用户归属，无法完全实现丨6

Pv

地址精准划分

的需要版本升级

2. 后期接入资源有变更，存在侧维护困

BRAS

难及无法及时更新

1. 接人网光缆资源就近接入原则，设备交叉覆

较高，设备数量多，

OLT

盖情况普遍，无法完全实现按照行政区域划分

升级改造适中：厂家

AAA

用户归属，无法完全实现丨6地址精准划分

Pv

2. 后期接人资源有变更，存在侧维护困

OLT

集中改造

难及无法及时更新问题

低，和厂家协可以精准实现按照区县分配丨6地址，不受

CRMAAAPv

接入侧资源变更影响

同改造

方案二

584

OLTBRAS

//

AAA

34月

方案三

30

AAA/CRM

1-2月

主要实施步骤如下：对接资源系统，资源系统提供

AAA

九级标准地址数据同步由资源系统生成相应的地址同步信

息，以文件方式进行同步。增量文件频率次/天（每晚22 户接人或者割接调整，用户仍然不受任何影响，

IOLTBRAS

点生成）。第一次全量同步，后面每天增量同步。与

AAA

及200多台数据配置改造，实现了全省家庭宽带用户

BRAS

严格按照区县规划地址获取6动态地址接人。后续即使用

IPv

跟用户接人驻地网区县归属无关联。方案三尤其适用于行政区

域区县多，而且用户规模小，网络薄覆盖广的接人情况对

于已经采用方案一或方案二进行改造的，仍然存在后期隐患，

或资源的浪费，建议随着扩容升级时，实现方式三落地

AAA

对于用户规模大、网络规模大的情况已下沉到区

，

BRAS

县边缘节点，都在区县内进行覆盖建设，可选择方案一

OLT

或方案三，重点比较改造成本和可实施的便利性。格落实国家规范要求。

CRMID

新增接口字段，新增用户地址字段，用户传输的地

址不超过16位，传输位数不满16位的在前面补0,其中这16

位地址为递增数列：■去资源库匹配的九级地址长度为24位，

其中前8位间定，后16位是用户传输的地址：最后侧

BRAS

新增各个区县6地址池实现效益最佳的快速部署，并严

IPv

4结束语

江苏联通通过采用方案对进行升级改造，以

Radius

作者简介：冯忠义（1974 —），男，江苏南京人，高级.程师,

T

硕士；研究方向：数据通信，5

GMEC

(收稿日期：2019-08-20;责任编辑：赵明亮)

>〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇

(上接第33页）

中口流提升

M

户感知有积极作用，也能为网络扩容和规划发展提供更精准

的决策数据。

绘图区丨

作者简介:盛莉莉（1974—），女，江苏南通人，高级.程师，

T

硕士；研究方向：无线网络优化，人工智能算法。

(收稿日期：2020-11-17;责任编辑：韩菁菁）

处理前单口流《()处理耵单流

Ma

图3调整前后日均流量对比

62

2021.04

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