CN101262384A - 宽带接入系统及使用其的ip地址分配、续租和释放方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于实现DHCP代理功能的宽带接入系统、以及使用其的IP地址分配、续租和释放方法。其中该系统包括：用户卡，用于接收来自客户端的DHCP协议报文，存储并修改对应客户端的动态会话数据，在需要的情况下，将DHCP协议报文发送至主控交换装置；以及主控交换装置，用于对DHCP协议报文进行解析和后续处理。本发明还公开了一种利用用于实现DHCP代理功能的宽带接入系统的网络参数获取方法。

Description

宽带接入系统及使用其的IP地址分配、续租和释放方法

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地涉及一种宽带接入系统及使用其的IP地址分配、续租、释放方法以及网络参数获取方法。

背景技术

随着宽带接入技术的广泛使用，IP地址匮乏的问题日益突出，动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocal，简称DHCP)作为解决IP地址不足问题的主要解决手段在宽带接入设备中得到了广泛的应用。DHCP代理作为跨网段解决地址分配问题的主要技术之一得到了越来越多的关注。由于大部分宽带接入设备采用的都是集中式架构，控制和交换都集中一个主控制单板上，所以对用户数据包的收发主要由一块用户卡实现，该用户卡上只实现简单的二层交换功能，所以大多数情况下没有协议栈软件。DHCP代理功能的实现需要对DHCP协议进行解析并根据一定的策略选择DHCP服务器，进而将广播的DHCP请求包以单播的形式发送给DHCP服务器，这样要实现DHCP代理功能需要有协议栈模块的支持，从用户卡上收到的DHCP请求包必须上送到主控交换板上，才能进行DHCP功能的解析和后续处理。但是，采用这种集中式处理方式存在着如下几个问题：

如果系统中配置的用户卡比较多又都使用DHCP获得IP地址的话，会导致很多DHCP包都发送到主控交换板上，这对主控交换板是一个很大的冲击，虽然可以在主控交换板上增加一定的流控机制，但势必会造成DHCP交互过程延长、处理效率下降，从用户的角度来看就是获得IP地址的时间较长。

由于DHCP代理需要记录用户的动态会话数据(如，用户的MAC地址、IP地址、租用期)，所以为了快速收回一段时间没使用的IP地址，还需要设置一个短租用期，如果短租用期到了，DHCP代理需要负责将该地址回收。这就要求主控交换板上有充足的内存资源。

由于DHCP的动态会话集中管理会引发另一个问题就是查询效率比较低。所以，需要针对用户板、用户端口查找动态会话信息。这样也会造成DHCP包的处理时间延长。

本发明就是用来解决上面的几个问题的，以在尽量减少DHCP包在主控交换板的处理时间的同时，减少对主控板内存资源的使用。

发明内容

鉴于上述一个或多个问题，本发明提出了宽带接入系统、使用其的IP地址分配、续租、释放方法和使用其的网络参数获取方法。

为解决上述问题，本发明提供了一种宽带接入系统，用于实现DHCP代理功能。该系统包括：用户卡，用于接收来自客户端的DHCP协议报文，存储并修改对应客户端的动态会话数据，在需要的情况下，将DHCP协议报文发送至主控交换装置；以及主控交换装置，用于对DHCP协议报文进行解析和后续处理。

其中，用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP ACK内容保存区、时间戳。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用上述宽带接入系统的IP地址分配方法。该方法包括以下步骤：S202，用户卡接收并分析客户端发送的DHCP发现报文，记录客户端的动态会话数据并将DHCP发现报文发送至主控交换装置；S204，主控交换装置接收并解析DHCP发现报文，并根据解析结果选择多个DHCP服务器中的一个，并将DHCP发现报文发送至所选的DHCP服务器；S206，主控交换装置接收来自DHCP服务器回送的DHCP offer报文，修改DHCP offer报文的MAC地址，通过查找MAC地址表将DHCP offer报文发送至对应用户卡；以及S208，用户卡接收到DHCP offer报文后更新动态会话数据，将DHCP offer报文发送至客户端；S210，用户卡接收到客户端发送的DHCP请求报文后，查询动态会话数据以更新DHCP请求报文中的对应字段，将DHCP请求报文发送至主控交换装置；S212，主控交换装置接收到DHCP请求报文后将DHCP请求报文发送至所选的DHCP服务器，并且在接收到DHCP服务器回送的DHCP ACK报文后，修改DHCP ACK报文的MAC地址，查询MAC地址表将DHCP ACK报文发送至对应用户卡；以及S214，用户卡接收到DHCP ACK报文后更新动态会话数据，并将DHCP确认报文发送至所述客户端。

其中，用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP ACK内容保存区、时间戳。主控交换装置以单播的形式发送DHCP发现报文。

本发明还提供了一种使用上述宽带接入系统的IP地址续租方法。该方法包括以下步骤：S302，客户端将DHCP请求报文发送至用户卡；S304，用户卡查询动态会话数据，在客户端的IP地址的长租用期没有到的情况下，根据动态会话数据构造DHCP确认消息并发送至客户端；在客户端的IP地址的长租用期快到期的情况下，用户卡修改动态会话数据并将DHCP请求报文发送至主控交换装置；S306，主控交换装置将DHCP请求报文发送至所选的DHCP服务器，并且在接收到DHCP服务器回送的DHCP确认报文之后，修改DHCP确认报文的目的MAC地址，查询MAC地址表后将DHCP确认报文发送至对应用户卡；以及S308，用户卡接收到DHCP确认报文后更新所保存的动态会话数据，并将DHCP确认报文发送至所述客户端。

其中，用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP ACK内容保存区、时间戳。

本发明还提供了一种使用上述宽带接入系统的IP地址释放方法。该方法包括以下步骤：S402，用户卡接收客户端发送的DHCP释放报文或DHCP decline报文，根据DHCP释放报文或DHCPdecline报文中的MAC地址查询动态会话数据并修改DHCP释放报文或DHCP decline报文，将DHCP释放报文或DHCP decline报文发送至主控交换装置；S404，主控交换装置将DHCP释放报文或DHCP decline报文发送至所选的DHCP服务器；S406，主控交换装置接收DHCP服务器发送的DHCP NAK报文，修改DHCP NAK报文的目的地址，查询MAC地址表以将DHCP NAK报文发送至对应用户卡；以及S408，用户卡接收到DHCP NAK报文后，根据记录的动态会话数据修改DHCP NAK报文，并将DHCP NAK报文发送至客户端。

其中，用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP ACK内容保存区、时间戳。

本发明还提供了一种使用上述宽带接入系统的网络参数获取方法。该方法包括以下步骤：S502，用户卡接收客户端发送的DHCP通知消息，解析DHCP通知消息并记录客户端的动态用户数据，将DHCP通知消息发送至主控交换装置；S504，主控交换装置接收到DHCP通知消息后选择多个DHCP服务器中的一个，修改DHCP通知消息并将DHCP通知消息发送至所选的DHCP服务器；S506，主交换装置在接收到DHCP服务器发送的DHCP确认报文后，根据动态会话数据修改DHCP确认报文并将报文发送至对应用户卡；以及S508，用户卡接收到DHCP确认报文后更新动态会话数据，并将DHCP确认报文发送至客户端。

其中，用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP ACK内容保存区、时间戳。

通过本发明，可以加速DHCP会话的协商过程，减少对主控交换板CPU、内存资源的占用，从而提高DHCP代理模块的性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的宽带接入系统的实施例的框图；

图2是根据本发明的使用图1所示的宽带接入系统的IP地址分配方法的实施例的流程图；

图3是根据本发明的使用图1所示的宽带接入系统的IP地址续租方法的实施例的流程图；

图4是根据本发明的使用图1所示的宽带接入系统的IP地址释放方法的实施例的流程图；

图5是根据本发明的使用图1所示的宽带接入系统的网络参数获取方法的实施例的流程图；

图6是实现图2至图5所示的方法时的DHCP客户端、代理、和服务器之间的报文交互过程的示意图；以及

图7是根据本发明的集中式宽带接入系统中的DHCP报文处理过程的实施例的示意图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

图1示出了根据本发明的宽带接入系统的实施例的框图。图1所示的用于实现DHCP代理功能的宽带接入系统包括：用户卡102，用于接收来自客户端的DHCP协议报文，存储并修改对应客户端的动态会话数据，在需要的情况下，将DHCP协议报文发送至主控交换装置；以及主控交换装置104，用于对DHCP协议报文进行解析和后续处理。

图2示出了根据本发明的使用图1所示的宽带接入系统的IP地址分配方法的实施例的流程图。图2所示的IP地址分配方法包括以下步骤：S202，用户卡接收并分析客户端发送的DHCP发现报文，记录客户端的动态会话数据并将DHCP发现报文发送至主控交换装置；S204，主控交换装置接收并解析DHCP发现报文，并根据解析结果选择多个DHCP服务器中的一个，并将DHCP发现报文发送至所选的DHCP服务器，其中，DHCP发现报文的源IP地址为网络侧接口的IP地址；S206，主控交换装置接收来自DHCP服务器回送的DHCP offer报文，修改DHCP offer报文的MAC地址，通过查找MAC地址表将DHCP offer报文发送至对应用户卡；以及S208，用户卡接收到DHCP offer报文后更新动态会话数据，将DHCP offer报文发送至客户端；S210，用户卡接收到客户端发送的DHCP请求报文后，查询动态会话数据以更新DHCP请求报文中的对应字段，将DHCP请求报文发送至主控交换装置；S212，主控交换装置接收到DHCP请求报文后将DHCP请求报文发送至所选的DHCP服务器，并且在接收到DHCP服务器回送的DHCP ACK报文后，修改DHCPACK报文的MAC地址，查询MAC地址表将DHCP ACK报文发送至对应用户卡；以及S214，用户卡接收到DHCP ACK报文后更新动态会话数据，并将DHCP确认报文发送至所述客户端。

其中，主控交换装置以单播的形式发送DHCP发现报文。

图3示出了根据本发明的使用图1所示的宽带接入系统的IP地址续租方法的实施例的流程图。图3所示的IP地址续租方法包括以下步骤：S302，客户端将DHCP请求报文发送至用户卡；S304，用户卡查询动态会话数据，在客户端的IP地址的长租用期没有到的情况下，根据动态会话数据构造DHCP确认消息并发送至客户端；在客户端的IP地址的长租用期快到期的情况下，用户卡修改动态会话数据并将DHCP请求报文发送至主控交换装置；S306，主控交换装置将DHCP请求报文发送至所选的DHCP服务器，并且在接收到DHCP服务器回送的DHCP确认报文之后，修改DHCP确认报文的目的MAC地址，查询MAC地址表后将DHCP确认报文发送至对应用户卡；以及S308，用户卡接收到DHCP确认报文后更新所保存的动态会话数据，并将DHCP确认报文发送至所述客户端。

图4示出了根据本发明的使用图1所示的宽带接入系统的IP地址释放方法的实施例的流程图。图4所示的IP地址释放方法包括以下步骤：S402，用户卡接收客户端发送的DHCP释放报文或DHCPdecline报文，根据DHCP释放报文或DHCP decline报文中的MAC地址查询动态会话数据并修改DHCP释放报文或DHCP decline报文，将DHCP释放报文或DHCP decline报文发送至主控交换装置；S404，主控交换装置将DHCP释放报文或DHCP decline报文发送至所选的DHCP服务器；S406，主控交换装置接收DHCP服务器发送的DHCP NAK报文，修改DHCP NAK报文的目的地址，查询MAC地址表以将DHCP NAK报文发送至对应用户卡；以及S408，用户卡接收到DHCP NAK报文后，根据记录的动态会话数据修改DHCP NAK报文，并将DHCP NAK报文发送至客户端。

图5示出了根据本发明的使用图1所示的宽带接入系统的网络参数获取方法的实施例的流程图。图5所示的网络参数获取方法包括以下步骤：S502，用户卡接收客户端发送的DHCP通知消息，解析DHCP通知消息并记录客户端的动态用户数据，将DHCP通知消息发送至主控交换装置；S504，主控交换装置接收到DHCP通知消息后选择多个DHCP服务器中的一个，修改DHCP通知消息并将DHCP通知消息发送至所选的DHCP服务器；S506，主交换装置在接收到DHCP服务器发送的DHCP确认报文后，根据动态会话数据修改DHCP确认报文并将报文发送至对应用户卡；以及S508，用户卡接收到DHCP确认报文后更新动态会话数据，并将DHCP确认报文发送至客户端。

在本发明中，用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP ACK内容保存区、时间戳。

图6示出了实现图2至图5所示的方法时的DHCP客户端、代理(Proxy)、和服务器之间的报文交互过程的示意图。图6所示的DHCP客户端、代理、和服务器之间的报文交互过程包括：分配新IP地址过程、续租IP地址过程、和释放IP地址过程。

其中，分配新IP地址过程如下：

客户端发出DHCP发现(Discover)报文；DHCP代理收到该报文后经过处理以单播形式发送给DHCP服务器；DHCP服务器以单播形式向DHCP代理回送DHCP Offer报文；DHCP代理修改DHCP Offer中的部分字段，然后将包回送给客户端；客户端发出DHCP请求报文，DHCP代理收到该报文后经过处理以单播的形式发送给DHCP服务器；DHCP服务器以单播形式向DHCP代理回送DHCPACK报文，DHCP代理修改报文中的部分字段，将包再发给客户端，至此IP地址分配过程结束。

续租IP地址过程如下：

客户端以单播的形式发送DHCH请求(请求)给DHCP代理，DHCP代理收到报文后修改其中的部分字段将报文发送给DHCP服务器；DHCP服务器以单播的形式向DHCP代理回送DHCP ACK报文，DHCP代理修改报文中的字段，将报文发回客户端，至此IP地址续租过程结束。

释放IP地址过程如下：

客户端发出DHCP释放(Release)报文，DHCP代理接收到之后修改其中的部分字段将报文发送给DHCP服务器，客户端发出DHCP释放报文后即认为释放地址成功，不等待DHCP服务器的应答；如果DHCP服务器没有收到DHCP释放将根据租用期回收IP地址。

图7示出了根据本发明的集中式宽带接入系统中的DHCP报文处理过程的实施例的示意图。如图7所示，获得网络参数的处理过程如下：客户端发出DHCP INFORM消息，用户卡CPU收到该协议包后，在动态会话记录中增加新的用户记录，记录内容如前所述。用户卡将该包通过板间通讯发送给主控交换板(即，主控交换装置)。主控交换板接收到该报文后按照配置的选择服务器模式选择DHCP服务器，并修改DHCP报文中的giaddr、IP头的源IP、和目的IP，然后将该包发送给远端的DHCP服务器。DHCP服务器向主控交换板返回DHCP ACK报文。主控交换板对DHCP ACK报文的处理如前面所述。

采用上面描述的过程处理DHCP协议包可以加速DHCP会话的协商过程，从而可以减少对主控交换板CPU、内存资源的占用、提高DHCP代理模块的性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1. 一种宽带接入系统，用于实现DHCP代理功能，其特征在于包括：

用户卡，用于接收来自客户端的DHCP协议报文，存储并修改对应客户端的动态会话数据，将所述DHCP协议报文发送至主控交换装置；以及

所述主控交换装置，用于对所述DHCP协议报文进行解析和后续处理。

2. 根据权利要求1所述的宽带接入系统，其特征在于，所述用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP确认内容保存区、时间戳。

3. 一种使用权利要求1或2所述的宽带接入系统的IP地址分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S202，用户卡接收客户端发送的DHCP发现报文，记录所述客户端的动态会话数据并将所述DHCP发现报文发送至主控交换装置；

S204，所述主控交换装置接收并解析所述DHCP发现报文，根据解析结果选择多个DHCP服务器中的一个并将所述DHCP发现报文发送至所选的DHCP服务器；

S206，所述主控交换装置接收来自所述DHCP服务器回送的DHCP offer报文，修改所述DHCP offer报文的MAC地址，通过查找MAC地址表将所述DHCP offer报文发送至对应用户卡；以及

S208，所述用户卡接收到所述DHCP offer报文后更新所述动态会话数据，并将所述DHCP offer报文发送至所述客户端；

S210，所述用户卡接收到所述客户端发送的DHCP请求报文后，查询所述动态会话数据以更新所述DHCP请求报文中的对应字段，将所述DHCP请求报文发送至所述主控交换装置；

S212，所述主控交换装置接收到所述DHCP请求报文后将所述DHCP请求报文发送至所选的DHCP服务器，并且在接收到所述DHCP服务器反馈的DHCP确认报文后，修改所述DHCP确认报文的MAC地址，查询所述MAC地址表将所述DHCP确认报文发送至对应用户卡；以及

S214，所述用户卡接收到所述DHCP确认报文后更新所述动态会话数据，并将所述DHCP确认报文发送至所述客户端。

4. 根据权利要求3所述的IP地址分配方法，其特征在于，所述用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP确认内容保存区、时间戳。

5. 根据权利要求3所述的IP地址分配方法，其特征在于，所述主控交换装置以单播的形式发送所述DHCP发现报文。

6. 一种使用权利要求1或2所述的宽带接入系统的IP地址续租方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S302，客户端将DHCP请求报文发送至用户卡；

S304，所述用户卡查询所述动态会话数据，在所述客户端的IP地址的长租用期没有到的情况下，根据所述动态会话数据构造DHCP确认消息并发送至客户端；在所述客户端的IP地址的长租用期快到期的情况下，所述用户卡修改所述动态会话数据并将所述DHCP请求报文发送至所述主控交换装置；

S306，所述主控交换装置将所述DHCP请求报文发送至所选的DHCP服务器，并且在接收到所述DHCP服务器反馈的DHCP确认报文之后，根据所述动态会话数据修改所述DHCP确认报文的目的MAC地址，查询MAC地址表后将所述DHCP确认报文发送至对应用户卡；以及

S308，所述用户卡接收到所述DHCP确认报文后更新所保存的动态会话数据，并将DHCP确认报文发送到客户端。

7. 根据权利要求6所述的IP地址续租方法，其特征在于，所述用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP确认内容保存区、时间戳。

8. 一种使用权利要求1或2所述的宽带接入系统的IP地址释放方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S402，用户卡接收客户端发送的DHCP释放报文或DHCPdecline报文，根据所述DHCP释放报文或所述DHCP decline报文中的MAC地址查询动态会话数据并修改所述DHCP释放报文或所述DHCP decline报文，将所述DHCP释放报文或所述DHCP decline报文发送至主控交换装置；

S404，所述主控交换装置将所述DHCP释放报文或所述DHCP decline报文发送至所选的DHCP服务器；

S406，所述主控交换装置接收所述DHCP服务器发送的DHCP NAK报文，修改DHCP NAK报文的目的地址，查询MAC地址表以将所述DHCP NAK报文发送至对应用户卡；

以及

S408，所述用户卡接收到所述DHCP NAK报文后，根据记录的动态会话数据修改所述DHCP NAK报文，并将所述DHCP NAK报文发送至所述客户端。

9. 根据权利要求8所述的IP地址释放方法，其特征在于，所述用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP确认内容保存区、时间戳。

10. 一种使用权利要求1或2所述的宽带接入系统的网络参数获取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S502，用户卡接收客户端发送的DHCP通知消息，解析所述DHCP通知消息并记录所述客户端的动态用户数据，将所述DHCP通知消息发送至主控交换装置；

S504，所述主控交换装置接收到所述DHCP通知消息后选择多个DHCP服务器中的一个，修改所述DHCP通知消息并将所述DHCP通知消息发送至所选的DHCP服务器；

S506，所述主交换装置在接收到所述DHCP服务器发送的DHCP确认报文后，根据所述动态会话数据修改所述DHCP确认报文并将所述报文发送至对应用户卡；以及

S508，所述用户卡接收到所述DHCP确认报文后更新所述动态会话数据，并将所述DHCP确认报文发送至所述客户端。

11. 根据权利要求10所述的网络参数获取方法，其特征在于，所述用户卡存储的动态会话数据包括以下至少一种：MAC地址、用户的源IP地址、giaddr、端口号、DHCP的传输ID、租用期、短租用期、DHCP确认内容保存区、时间戳。

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