CN101212398A - 一种接入系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接入系统,包括用户设备、接入节点及接入控制器,所述接入控制器与接入节点连接及管理用户设备接入,所述接入节点接入用户设备以及区分转发控制和数据报文,在用户和接入控制器之间中转控制报文以及转发用户数据报文。本发明有益的技术效果在于:本发明中的接入控制器管理PPP,接入网络实现控制与传送的隔离,消除了PPP支持组播困难以及接入服务器复杂而不稳定的问题。

Description

一种接入系统及方法
技术领域
本发明主要涉及通信技术领域,尤其是一种接入系统及方法。
背景技术
点对点协议(Point to Point Protocol,缩写:PPP)为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。PPP最初设计是为两个对等节点之间的流量传输提供一种封装协议。在TCP-IP协议集中它是一种用来同步调制连接的数据链路层协议。
PPP主要由以下几部分组成:
封装:一种封装多协议数据报的方法。PPP封装提供了不同网络层协议同时在同一链路传输的多路复用技术。PPP封装精心设计,能保持对大多数常用硬件的兼容性;
链路控制协议(LCP):PPP提供的LCP功能全面,适用于大多数环境。LCP用于就封装格式选项自动达成一致,处理数据包大小限制,探测环路链路和其他普通的配置错误,以及终止链路。LCP提供的其他可选功能有:认证链路中对等单元的身份,决定链路功能正常或链路失败情况;
网络控制协议:一种扩展链路控制协议,用于建立、配置、测试和管理数据链路连接;
配置:使用链路控制协议的简单和自制机制。该机制也应用于其它控制协议,例如:网络控制协议(NCP)。
请参阅图1,为PPP通信阶段示意图。为了建立点对点链路通信,PPP链路的每一端,必须首先发送LCP包以便设定和测试数据链路。在链路建立,LCP所需的可选功能被选定之后,PPP必须发送NCP包以便选择和设定一个或更多的网络层协议。一旦每个被选择的网络层协议都被设定好了,来自每个网络层协议的数据报就能在链路上发送了。链路将保持通信设定不变,直到有LCP和NCP数据包关闭链路,或者是发生一些外部事件的时候(如,休止状态的定时器期满或者网络管理员干涉)。
家庭拨号上网是通过PPP在用户端和运营商的接入服务器之间建立通信链路。目前,宽带接入广泛部署,在宽带接入技术日新月异的今天,PPP也衍生出新的应用。典型的应用是在ADSL(非对称数据用户环线,Asymmetrical Digital Subscriber Loop)接入方式当中,PPP与其他的协议共同派生出了符合宽带接入要求的新的协议,如PPPoE(PPP over Ethernet,基于以太网的点对点协议),PPPoA(PPP over ATM,基于异步传输模式的点对点协议)。
利用以太网(Ethernet)资源,在以太网上运行PPP来进行用户认证接入的方式称为PPPoE。PPPoE即保护了用户的以太网资源,又完成了ADSL的接入要求,是目前ADSL接入方式中应用最广泛的技术标准。
同样,在ATM(异步传输模式,Asynchronous Transfer Mode)网络上运行PPP协议来管理用户认证的方式称为PPPoA。它与PPPoE的原理相同,作用相同;不同的是它是在ATM网络上,而PPPoE是在以太网网络上运行,所以要分别适应ATM标准和以太网标准。
PPPoX是PPP承载其他协议上的一种通称,包括PPPoE、PPPoA、PPPoMPLS(PPPover Multiprotocol Label Switch)、PPPoIP(PPP over IP)、PPPoPW(PPP over Pseudwire)。
请参阅图2,为现有的PPPoX应用组网图。接入节点AN(Access Node)对PPP进行透传处理,AN不对PPP报文做处理,根据接入线路(AN到用户)和接入网络(AN到BRAS或IP Edge或BNG之间的网络)传送技术的不同,AN可能需要进行PPPoA到PPPoE的转换。宽带接入服务BRAS(Broadband Remote Access Server)或宽带网关BNG(Broadband Network Gateway)负责PPP终结,负责维护PPP状态,BRAS或BNG负责同时承担AAA(Authentication,Authorization andAccounting,验证、授权和帐户)服务器的客户端Client。BRAS负责用户数据报文不同封装格式的转换和转发,如:PPPoX到IPoX的转换和互通,用户控制报文和数据统一都是采用PPP封装在用户与BRAS或BNG之间传送,图3为典型的协议栈示意图。
这种组网方式的缺陷在于:网络中的接入服务器需要终结大量的PPP会话,维护大量的PPP状态,转发大量的用户数据包,还要对用户数据报文很很多的处理,如QOS等,实现功能很多,处理任务很多,在业务繁忙时,已经成为网络性能的瓶颈,因此使用PPPoX认证方式对组网方式和设备性能的要求较高;用户统一通过网络中的接入服务器接入网络,接入服务器很容易形成单点故障;由于接入服务器与用户终端之间建立的是点到点的连接。即使几个用户同属于一个组播组,也要为每个用户单独复制一份数据流,才能够支持组播业务的传输,这样占用网络带宽;由于业务不同需求的驱动,随着接入接入网传送技术的演进,未来的接入网络传送技术可能多种多样,承载和控制分离成为新的需求,而PPP认证则是控制和承载是捆绑在一起的;TR101架构的接入网传送技术是以太网,新的架构的接入网络传送技术为了满足多业务承载,单一的以太网技术已经不能满足要求,因此新的架构必须兼容历史大量应用的PPPoE或PPPoA接入问题,支持历史业务和用户的平滑升级。
请参阅图4,为现有的另一种接入系统的组网图。在该接入系统中,AN实现图2中的BRAS功能,AN对PPP进行终结和维护PPP状态,AN同时承担AAA Client功能,AN负责PPPoX到IPoX的转换和转发,AN维护数据报文转发表。
请参阅图5,为现有的另一种接入系统组网的实现方案图。图5实现方案的是图4接入系统的一种PPPoE接入转IPoE接入的应用,AN实现图2中的BRAS功能。AN负责PPP终结,负责维护PPP状态,AN负责同时承担AAA的Client,AN负责维护数据报文转发表,AN负责用户数据报文PPPoE到IPoE的转换和转发。在该接入系统中,AN二层设备,IPoE的媒体访问控制MAC(Medium Access Control)地址采用PPPoE的MAC地址。
以上所述的现有方案的缺点:AN终结和管理PPP,维护PPP状态,实现复杂;AN实现了BRAS功能,AN实现复杂且成本高;AN承担AAA的Client,需要配置众多数据,AN分散,设备众多,运营维护困难,提供维护成本;历史AN实现相对简单,系统处理能力支持不足,不能实现平滑升级。
发明内容
本发明的目的在于提供一种接入系统及方法,以解决现有接入系统存在的问题和满足未来应用的需求。
为了解决上述问题,本发明所采取的技术方案包括一种接入系统,包括用户设备、接入节点及接入控制器,所述接入控制器与接入节点连接及管理用户设备接入,所述接入节点接入用户设备以及区分转发控制和数据报文,在用户和接入控制器之间中转控制报文以及转发用户数据报文。
所述的接入系统还包括接入网络,所述接入网络与接入节点相连,所述接入节点转发的数据报文包括用户和用户之间或者用户和接入网络之间的数据报文。
优选的,所述的接入控制器与接入节点连接包括:接入控制器与接入节点直接相连或者接入控制器与接入节点通过网络逻辑相连。
所述的接入节点区别转发PPP控制和数据报文指接入节点转发PPP控制报文至接入控制器,接入节点转发PPP数据报文至目的用户或网络。
所述的接入节点在用户和接入控制器之间中转控制报文包括:接入节点将接收到的用户PPP控制报文中转到接入控制器,同时接入控制器发往用户的控制报文中转至用户。
所述接入节点通过PPPoE技术、或者PPPoA技术、或者PPPoIP技术、或者PPPoMPLS技术、或者PPPoPW中转控制报文。
所述接入控制器管理用户接入包括:链路协商、认证和授权用户接入、网络配置、以及PPP状态管理。
所述接入控制器管理通过接入节点中转来的PPP控制报文进行用户接入管理。
所述接入节点在所述接入控制器授权用户接入后建立数据报文转发表,接入节点根据此数据报文转发表进行转发或者对数据报文进行封装格式转换后转发。
所述接入节点通过解析用户与接入控制器的PPP控制报文,获取用户参数,以构造数据报文转发表,或者通过另外协议从接入控制器获取用户参数,以构造数据报文转发表,或者通过网络管理配置数据报文转发表。
所述接入节点根据接入控制器授权结果准许用户数据报文通过,准许用户接入网络。
所述接入节点默认准许用户PPP控制报文通过。
所述接入节点包括不仅局限于:以太网交换机、数字用户接入线路复用器(DSLAM,Digital Subscriber Line Access Multiplexer)、路由器、无线基站、无线接入访问点。
本发明所采取的技术方案还包括一种接入方法,包括:步骤A:接入节点中转接收到的用户的控制报文至接入控制器,接入控制器管理用户接入;步骤B:接入控制器授权用户接入后,接入节点转发用户数据报文。
在所述步骤A中,进一步包括接入节点来自接入控制器的报文中转至用户,所述的中转包括PPP承载方式的转换和/或报文的转发。
所述PPP承载方式的转换包括不仅局限于:PPPoE与PPPoA转换、PPPoE与PPPoIP转换、PPPoE与PPPoMPLS转换、PPPoE与PPPoPW转换。
在所述步骤B中,在所述步骤B中,接入节点建立数据报文转发表,接入节点根据此数据报文转发表进行转发或者对数据报文进行封装格式转换后转发,其中,所述封装格式转换包括PPPoX与IPoPSN的转换,所述转发包括将发往用户的报文转换后转发给用户或将来自用户的报文转换后转发至目的地。
所述的IPoPSN包括不仅局限于IP over Ethernet、IP over MPLS、IP over ATM。
所述接入节点建立数据报文转发表的管理通过监控用户与接入控制器的PPP控制报文,获取用户接入PPP状态,或者通过另外协议从接入控制器获取用户接入PPP状态,接入节点通过用户接入PPP状态对数据报文转发表进行删除或老化等管理操作。
所述接入节点通过识别PPP会话终止报文,所述接入节点删除数据报文转发表,或者所述接入控制器检测PPP会话中断,通知所述接入节点删除或老化数据报文转发表。
所述接入认证方法是PPPoA时,接入节点将PPPoA转化为PPPoE,然后将PPPoE控制报文转发到接入控制器,或者接入节点直接将PPPoA控制报文转发到接入控制器。
所述接入节点将PPPoA转化为PPPoE要求接入节点实现PPPoE客户端与接入控制器连接,接入节点负责将PPPoA的控制报文转换成PPPoE的控制报文后转发至接入控制器。
所述接入认证报文是PPPoE报文时,所述步骤A包括:步骤A1:接入节点将收到用户的PADI报文转发到接入控制器,将接入控制器的PADO报文转发给用户;步骤A2:接入节点将收到用户的PADR报文转发到接入控制器,将接入控制器的PADS报文转发给用户;步骤A3:接入节点将收到用户的PPP控制报文转发到接入控制器和接入控制器的PPP控制报文转发给用户。
所述接入认证报是PPPoE报文时,所述步骤B包括:步骤B1:接入节点分析PPPoE报文得到用户接入信息或者通过接入控制器通过其他协议告知的用户接入信息,构造用户的PPPoE到IPoE的数据报文转发表;步骤B2:接入节点识别用户通信的数据报文,对接受到的用户PPPoE报文进行转换,通过数据报文转发表换成IPoE,然后再通过数据报文转发表发送出去。
所述的PPP接入改进方法,进一步实现:PPP控制报文通过PPP封装格式传送,数据报文采取IPoX封装格式传送,接入认证器管理用户接入及控制接入节点授权用户数据报文转发或者不允许用户数据报文转发。
所述的PPP接入改进方法,所述的PPP控制报文包括:PPP链路控制协议(LCP,Link Control Protocol)报文、PPP网络控制协议(NCP,Network Control Protocol),PPP密码认证协议(PAP,Password Authentication Protocol)报文,PPP挑战握手认证协议(CHAP,Challenge Handshake Authentication Protocol)报文,PPPoE发现Discovery阶段协议报文,所述的数据报文指用户通信的网络层数据报文,包括IP报文。
所述的PPP接入改进方法,所述的接入节点通过PPP报文头和/或PPP承载协议的帧头识别控制报文和数据报文。
采用上述技术方案,结合下面将要详述的实施例,本发明有益的技术效果在于:本发明接入系统及接入方法采用接入控制器专门负责终结PPP会话,维护PPP状态,降低了复杂度,提高了设备稳定性;消除了接入服务器BRAS容易形成单点故障的问题;由于点对点连接的数据通道建立在用户和AN之间,PPP可以很好支撑组播传送;满足未来架构承载和控制隔离成为新的需求;很好兼容历史大量应用的PPPoE或PPPoA接入问题,支持历史业务和用户的平滑升级。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是现有PPP通信阶段示意图;
图2是现有的PPPoX应用组网图;
图3是现有的典型协议栈示意图;
图4是现有的另一种接入系统的组网图;
图5是现有的另一种接入系统组网的实现方案图;
图6是本发明的接入系统的实施方式组网示意图;
图7是本发明的接入方法的流程图;
图8是本发明的接入系统的另一实施方式组网示意图;
图9是本发明的接入系统典型应用的数据报文协议栈示意图;
图10是本发明的接入系统典型应用的控制报文协议栈示意图。
【具体实施方式】
通过具体的实施方式并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
请参阅图6,为本发明的接入系统的实施方式组网示意图。本发明的接入系统包括若干家庭网关RG、接入节点AN、接入控制器(Access Concentrator)、AAA服务器、地址服务器及IP edge。接入节点AN下连接有若干家庭网关RG(Residential Gateway),接入节点AN通过包交换网PSN与IP edge相连,接入节点AN还与接入控制器相连接,此连接可是直接相连,或者是通过网络逻辑相连,接入控制器分别与AAA服务器与地址服务器相连,此连接可是直接相连,或者是通过网络逻辑相连。AN识别PPPoX的控制报文和用户数据报文,AN中转用户发送的控制报文至接入控制器(AccessConcentrator),同时中转接入控制器的控制报文至用户,接入控制器负责对用户进行接入管理,包括链路协商、认证授权、网络配置、PPP状态维护等。AN转发PPPoX控制信令至接入控制器传送技术多种多样,可以是PPPoE技术,或PPPoA技术,或者PPPoIP技术,或者PPPoMPLS。AN负责用户数据报文的PPPoX到IPoPSN(IPoP)的转换,AN将来自用户的PPPoX数据报文转换成IPoP的报文,将来网络的IPoP数据报文转换成PPPoX报文,然后根据数据报文转发表发送出去,PSN(Packet Switch Network,包交换网络)包括以太网、MPLS、ATM等,但AN不维护PPP的状态机,不处理用户接入管理。AN负责进行用户数据报文的PPPoX与IPoP的互通和转换,需要建立数据报文转发表,AN记录用户一些信息,如用户地址等,AN可以通过监控或者捕获用户与接入控制器的PPP信令消息,获取AN需要的信息或者参数,或者接入控制器通过SNMP(Simple Network Management Protocol,简单网络管理协议)或ANCP(Access NetworkControl Protocol,接入网络控制协议)等协议将参数传递给AN。
接入控制器负责维护PPP状态,PPP终结在接入控制器。用户通信的PPP数据报文不经过接入控制器,PPP数据报文在AN做封装和解封装后转发。
AN控制用户接入类似802.1X,用户认证通过即接入控制器授权用户接入网络之前,端口只允许认证控制报文通过,用户通信数据报文不能通过,接入控制器对用户接入认证通过后,用户才能正常通信。AN可以通过监控控制报文获取接入控制器对用户接入认证结果,也可以是接入控制器通知接入节点对用户接入认证结果。接入控制器对用户接入认证通过后,AN建立用户数据报文转发数据报文转发表,用于处理用户数据转发,AN根据此映射表进行PPPoX与IPoP的转换或转发,这样用户就可以正常使用网络了。AN维护一个PPP数据报文的转发数据报文转发表:如(端口[含逻辑端口],用户Mac地址,Session ID)<->(用户MAC地址,用户IP地址,用户网关IP地址GW IP);如果AN是二层情况,AN通过ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议)获取网关(GW)MAC地址作为目的MAC,源MAC使用用户的MAC。
在上述的实施例中,如果PSN是IPoE模式,AN具有ARP PROXY(代理)功能,ARP能够响应接入网关对用户MAC地址查询请求。
在上述的实施例中,如果PSN是IPoE模式,AN通过PPP报文头和/或PPP承载协议以太网的帧头识别控制报文和数据报文。
接入节点建立数据报文转发表的管理通过监控用户与接入控制器的PPP控制报文,获取用户接入PPP状态,或者通过另外协议从接入控制器获取用户接入PPP状态,接入节点通过用户接入PPP状态对数据报文转发表进行删除或老化等管理操作。如接入节点通过监控PPP ECHO报文,如果在指定的时间内没有PPP ECHO报文,接入节点可以判定用户接入的PPP会话已断,接入节点删除数据报文转发表。或者接入控制通过PPP的检测机制(KeepAlive)检测到,用户接入的PPP会话已断,然后通知接入节点删除数据报文转发表。
请参阅图7,为本发明的接入方法的流程图,在该方法中,接入认证报文是PPPoE,AN和IP Edge之间是以太网的情况:
步骤1:AN将收到用户的PADI报文(PPPoE发现初始报文)转发到接入控制器;
步骤2:AN将接入控制器的PADO报文(PPPoE发现提供报文)转发给用户;
步骤3:AN将收到用户的PADR报文(PPPoE发现请求报文)转发到接入控制器;
步骤4:AN将接入控制器的PADS(PPPoE发现会话确认报文)报文转发给用户,AN可以分析PADS记录PPPoE Session ID,如AN不分析PADS记录PPPoE Session ID,接入控制器可以通过其他协议将Session ID(会话标识索引)参数通知AN;
步骤5:AN将收到用户的PPP会话阶段控制报文转发到接入控制器和接入控制器的PPP会话阶段报文转发给用户,AN可以分析PPP会话阶段控制报文记录用户网络配置参数,如用户IP等,如AN不分析PPP会话阶段控制报文记录用户网络配置参数,接入控制器可以通过其他协议将用户网络配置参数参数通知AN;
步骤6:AN通过分析PPPoE报文得到用户接入信息或者通过接入控制器通过其他协议告知的用户接入信息,构造用户的PPPoE到IPoE的数据报文转发表,用户的PPPoE到IPoE的数据报文转发表可以根据传送技术灵活构建,格式可以多种多样,如:(用户MAC地址,Session ID)对应(用户IP地址,用户网关MAC地址),或者(用户MAC地址,Session ID)对应(用户IP地址,用户网关IP地址)或者就是一条主机路由(用户IP地址,Session ID,用户MAC地址);
步骤7:AN识别用户通信的数据报文,对接受到的用户PPPoE报文进行转换,通过数据报文转发表换成IPoE,然后再通过数据报文转发表发送出去,或者对接受到的用户IPoE报文进行转换,通过数据报文转发表换成PPPoE,然后再通过数据报文转发表发送出去。
AN通过监控PPP ECHO报文,如果在指定的时间内没有PPP ECHO报文,接入节点可以判定用户接入的PPP会话已断,接入节点删除数据报文转发表。
AN通过识别PPP会话终止报文,AN删除数据报文转发表,或者接入控制器检测PPP会话中断,通知AN删除或老化数据报文转发表。
在本发明的接入认证方法中,如果接入认证报文是PPPoA报文情况,可以通过AN将PPPoA转化为PPPoE,然后将PPPoE控制报文转发到接入控制器(AccessConcentrator),或者AN直接将PPPoA控制报文转发到接入控制器。
在本发明的接入认证方法中,如果接入认证报文是PPPoA报文情况,AN将PPPoA转化为PPPoE,AN将实现PPPoE客户端功能,AN收到用户的PPPoA链路配置请求报文(LCP Config-Req),AN发送PADI报文到接入控制器;AN接收接入控制器发送的PADO报文;AN发送PADR报文到接入控制器;AN接收接入控制器发送的PADS,AN可以分析PADS记录PPPoE Session ID,如AN不分析PADS记录PPPoE Session ID,接入控制器可以通过其他协议将Session ID参数通知AN;AN转换PPPoA链路配置请求报文为PPPoE的链路配置请求报文,发送至接入控制器;AN转换PPPoA报文为PPPoE或者转换PPPoE报文为PPPoA,转发至接入控制器或用户。
请参阅图8,为本发明的接入系统的另一实施方式组网示意图。在该实施方式中,PPP承载和控制报文彻底分开,PPP或PPPoX控制报文通过PPP格式传送,用户通信报文采取IPoX格式传送,用户通信报文不使用PPP封装格式传送,接入认证器管理接入用户端口状态,即允许用户通信报文通过或者不允许用户通信报文通过。
请参阅图9,为本发明的接入系统典型应用的数据报文协议栈示意图,在该实施方式中,接入方式是ADSL(非对称数字用户环路,Asymmetrical Digital Subscriber Loop)和PPPoA以及ADSL和PPPoE,接入网络是以太网交换网络。
请参阅图10,为本发明的接入系统典型应用的控制报文协议栈示意图,在该实施方式中,接入方式是ADSL和PPPoA以及ADSL和PPPoE,接入节点和接入控制器通过PPPoE转发控制报文。
在上述实施方式中,所述用户设备指用户接入连接网络的终端,包括不仅局限于:计算机、家庭网关、调制解调器、无线终端。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种接入系统,包括用户设备、接入节点,其特征在于:还包括接入控制器,所述接入控制器与接入节点连接及管理用户设备接入,所述接入节点接入用户设备以及区分转发控制和数据报文,在用户和接入控制器之间中转控制报文以及转发用户数据报文。
2.如权利要求1所述的接入系统,其特征在于:所述的接入系统还包括接入网络,所述接入网络与接入节点相连,所述接入节点转发的数据报文包括用户和用户之间或者用户和接入网络之间的数据报文。
3.如权利要求1所述的接入系统,其特征在于:所述接入节点通过PPPoE技术、或者PPPoA技术、或者PPPoIP技术、或者PPPoMPLS技术、或者PPPoPW中转控制报文。
4.如权利要求1或2所述的接入系统,其特征在于:所述接入节点在所述接入控制器授权用户接入后建立数据报文转发表,接入节点根据此数据报文转发表进行转发或者对数据报文进行封装格式转换后转发。
5.如权利要求4所述的接入系统,其特征在于:所述接入节点通过解析用户与接入控制器的PPP控制报文,获取用户参数,或者通过协议从接入控制器获取用户参数,以构造用户数据报文转发的数据报文转发表,或者网络管理配置数据报文转发表。
6.如权利要求1所述的接入系统,其特征在于:所述接入控制器管理用户接入包括:链路协商、认证和授权用户接入、网络配置、和/或PPP状态管理。
7.一种接入方法,包括:
步骤A:接入节点中转接收到的用户的控制报文至接入控制器,接入控制器管理用户接入;
步骤B:接入控制器授权用户接入后,接入节点转发用户数据报文。
8.如权利要求7所述的接入方法,其特征在于:在所述步骤A中,进一步包括接入节点将来自接入控制器的报文中转至用户,所述的中转包括PPP承载方式的转换和/或PPP报文的转发。
9.如权利要求7所述的接入方法,其特征在于:在所述步骤B中,接入节点建立数据报文转发表,接入节点根据此数据报文转发表进行转发或者对数据报文进行封装格式转换后转发,其中,
所述封装格式转换包括PPPoX与IPoPSN的转换,所述转发包括将发往用户的报文转换后转发给用户或将来自用户的报文转换后转发至目的地。
10.如权利要求7所述的接入方法,其特征在于:所述接入认证是通过PPPoA接入时,接入节点将PPPoA转化为PPPoE,然后将PPPoE控制报文转发到接入控制器,或者接入节点直接将PPPoA控制报文转发到接入控制器。
11.如权利要求7所述的接入方法,其特征在于:所述PPP控制报文通过PPP封装格式传送,数据报文采取IPoX封装格式传送,接入控制器管理用户接入,控制接入节点授权用户数据报文转发或者不允许用户数据报文转发。
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