CN101155196B - 面向业务的IPv6地址分类与分配方法及实现该方法的终端和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及面向业务的IPv6地址分类及分配方法、相关的系统架构和用户终端。该方法包括将IPv6地址分成网络地址和业务地址两大类；以及按照电信提供的业务的不同将业务地址进行进一步分类，从而形成与多样化业务类别相对应的多个业务地址。其中，将网络地址分配给用户终端；将业务地址分配给用户终端上的不同的业务客户端，其中，所述业务客户端通过业务地址申请与分配协议，向运营商地址管理服务器申请该类业务的业务地址，然后以此业务地址作为该客户端进行通信的源地址。根据本发明，在网络中方便地实现业务统计、用户溯源、数据重定向等功能，可以使运营商和用户间建立明晰的服务质量承诺和实现机制，运营商对网络的管理和控制也更加方便高效。

Description

面向业务的IPv6地址分类与分配方法及实现该方法的终端和系统

技术领域

本发明涉及电信技术领域中的数据通信子领域，特别地，本发明涉及一种面向电信业务的IPv6地址分类与分配方法，以及实现该方法的终端和系统。

背景技术

目前IPv4网络中，众多业务应用基于IP网融合的趋势越发明显，IP技术渐渐地已成为一种广泛、通用的网络承载平台。IP的经济性、灵活性和支持多业务的能力是原来的电路交换网络所无法比拟的。但IP网络在发展过程中也遇到了一些问题，由于IP地址的不足，传统的IP网络一般为一个终端分配一个IPv4地址，有时也只能为多个终端仅仅分配一个公有IP地址，这个公有IP地址为多个终端所共享。在数据转发上，只能采用尽力而为的(Best Effort)方式进行数据包的转发，它只在能力范围内尽可能快地传送，但对吞吐量、延迟、延迟抖动和丢包率没有任何保障，而把传输损失都留给终端系统来处理。为了克服IPv4网络的服务质量方面的不足，业界陆续引入了服务质量技术，如DiffServ和InterServ等模型，目前这些技术均在厂家设备中得到了实施。

尽管经过了以上努力，但由于IPv4技术天生存在的一些缺陷和IPv4地址人为规划上的问题，IPv4网络明显还存在的如下的问题：

1)业务流识别难度大

在网络边缘进行业务流识别是提供差异化服务质量的基础，也是防范管理非正常流量的基础。从用户终端发出的业务数据流到达网络边缘路由器后，IPv4网络需要对传输层(TCP或者UDP(UserDatagram Protocol，用户数据报协议))端口甚至应用层数据协议进行深度分析来判定其所属于的业务类型，由于传输层的端口动态变化和应用层协议的多样性，目前很难对于业务流做精确的识别。其次，对于数据包做深度分析增加了网络边缘设备的处理开销，影响了设备性能，降低了数据的传输质量。在IPv4网络中，也采用基于源和目的IP地址来对于数据流分类的方法，但由于IPv4网络的地址空间没有按照业务进行分类，所以很难按照IPv4地址类别来判定其业务流，除非在路由表中指明某个地址段服务于特定业务，但这样会增加了路由表的容量，对于网络的组织和管理带来很多问题。另外一种业务流识别手段是基于网络物理端口，这种方法将发自这个物理端口的所有数据流归为一类，但是该方法识别业务流的颗粒度太粗，不能对于上层的业务进行细节分类。

2)由于ToS(Type of Service，服务类别)字段容易被修改，因此仅仅基于ToS字段来提供差异化服务的方式不可靠

由于ToS字段信息比较笼统，很难反映该IP包所属的业务类型，因此在网络中做一些面向业务的高级处理比较困难，同时会增加设备的处理开销。另外，ToS容易被用户及运营商修改，造成两方互不认可、互不信任的局面。

3)面向客户定义的SLA(Service Level Agreement，服务级别协议)协议颗粒度比较大

目前，电信运营商在和客户签订服务级别协议SLA时，规定了运营商网络为该客户提供服务时的承诺，并以具体的指标参数形式规定下来，如网络RTT(Round-Trip Time，环路时间)时间、抖动、网络可用性，但是这些定义主要针对客户，没有细化到针对客户内不同的业务，因此颗粒度较粗。

4)难以实现包括反向数据流在内的双向数据流的服务质量保证

目前，运营商在为用户数据流提供数据传送时，主要是对于该客户发送出去的数据流(即前向数据流)提供服务质量保证。由于前向数据流的服务质量判定是在接入段处根据该客户的SLA级别来实施，即一种本地化操作，实施相对容易。对于反向数据流，即由通信对端发送给该客户的数据流，则很难实现与该客户的SLA级别相对应的QoS处理，这主要是由于通信对端所在的接入段位于远端，很难获知该客户端的SLA级别，因此很难保证其服务质量。

5)在网络中难以实现面向业务的数据流路由

在IP主干网中面向业务进行数据流路由也是下一代网络必须具备的功能之一，具有这种功能后，网络可以按照业务类型的不同为IP包选择不同的路由。目前IPv4数据包中不含业务类别信息，因此单纯按照目的地IPv4地址无法实现面向业务的路由。另一种方法就是对于数据包的传输层和应用层信息进行分析，这个问题和问题2的本质是一致的，会带来很多问题。

6)非法流量难以识别与跟踪，限制难度大

在目前的IPv4网络中，包括非法P2P在内的非法流量和电信运营商自营业务采用相同的IP地址空间，而且由于全球IPv4地址规划的无序性，很难在网络中根据IP地址对于特定IP包的合法性作出判定，这造成了目前各种非法流量占据了网络运营商的大部分网络资源，但却束手无策的局面。

总之，基于IPv4协议建立一个支持多种电信业务的、高品质IP承载网络会遇到各种各样的问题，导致这些问题的核心原因之一是由于IPv4地址空间规划的无序性，而且IP地址中不包含业务类别信息，因此任何一个IP包达到网络中后，网络设备很难对该IP包的业务类别进行判断，因此在网络层面很难做出与该业务类别相一致的处理。

发明内容

为了解决以上问题，本发明建议利用新一代互联网协议——IPv6协议来构建下一代网络的承载网络。IPv6协议具有128位的地址空间，具有IPv4协议无法比拟的地址空间；另一方面，IPv6地址规划非常有序，这些都为在IPv6地址中分类创造了条件。因此，本发明提出了一种面向业务的IPv6地址分类与分配方法，这种方法可以比现有IPv4网络较好地解决以上问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种面向业务的IPv6地址分类与分配方法，包括：将IPv6地址分成网络地址和业务地址两大类；将网络地址分配给用户终端，用户终端在启动后首先获得网络地址；将业务地址分配给用户终端上的不同的业务客户端，其中，业务客户端通过业务地址申请与分配协议，向运营商地址管理服务器申请该类业务的业务地址，然后以此业务地址作为该客户端进行通信的源地址；以及按照电信提供的业务的不同将业务地址进行进一步分类，从而形成与多样化业务类别相对应的多个业务地址，业务地址的生成利用业务地址请求消息中的数据来生成，这些数据包括：客户主机的当前的IPv6网络地址和业务类别信息，业务地址的生成过程由地址管理服务器按照客户请求而生成所需要的业务地址，包括：根据业务类别信息生成业务地址标识信息；在获得业务地址标识后，用其替换掉该主机网络IP地址中与业务地址标识符中相对应的比特。

优选地，所述IPv6地址是全局可聚类单播地址，所述IPv6全局可聚类单播地址包括：全局路由前缀、子网标识符和接口标识符，其中从所述子网标识符字段中选取业务地址标识字段，以标识不同的业务地址类型。

优选地，所述方法还包括业务地址的申请过程，包括如下步骤：根据不同业务客户端发出的业务地址的请求，由用户终端内的地址管理客户端向运营商侧的地址管理服务器发出业务地址的申请请求；地址管理服务器在接收到该业务地址的申请请求后，生成相应的业务地址后，在运营商网络边缘路由器中进行登记注册，然后经地址管理客户端下发给所述发出请求的业务客户端；所述业务客户端以此业务地址作为和通信对端进行通信的源IP地址。

优选地，网络地址包括基础互联网业务的地址；业务地址包括：普通视频通信、高清视频通信、视频监控、普通话音VoIP、高清VoIP、HiFi音乐、IPTV、游戏、信息家电、企业VPN、CDN/流媒体、网络链路和节点设备、网管系统以及个人VIP业务的地址。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种面向业务的IPv6地址分类及分配系统，其中，将IPv6地址分成网络地址和业务地址两大类；以及按照电信提供的业务的不同将业务地址进行进一步分类，从而形成与多样化业务类别相对应的多个业务地址，所述系统包括：一个或多个用户终端，其被分配有所述网络地址，用户终端在启动后首先获得网络地址，以及位于运营商网络侧的地址管理服务器，与地址管理客户端相连，用于接收地址管理客户端发出的业务地址申请请求，根据请求提供的信息为用户选择合适的业务地址，请求提供的信息包括客户主机的当前的IPv6网络地址和业务类别信息，为用户选择合适的业务地址包括根据业务类别信息生成业务地址标识信息，在获得业务地址标识后，用其替换掉该主机网络IP地址中与业务地址标识符中相对应的比特；在边缘路由器中进行登记注册，然后经地址管理客户端下发给发出请求的业务客户端；。所述用户终端进一步包括：一个或多个不同的业务客户端，用于在所述用户终端上运行特定类别业务的客户端软件，其通过业务地址申请与分配协议，向运营商地址管理服务器申请该类业务的业务地址，然后以此业务地址作为该客户端进行通信的源地址；地址管理客户端，与一个或多个不同的业务客户端相连，用于为业务客户端提供管理服务，接收本终端上不同业务客户端发出的业务地址请求，如果本终端上没有适合于该业务的业务地址，则该地址管理客户端代表业务客户端向运营商侧的地址管理服务器发出业务地址申请请求；获得由地址管理服务器生成的相应的业务地址，将该地址配置在用户终端中的IP协议栈中，并将申请到的业务地址传送给业务客户端；边缘路由器，用于接收地址管理服务器的配置命令，基于业务地址开通或者关闭针对于特定业务地址的网络路由。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种使用面向业务的IPv6地址进行通信的用户终端，其中，将IPv6地址分成网络地址和业务地址两大类；以及按照电信提供的业务的不同将业务地址进行进一步分类，从而形成与多样化业务类别相对应的多个业务地址，所述终端被分配有所述网络地址，用户终端在启动后首先获得网络地址，所述终端包括：一个或多个业务客户端，用于在所述用户终端上运行特定类别业务的客户端软件，其通过业务地址申请与分配协议，向运营商地址管理服务器申请该类业务的业务地址，然后以此业务地址作为该客户端进行通信的源地址；地址管理客户端，与一个或多个业务客户端相连，用于为业务客户端提供管理服务，接收本终端上不同业务客户端发出的业务地址请求，如果本终端上没有适合于该业务的业务地址，则该地址管理客户端代表业务客户端向运营商侧的地址管理服务器发出业务地址申请请求；获得由地址管理服务器生成的相应的业务地址，将该地址配置在用户终端中的IP协议栈中，并将申请到的业务地址传送给业务客户端。

所述终端可以采用单IP协议栈的终端模型，在这种模型下，经过业务地址申请过程得到的业务地址直接配置在所述协议栈中。所述终端也可以采用两个IP协议栈的终端模型，其中，第一IP协议栈是主机操作系统原有的IP协议栈，负责处理网络地址，而第二IP协议栈是专门配置的负责管理和处理业务地址的IP协议栈。

在实际通信时，根据本发明，如果应用程序使用业务地址进行通信，那么它就能享受到相应质量的网络服务。同时，推行这种业务地址通信模式，可以在网络中方便地实现业务统计、用户溯源、数据重定向等功能，这些不仅可以使运营商和用户间建立起明晰的服务质量承诺和实现机制，而且运营商对网络的管理和控制也更加方便高效。

附图说明

从下面对以非限制性例子的方式提供的本发明优选实施例的描述以及从附随附图中，会更加清楚本发明的这些和其他特点、优点和有益效果，其中：

图1是根据本发明的面向业务的IPv6地址分类与分配系统体系结构的示意图；

图2是根据本发明的业务地址申请过程的流程图；

图3是根据本发明的IPv6全局可聚类单播地址的结构示意图；

图4是根据本发明的IPv6业务地址格式示意图；

图5是根据本发明的IPv6业务地址生成过程示意图；

图6是根据本发明的终端参考模型设计中的单协议栈终端模型；以及

图7是根据本发明的终端参考模型设计中的双协议栈终端模型。

具体实施方式

以下通过结合附图，对本发明的优选实施方式进行描述，应该理解，在这里描述的优选实施方式并不是限制性的说明，本领域技术人员可以根据本发明的原理，对本发明作出各种修改、改进而不会脱离随附权利要求所限定的保护范围。

系统体系架构

目前，电信运营商期望在网络中引入一种识别和控制机制，使不同业务的数据流根据其业务类别进行路由选择。基于这种识别技术，可以方便高效地实现网络带宽控制、服务质量保证以及业务数据统计分析等一系列网络操作和系统管理。在IP网络中进行路由选择最直接有效的手段就是根据数据包的IP地址进行判断，因此为不同的业务赋予不同的IP地址，利用这些具有业务特征的IP地址进行路由判断，这将为网络运行和系统管理引入崭新的理念。

为此，本发明提供了一种面向业务的IPv6地址分类及分配方法、实现该方法的相应的系统体系架构和用户终端。实施本发明的前提是要对IPv6地址进行科学合理的总体规划，这样对于网络的后续发展将带来极大的好处。本发明首先将IPv6地址按照电信业务的不同划分为两大类：IPv6网络地址(简称网络地址)和IPv6业务地址(简称业务地址)。其中网络地址以用户终端为主要分配对象，用户终端在启动后首先获得网络地址；而业务地址以用户终端上的业务客户端为主要分配对象，业务客户端通过业务地址申请与分配协议向运营商地址管理服务器申请该类业务的业务地址，并在运营商网络侧的边缘设备中进行注册登记，然后以此业务地址作为该客户端进行通信的源地址。对于业务地址，将在128比特的IPv6地址格式中划分出专门的比特区域来区分不同的业务地址类型，这样的地址将具有业务特征，将这种分类化的IPv6地址称之为IPv6业务地址(简称为业务地址)。IPv6地址在被划分为业务地址后，可以被用户终端中的不同业务客户端申请使用。业务客户端在启动后，通过本发明定义的业务地址申请与分配流程(以下详细描述)向运营商地址管理服务器申请该类型业务所对应的业务地址，并在运营商网络边缘路由器中注册登记。在获得业务地址后，业务客户端以此业务地址作为自己和外界通信的源地址。本发明的主要特点是业务客户端发出的IPv6数据包的IPv6地址中携带了业务类别信息，基于这些信息，网络运营商可以提高差异化服务的能力，能够在网络中很容易地提供差异化服务，保证高优先级业务的服务质量，另外也可以对于特定业务的数据流量进行策略路由，提高限制非法流量的能力。

要说明的是，本发明优选地在IPv6网络中实施。目前的IPv4网络中，由于地址空间的限制，为每一个终端分配一个公有IPv4地址尚且不够，更勿说为同一个终端的不同业务赋予不同的公有IPv4地址；而且由于IPv4网络已经发展了几十年，地址规划整体混乱，重新根据业务特征来规划地址的使用是不可能的。

为了描述本发明的工作机制，图1给出了一个比较有代表性的IP服务场景来说明根据发明构建的用于面向业务的IPv6的地址分类及分配的系统体系架构。图1中示出的根据本发明的面向业务IPv6的地址分类与分配的系统体系架构，主要包括如下的几个部分：

1)业务客户端1011：在用户终端101上运行特定类别业务的客户端软件，如视频通信客户端、流媒体点播客户端、网络语音(VoIP)客户端等。这些不同类别的业务客户端需要通过地址申请机制获得与业务地址的关联。然后，通过业务地址来传输本业务客户端发送或者接收的数据流。

2)地址管理客户端1013：是运行在用户终端101上的软件模块，为业务客户端1011提供地址申请及管理服务。首先，它负责接收本终端上业务客户端的业务地址请求。如果本终端上没有适合于该业务的业务地址，则该地址管理客户端1013代表业务客户端1011向地址管理服务器103发出业务地址申请请求。在获得业务地址后，业务客户端将该地址配置在用户终端101中的IP协议栈中，并将申请到的业务地址传送给业务客户端1011。

3)地址管理服务器103：位于运营商侧，是负责向用户提供地址服务的服务器。当用户客户端启动后，地址管理服务器103提供对于业务客户端1011的认证服务。在确认该业务客户端1011的合法性后，地址管理服务器103负责接收地址管理客户端1013发出的业务地址申请请求，根据请求提供的信息为用户选择合适的业务地址；在生成业务地址后，地址管理服务器103将此地址反馈给地址管理客户端1013。为了保证对于业务地址的有效管理，地址管理服务器103为业务地址还提供如下管理功能：一是将此地址及相关信息(用户标识、业务信息、使用时间)在本地日志数据库(未示出)中进行登记，作为地址使用日志以备以后查询；其次，为了防止用户随意使用业务地址而滥用传输网络，地址管理服务器103还利用本业务地址生成相应的路由策略，该路由策略配置在该用户终端连接的边缘路由器中。

4)用户路由器105：是位于用户网络出口处的边缘路由器或者网关类设备，在本体系架构示意图中，用户路由器是可选的。

5)边缘路由器106，指通过宽带接入网络、直接面向于用户设备的宽带接入设备，这些设备一般包括：为宽带用户提供接入服务的宽带接入服务器(BRAS)和位于网络边缘为企业客户提供接入服务的路由器。在本发明的系统中，边缘路由器接收地址管理服务器103的配置命令，基于业务地址开通或者关闭针对于特定业务地址的网络路由。

此外，在图中还包括“业务系统服务端”模块，它主要为用户/终端提供业务服务，如为用户终端提供认证、业务接入、媒体处理、会话管理、计费管理和设备管理等服务，以视频通信系统为例，服务端系统包括GK(Gatekeeper，网首)以及MCU(Multi-party ControlUnit，多方控制单元)、管理服务器等。严格地说，业务系统服务端不属于业务地址管理的组成部分。但它会和业务地址管理的相关模块通过“业务类别信息传输接口1”和“业务类别信息传输接口2”发生关系，这两个接口的功能如下：

业务类别信息传输接口1：业务系统服务端通过该接口，告诉业务客户端本业务系统的相关信息，如该业务的业务类别、品牌名称、业务提供商的标识以及其它相关信息。这些信息被地址管理客户端用于向地址管理服务器发出业务地址请求。

业务类别信息传输接口2：业务系统服务端通过该接口，告诉地址管理服务器本业务系统的相关信息，如业务类别、品牌名称、业务提供商的标识以及其它相关信息。这些信息被地址管理服务器接收后统一存储，并为该业务确定业务地址的类型。在接收到业务客户端的地址请求后，地址管理服务器基于这些信息来判定用户请求所对应的业务类型，并按照该业务类别来给其分配相应的业务地址。

业务地址申请与分配流程

本发明的核心是业务地址申请过程，在业务地址申请过程执行以前，需要有预先的准备过程。该准备过程包括：首先，打通针对网络地址的地址申请通道，网络地址申请流程可采用传统IPv6网络地址机制，如无状态地址自动配置和前缀代理机制，该技术已经很成熟。另外一个准备过程就是要打通数据传输通道，因为本发明主要处理的是地址分配机制，但地址分配成功后要进行数据传输，必需要在用户终端和边缘路由器之间打通所有的业务数据上行和下行通道，打通数据传输通道的过程需要预先在这些设备中手工配置好数据路由。

业务地址申请过程的流程如图2所示：

步骤1)在系统中准备工作完成后，用户终端中的地址管理客户端启动，并从终端中读取网络地址及网关等信息。

步骤2)地址管理客户端将本终端的用户身份及密码等信息通过网络发送给地址管理服务器进行认证。

步骤3)地址管理服务器接收到认证请求后，查询认证数据库，确认用户是否合法。

步骤4)地址管理服务器将用户认证的结果发给用户终端中的地址管理客户端。如果认证请求通过，则进入下一步。

步骤5)该用户终端从某个特定业务(如视频会议)的业务客户端启动。

步骤6)业务客户端启动后，向地址管理客户端发出业务地址请求，该请求含有所请求业务的业务类别、品牌名称、业务提供商的标识以及其它相关信息。

步骤7)地址管理客户端查询目前该终端使用的业务地址，如果有与所请求业务类别相对应的业务地址，则直接反馈给客户端程序。如果没有，则生成新的业务地址申请请求，其中含有申请业务地址的用户标识、本机网络地址、业务类别、品牌名称、业务提供商的标识以及其它相关信息。

步骤8)地址管理客户端将该业务地址请求发送给地址管理服务器。

步骤9)地址管理服务器在接收到业务地址请求后，根据过程“业务地址生成方式”(以下详述)生成业务地址。

步骤10)在生成业务地址后，地址管理服务器将该业务地址及相关信息(如用户标识、本机网络地址、业务类别、品牌名称、业务提供商的标识、地址启用时间以及其它相关信息)在本地日志数据库中进行登记，以备以后查询。

步骤11)地址管理服务器基于该业务地址，针对该用户接入的链路，生成策略路由命令，并将该路由配置命令配置在该用户终端连接的边缘路由器中。

步骤12)地址管理服务器将生成的业务地址反馈给地址管理客户端。

步骤13)地址管理客户端在收到新生成的业务地址后，将其及对应的网关地址配置在用户终端的协议栈中生效。

步骤14)地址管理客户端将所述业务地址传递给业务客户端，业务客户端获知了进行本次通信的业务地址。

步骤15)业务客户端以所述业务地址为源地址和通信对端进行业务数据流通信。双向的数据流在经过边缘路由器时，将要基于数据包中的源和目的业务地址按照步骤11预先配置好的路由策略进行检查，以保证在路由器中经过配置的业务地址的数据包经过，而将含有没有登记和注册过的业务地址的数据包检测出来进行丢弃处理。

业务地址格式设计

如上面提到的，IPv6具有128比特的地址长度。IPv6地址的种类很多，但只有全局可聚类单播地址适合生成业务地址。在介绍业务地址格式以前，先介绍全局可举类的单播地址的情况。全局可聚类单播地址是IPv6中使用最广泛的一种地址，在IETF(Internet EngineeringTask Force，互连网工程任务组)相关标准中定义了全局可聚类单播IPv6地址。其包括三个部分，全局路由前缀、子网标识符和接口标识符。其中，全局路由前缀具有层次化结构，是由RIR(Regional InternetRegistry、地区级的互联网注册机构)和ISP(Internet Service Provider，互连网服务提供商)分配给一个客户网络(即一簇子网或者链路)的前缀标识值，一般具有m个比特，m是大于零的整数；子网标识是客户网络内部的不同子网的标识，子网标识通常是由客户网络内部的网络管理员统一分配和管理，一般被分配给(64-m)个比特；接口标识符是用来区分在一个子网链路上的多个接口，在同一个子网链路上它必须是唯一的，相同的接口标识符不能被分配给不同的节点。同样的接口标识符可以被单一节点的多个接口使用，只要它们附着在不同的子网上。在许多情况下，在同一条链路上，节点的接口标识符由其接口的二层链路变换而来，并在相关的文档规范中有专门定义，除了以000(二进制表示)为前缀的地址外，所有的单播地址的接口标识符是64比特长。在这种情况下，全局单播地址的格式如图3所示：其中，前m个比特用作全局路由前缀，后64比特用于接口标识符，其生成方法具有多样性，运营商很难在其中做重新规定；而中间的64-m比特用于子网标识。在本发明的方案中，为了方便路由聚类，业务地址标识字段比特建议采用从子网标识字段中选取。以采用4个比特来标识不同的业务地址为例(当然，业务地址标识字段也可采用8比特)。这样，以4比特的业务地址标识为例，其业务地址格式如图4所示。这样在新的地址格式中，出现了4比特的业务地址标识字段。

地址类别与业务类别对应关系示例

网络地址以户终端为主要分配对象，用户终端在启动后首先获得网络地址，主机终端试用网络地址建立底层的通信联系；而业务地址以用户终端上的业务客户端为主要分配对象，业务客户端通过业务地址申请与分配协议向运营商地址管理服务器申请该类业务的业务地址，并在运营商网络侧的边缘设备中进行注册登记，然后以此业务地址作为本客户端进行通信的源地址。

其中，网络地址的第60～63比特为0，它是用户终端通过传统地址分配方式获得的，它是用户终端中对外通信的基础，包括地址管理客户端与地址管理服务器之间的信令交互都要以本地址来标识自己。目前，综合化电信运营商一般提供包括基础数据、视频、话音在内的多种业务。这些业务要通过业务地址的不同加以区分，本部分给出业务地址与不同电信业务类别的对应关系示例，如果某运营商的IPv6地址前缀为2001:c68::/32，则其网络地址、业务地址前缀与业务类别的对应关系如下：

表1地址类别与业务类别对应表示例

按照以上表格的规则，如果网络中传送的某个IP包的源地址为2001:c68:0123:4342:0:1::2，说明这个IP包是由高清视频通信的客户端发出的；如果网络中传送的某个IP包的目的地地址为2001:c68:ac8:74B:0:1::2，说明这个IP包要达到CDN/流媒体之类业务的客户端。如果网络中传送的某个IP地址是2001:c68:89bb:a30:1:1:2:4，说明这个IP地址是普通的网络地址。这也说明，运营商在将其地址要严谨规划。

业务地址生成方式

地址管理服务器按照客户请求生成所需要的业务地址，这个过程是本技术中重要的一步，在此做专门介绍。

业务地址的生成利用业务地址请求消息中的数据来生成，这些数据包括：客户主机的当前的IPv6网络地址、业务类别信息。地址管理服务器在收到地址请求消息后，其生成业务地址的过程如下：

1)首先根据业务类别信息生成业务地址标识信息，仍以上面的表格作为例子，如果某项业务是信息家电业务，则其业务地址标识值是0x9。

2)在获得业务地址标识后，用其替换掉该主机网络IP地址中与业务地址标识符中相对应的比特。如某主机的网络IP地址是：2001:c68:1000:690::1，则其上信息家电业务的业务IP地址是2001:c68:1000:699::1，以上过程用图示描述如图5所示。

终端参考模型设计

用户通过以上地址申请机制获得的业务IP地址最终要配置在终端内的协议栈中，从而为业务客户端对外进行数据通信创造条件。由于终端需要支持业务地址申请功能，因此新的终端模型和以前的有了较大的差别。在此针对业务地址申请过程，设计了以下两种终端参考模型：

模型一：单IP协议栈的终端模型

顾名思义，这种终端模型只有一套IP协议栈，如图6所示，也就是使用主机操作系统中自带的IP协议栈。在这种模型下，经过业务地址申请过程得到的业务地址是直接配置在这个协议栈中。它的优点是，系统改造量较小，运营商只要开发统一的地址管理客户端下载在用户主机中即可。但这种模型的缺点隔离性不好，非运营商自营业务也可以使用协议栈中的业务地址，从而获得与其业务级别不一致的数据传送服务。

模型二：双IP协议栈的模型

双协议栈模型具有两个IP协议栈，如图7所示。IP协议栈1是主机操作系统原有的IP协议栈，负责处理网络地址。IP协议栈2是专门配置的负责管理和处理业务地址的IP协议栈。这两个协议栈的定位和功能是不同的，IP协议栈1(原有的IP协议栈)主要为非运营商自营业务提供服务，IP协议栈2主要为运营商自营业务提供服务。当由于各种原因运营商自营业务不能使用IP协议栈2时，此时业务地址不能正常使用，业务客户端可以切换到协议栈1上，使用终端的网络地址进行通信。这种模型的好处是协议栈之间具有良好的隔离性，防止非运营商自营业务客户端非法使用业务地址。

总结

本发明是从增强新一代IP网络可管理性和业务支撑能力出发，结合IPv6的技术特点，设计了一种新型的面向业务的IPv6地址申请及分配方案，并提出了业务地址的定义方法，它有如下方面的创新点：

1)本发明首先将IPv6全局可聚类单播地址分成网络地址和业务地址两大类，其次，业务地址按照电信业务的不同进行进一步分类，从而将形成了与多样化业务类别相对应的业务地址，这种携带了业务信息的IPv6地址在网络中更加方便网络设备按照业务类别和用户需求的不同进行相应处理，可以很方便地实施多种机制，如业务流识别、非法流量限制、面向业务流的网络统计等等。

2)提出了新型的地址申请与分配方案，并以地址分配服务器和地址客户端的实体形式体现出来。在这种方案中，在业务客户端的请求之下，业务地址可从地址管理服务器直接分到用户客户端，保证了运营商对于业务地址管理。其次，用户申请的业务地址需要在边缘路由器中进行登记注册，增强了运营网络对于业务地址数据包路由的管理。

总之，本发明为了增强运营商IP承载网差异化服务的能力，增强承载网面向上层业务类别的不同进行数据转发的能力，提出了一种新型的面向业务的地址分类、申请和分配方案。本方案充分考虑了电信业务的发展趋势以及管理需求，以及网络的可扩展性，基于这种地址分配方案可以提高运营商网络的业务流识别能力、QoS能力、限制非法流量、面向业务的统计能力。它符合未来IP/IPv6网络和业务发展的趋势。

本发明要保护的是这种面向业务的地址分类方案以及业务地址申请与分配方法。本发明是要保护这种地址申请及分配方法的整体架构、工作流程、业务地址生成机制、客户端模型设计方案等。整个过程是：在不同业务客户端的请求下，用户终端内的地址管理客户端可以向运营商侧的地址管理服务器直接发出业务地址的申请请求，地址管理服务器在生成该业务地址后，在本地日志数据库中进行登记注册，然后下发给客户端，业务客户端可以此业务地址作为和其它业务端进行通信的源IP地址，即该业务地址在终端内专为本类业务的数据通信提供服务。在运营商网络中，网络设备可以根据IP包中源地址和目的地址的不同判断业务流类型，进行不同的数据转发和路由处理，甚至对于部分非法流量进行丢弃处理。

以上通过结合附图对根据本发明的一种面向业务的IPv6地址分类与分配方法以及相应的系统和用户终端进行了阐述，但本发明并不限于此。本领域技术人员知道，依据本发明原理，可以对本发明作出各种修改、改进，而不脱离本发明随附权利要求的范围。

Claims (26)

1.一种面向业务的IPv6地址分类及分配方法，包括：

将IPv6地址分成网络地址和业务地址两大类；

将网络地址分配给用户终端，用户终端在启动后首先获得网络地址；

将业务地址分配给用户终端上的不同的业务客户端，其中，所述业务客户端通过业务地址申请与分配协议，向运营商地址管理服务器申请该类业务的业务地址，然后以此业务地址作为该客户端进行通信的源地址；以及

按照电信提供的业务的不同将业务地址进行进一步分类，从而形成与多样化业务类别相对应的多个业务地址，业务地址的生成利用业务地址请求消息中的数据来生成，这些数据包括：客户主机的当前的IPv6网络地址和业务类别信息，所述业务地址的生成过程由地址管理服务器按照客户请求而生成所需要的业务地址，包括：

根据业务类别信息生成业务地址标识信息；

在获得业务地址标识后，用其替换掉该主机网络IP地址中与业务地址标识符中相对应的比特。

2.根据权利要求1的面向业务的IPv6地址分类及分配方法，其中，所述IPv6地址是全局可聚类单播地址，所述IPv6全局可聚类单播地址包括：全局路由前缀、子网标识符和接口标识符，其中从所述子网标识符字段中选取业务地址标识字段，以标识不同的业务地址类型。

3.根据权利要求1的面向业务的IPv6地址分类及分配方法，进一步包括业务地址的申请过程，所述过程包括如下步骤：

根据不同业务客户端发出的业务地址的请求，由用户终端内的地址管理客户端向运营商侧的地址管理服务器发出业务地址的申请请求；

所述地址管理服务器在接收到该业务地址的申请请求后，生成相应的业务地址后，在运营商网络边缘路由器中进行登记注册，然后经地址管理客户端下发给所述发出请求的业务客户端；

所述业务客户端以此业务地址作为和通信对端进行通信的源IP地址。

4.根据权利要求3的面向业务的IPv6地址分类及分配方法，其中，所述业务地址的申请过程还包括：

在业务地址申请过程执行以前的准备过程，该准备过程包括：打通针对网络地址的申请通道；以及打通业务数据传输通道。

5.根据权利要求3的面向业务的IPv6地址分类及分配方法，其中，由所述业务客户端向所述地址管理客户端发出的业务地址请求中含有所请求业务的业务类别、品牌名称以及业务提供商的标识。

6.根据权利要求3的面向业务的IPv6地址分类及分配方法，所述业务地址的申请过程还包括：

所述地址管理客户端查询目前该终端使用的业务地址，如果有与所请求业务类别相对应的业务地址，则直接将该地址反馈给客户端程序；

如果没有与所请求业务类别相对应的业务地址，则生成新的业务地址申请请求，其中含有申请业务地址的用户标识、本机网络地址、业务类别、品牌名称以及业务提供商的标识。

7.根据权利要求3的面向业务的IPv6地址分类及分配方法，所述业务地址的申请过程还包括：

在生成业务地址后，所述地址管理服务器将该业务地址、用户标识、本机网络地址、业务类别、品牌名称、业务提供商的标识及地址启用时间在本地日志数据库中进行登记，以备以后查询。

8.根据权利要求3的面向业务的IPv6地址分类及分配方法，所述业务地址的申请过程还包括：

所述地址管理服务器基于业务地址，针对该用户接入的链路，生成策略路由命令，并将所述策略路由命令配置在与该用户终端连接的边缘路由器中。

9.根据权利要求3的面向业务的IPv6地址分类及分配方法，所述业务地址的申请过程还包括：

所述地址管理客户端在收到新生成的业务地址后，将新生成的业务地址及对应的网关地址配置在用户终端的协议栈中生效。

10.根据权利要求1的面向业务的IPv6地址分类及分配方法，其中，

所述网络地址包括基础互联网业务的地址；

所述业务地址包括：普通视频通信、高清视频通信、视频监控、普通话音VoIP、高清VoIP、HiFi音乐、IPTV、游戏、信息家电、企业VPN、CDN/流媒体、网络链路和节点设备、网管系统以及个人VIP业务的地址。

11.一种面向业务的IPv6地址分类及分配系统，其中，将IPv6地址分成网络地址和业务地址两大类；以及按照电信提供的业务的不同将业务地址进行进一步分类，从而形成与多样化业务类别相对应的多个业务地址，所述系统包括：

一个或多个用户终端，其被分配有所述网络地址，用户终端在启动后首先获得所述网络地址，所述用户终端进一步包括：

一个或多个不同的业务客户端，用于在所述用户终端上运行特定类别业务的客户端软件，其通过业务地址申请与分配协议，向运营商地址管理服务器申请该类业务的业务地址，然后以此业务地址作为该客户端进行通信的源地址；

地址管理客户端，与所述一个或多个不同的业务客户端相连，用于为业务客户端提供管理服务，接收本终端上不同业务客户端发出的业务地址请求，如果本终端上没有适合于该业务的业务地址，则该地址管理客户端代表业务客户端向运营商侧的所述地址管理服务器发出业务地址申请请求；获得由所述地址管理服务器生成的相应的业务地址，将该地址配置在用户终端中的IP协议栈中，并将申请到的业务地址传送给所述业务客户端；

位于运营商网络侧的地址管理服务器，与所述地址管理客户端相连，用于接收所述地址管理客户端发出的业务地址申请请求，根据请求提供的信息为用户选择合适的业务地址，所述请求提供的信息包括客户主机的当前的IPv6网络地址和业务类别信息，所述为用户选择合适的业务地址包括根据业务类别信息生成业务地址标识信息，在获得业务地址标识后，用其替换掉该主机网络IP地址中与业务地址标识符中相对应的比特；在边缘路由器中进行登记注册，然后经所述地址管理客户端下发给所述发出请求的业务客户端；

边缘路由器，与所述地址管理服务器相连，用于接收所述地址管理服务器的配置命令，基于业务地址开通或者关闭针对于特定业务地址的网络路由。

12.根据权利要求11的面向业务的IPv6地址分类及分配系统，其中，由业务客户端向所述地址管理客户端发出的业务地址请求中含有所请求业务的业务类别、品牌名称以及业务提供商的标识。

13.根据权利要求11的面向业务的IPv6地址分类及分配系统，其中，所述地址管理客户端还被配置用于：

查询目前该终端使用的业务地址，如果有与所请求业务类别相对应的业务地址，则直接将该地址反馈给客户端程序；

如果没有与所请求业务类别相对应的业务地址，则生成新的业务地址申请请求，其中含有申请业务地址的用户标识、本机网络地址、业务类别、品牌名称以及业务提供商的标识。

14.根据权利要求11的面向业务的IPv6地址分类及分配系统，其中，所述地址管理服务器还包括本地日志数据库，用于在生成业务地址后，将所述业务地址、用户标识、本机网络地址、业务类别、品牌名称、业务提供商的标识及地址启用时间在所述本地日志数据库中进行登记，以备以后查询。

15.根据权利要求11的面向业务的IPv6地址分类及分配系统，其中，所述地址管理服务器还被配置用于：

基于业务地址，针对该用户接入的链路，生成策略路由命令，并将所述策略路由命令配置在与该用户终端连接的所述边缘路由器中。

16.根据权利要求11的面向业务的IPv6地址分类及分配系统，其中，所述地址管理客户端还被配置用于：

在收到新生成的业务地址后，将新生成的业务地址及对应的网关地址配置在所述用户终端的协议栈中生效。

17.根据权利要求11的面向业务的IPv6地址分类及分配系统，其中，

所述网络地址包括基础互联网业务的地址；

所述业务地址包括：普通视频通信、高清视频通信、视频监控、普通话音VoIP、高清voIP、HiFi音乐、IPTV、游戏、信息家电、企业VPN、CDN/流媒体、网络链路和节点设备、网管系统以及个人VIP业务的地址。

18.根据权利要求11的面向业务的IPv6地址分类及分配系统，其中，所述IPv6地址是全局可聚类单播地址，所述IPv6全局可聚类单播地址包括：全局路由前缀、子网标识符和接口标识符，其中从所述子网标识符字段中选取业务地址标识字段，以标识不同的业务地址类型。

19.一种使用面向业务的IPv6地址进行通信的用户终端，其中，将IPv6地址分成网络地址和业务地址两大类；以及按照电信提供的业务的不同将业务地址进行进一步分类，从而形成与多样化业务类别相对应的多个业务地址，所述终端被分配有所述网络地址，用户终端在启动后首先获得网络地址，所述终端包括：

一个或多个业务客户端，用于在所述用户终端上运行特定类别业务的客户端软件，其通过业务地址申请与分配协议，向运营商地址管理服务器申请该类业务的业务地址，然后以此业务地址作为该客户端进行通信的源地址；

地址管理客户端，与所述一个或多个业务客户端相连，用于为业务客户端提供管理服务，接收本终端上不同业务客户端发出的业务地址请求，如果本终端上没有适合于该业务的业务地址，则该地址管理客户端代表业务客户端向运营商侧的所述地址管理服务器发出业务地址申请请求；获得由所述地址管理服务器生成的相应的业务地址，将该地址配置在用户终端中的IP协议栈中，并将申请到的业务地址传送给业务客户端。

20.根据权利要求19的用户终端，其中，由业务客户端向所述地址管理客户端发出的业务地址请求中含有所请求业务的业务类别、品牌名称以及业务提供商的标识。

21.根据权利要求19的用户终端，其中，所述地址管理客户端还被配置用于：

查询目前该终端使用的业务地址，如果有与所请求业务类别相对应的业务地址，则直接将该地址反馈给客户端程序；

如果没有与所请求业务类别相对应的业务地址，则生成新的业务地址申请请求，其中含有申请业务地址的用户标识、本机网络地址、业务类别、品牌名称以及业务提供商的标识。

22.根据权利要求19的用户终端，其中，所述地址管理客户端还被配置用于：

在收到新生成的业务地址后，将新生成的业务地址及对应的网关地址配置在用户终端的协议栈中生效。

23.根据权利要求19的用户终端，其中，

所述网络地址包括基础互联网业务的地址；

所述业务地址包括：普通视频通信、高清视频通信、视频监控、普通话音VoIP、高清VoIP、HiFi音乐、IPTV、游戏、信息家电、企业VPN、CDN/流媒体、网络链路和节点设备、网管系统以及个人VIP业务的地址。

24.根据权利要求19的用户终端，其中，所述IPv6地址是全局可聚类单播地址，所述IPv6全局可聚类单播地址包括：全局路由前缀、子网标识符和接口标识符，其中从所述子网标识符字段中选取业务地址标识字段，以标识不同的业务地址类型。

25.根据权利要求19的用户终端，其中，所述终端采用单IP协议栈的终端模型，在这种模型下，经过业务地址申请过程得到的业务地址直接配置在所述协议栈中。

26.根据权利要求19的用户终端，其中，所述终端采用两个IP协议栈的终端模型，其中，第一IP协议栈是主机操作系统原有的IP协议栈，负责处理网络地址，而第二IP协议栈是专门配置的负责管理和处理业务地址的IP协议栈。

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