CN101707637B - 一种分配ip地址的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分配IP地址的方法，包括：支持互联网协议版本4(IPv4)的客户端向动态主机配置协议版本6(DHCPv6)服务器发送请求消息，请求分配IPv4地址，在该请求消息中携带身份关联(IA)_IPv4选项；DHCPv6服务器接收到该请求消息后，根据IA_IPv4选项，按照地址分配策略为客户端分配IPv4地址，并将该IPv4地址发送给客户端。本发明在IPv4和IPv6双协议栈环境下，使系统可以灵活轻便地动态配置IPv4地址，减弱双栈环境下IPv4业务对DHCPv4协议的依赖，同时，对于网络管理者而言，配置使用单一的DHCPv6协议，可以有效的降低运维成本。

Description

一种分配IP地址的方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种分配IP地址的方法及系统。
背景技术
IPv4(互联网协议第4版)网络的飞速发展，不可避免地暴露了IPv4网络的局限性，为了解决IPv4网络在地址空间、性能和安全性等方面的不足，扩展了下一代的IPv6(互联网协议第6版)协议。
下一代的IPv6网络还在发展的初期，在一系列基于IPv6网络的技术应用部署时，难免会与IPv4网络共存一个相当长的时期，直到最后IPv6网络完全取代IPv4网络。
IPv6的地址可以采用DHCP(Dynamic Host Control Protocol，动态主机配置协议)v6来动态配置，而由于DHCPv4与DHCPv6协议在设计上的差异，两者不能平滑升级切换，因此，在IPv4和IPv6两个协议栈并存的环境中，目前采用DHCPv4和DHCPv6两套单独区分的地址分配机制。
DHCPv4与DHCPv6两套协议并存，不可避免地增加了维护成本、加大了系统负荷，增加了不稳定因素。
发明内容
本发明提供了一种分配IP地址的方法及系统，解决DHCPv4与DHCPv6并存引起的维护成本高、系统负荷大等缺陷，实现通过DHCPv6分配IPv4地址。
为解决上述技术问题，本发明的一种分配IP地址的方法，包括：
支持互联网协议版本4(IPv4)的客户端向动态主机配置协议版本6(DHCPv6)服务器发送请求消息，请求分配IPv4地址，在该请求消息中携带身份关联(IA)_IPv4选项；
DHCPv6服务器接收到该请求消息后，根据IA_IPv4选项，按照地址分配策略为客户端分配IPv4地址，并将该IPv4地址发送给客户端。
进一步地，DHCPv6服务器通过在通知消息中携带IA_IPv4选项，在该IA_IPv4选项下扩展IPv4地址选项携带为客户端分配的IPv4地址，将该IPv4地址发送给客户端。
进一步地，若客户端与DHCPv6服务器通过中继设备连接，在中继设备接收到客户端发送的请求消息，并解析出该请求消息中携带IA_IPv4选项后，对该请求消息进行重新封装，插入IPv4网关地址选项，携带该中继设备的IPv4地址，发送给DHCPv6服务器；
DHCPv6服务器解析出IA_IPv4选项后，根据中继设备携带的IPv4网关地址选项中的IPv4地址，按照地址分配策略为客户端分配IPv4地址。
进一步地，DHCPv6服务器还在通知消息携带的IA_IPv4选项下扩展的IPv4地址选项中扩展IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含中继设备的IPv4地址。
进一步地，DHCPv6服务器在通知消息携带的IA_IPv4选项下扩展的IPv4地址选项中扩展IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含IPv4网关地址，该IPv4网关地址为DHCPv6服务器的IPv4地址或为预先配置的IPv4网关地址。
进一步地，客户端接收通知消息，判断该通知消息中是否存在IA_IPv4选项，以及其携带的IPv4地址选项，若存在，则向DHCPv6服务器发送确认消息，在该确认消息中携带DHCPv6服务器的唯一标识符(DUID)和IA_IPv4选项，该IA_IPv4选项中携带的IPv4地址选项；
DHCPv6服务器接收到确认消息后，检查DUID，若为自身的DUID，则确认将IA_IPv4选项下携带的IPv4地址选项中的IPv4地址分配给客户端，向该客户端发送应答消息。
进一步地，DHCPv6服务器在应答消息中携带IA_IPv4选项，在该IA_IPv4选项下携带IPv4地址选项，在该IPv4地址选项下携带IPv4网关地址选项，在IA_IPv4选项中包含租期时间，在IPv4地址选项中包含生命期时间，在IPv4网关地址选项中包含IPv4网关地址；
客户端接收到应答消息后，发起地址解析协议(ARP)请求，检测IPv4地址选项中携带的IPv4地址是否可用，若可用，则记录租期时间和生命期时间，配置使用该IPv4地址和IPv4网关地址。
进一步地，若客户端请求DHCPv6服务器分配指定的Ipv4地址，则在IA_IPv4选项中携带IPv4地址选项，在该IPv4地址选项中包含指定的Ipv4地址；
DHCPv6服务器解析出IPv4地址选项中携带的指定的Ipv4地址，检查该Ipv4地址是否可用，如果可用，则将该Ipv4地址分配给客户端。
进一步地，若客户端向DHCPv6服务器请求指定的Ipv4网关地址，则在IA_IPv4选项下携带的IPv4地址选项中携带IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含指定的Ipv4网关地址；
DHCPv6服务器在将为客户端分配的IPv4地址发送给客户端时，在通知消息中携带IA_IPv4选项，在该IA_IPv4选项下携带IPv4地址选项，在该IPv4地址选项下携带IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含指定的Ipv4网关地址。
进一步地，一种分配IP地址的系统，包括：支持IPv4的客户端和DHCPv6服务器：
支持IPv4的客户端，用于向DHCPv6服务器发送请求消息，请求分配IPv4地址，在该请求消息中携带身份关联(IA)_IPv4选项；
DHCPv6服务器，用于在接收到该请求消息后，根据IA_IPv4选项，按照地址分配策略为客户端分配IPv4地址，并将该IPv4地址发送给客户端。
进一步地，DHCPv6服务器通过在通知消息中携带IA_IPv4选项，在该IA_IPv4选项下扩展IPv4地址选项携带为客户端分配的IPv4地址，将该IPv4地址发送给客户端。
进一步地，该系统还包括中继设备；
中继设备，用于连接客户端与DHCPv6服务器，在接收到客户端发送的请求消息，并解析出该请求消息中携带IA_IPv4选项后，对该请求消息进行重新封装，插入IPv4网关地址选项，携带该中继设备的IPv4地址，发送给DHCPv6服务器；
DHCPv6服务器解析出IA_IPv4选项后，根据中继设备的IPv4地址，按照地址分配策略为客户端分配IPv4地址；
DHCPv6服务器还在发送给客户端的通知消息中携带IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含中继设备的IPv4地址。
综上所述，本发明在IPv4和IPv6双协议栈环境下，使系统可以灵活轻便地动态配置IPv4地址，减弱双栈环境下IPv4业务对DHCPv4协议的依赖，同时，对于网络管理者而言，配置使用单一的DHCPv6协议，可以有效的降低运维成本。
附图说明
图1是本发明扩展的IA_IPv4选项的格式示意图；
图2是本发明扩展的IPv4地址选项的格式示意图；
图3是本发明扩展的IPv4网关地址选项的格式示意图；
图4是本发明实施方式的分配IP地址的方法的流程图；
图5是本发明实施方式的分配IP地址的系统的架构图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于DHCPv6的IPv4地址分配解决方案，由DHCPv6服务器，同时分配IPv6与IPv4地址，可以避免同时部署DHCPv4与DHCPv6两套协议带来的运维成本与管理复杂度的提高，尤其在IPv4向IPv6网络过度的后期，这种轻便的IPv4地址动态配置方法可以被广泛应用。
本发明实施例通过扩展新的DHCPv6选项类别，利用DHCPv6的协议交互，由DHCPv6服务器来向DHCPv6客户端动态配置和回收IPv4地址，由DHCPv6客户端根据配置的IPv4地址的生命期和老化时间进行地址的续租、使用以及主动释放。
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
在不影响已有的DHCPv6协议功能运作情况下，为分配IPv4地址需要新增以下选项：IA_IPv4选项(IA_V4选项)、IPv4地址选项和IPv4网关地址选项。
参见图1，IA_V4选项：该选项用于携带IPv4地址，包含IA(IdentityAssociation，身份关联)ID(标识)用于区别其它IA，同时，包含用于续租的T1和T2时间，包含IPv4地址选项、状态码选项以及其它扩展的相关选项，按DHCPv6的设计，客户端的DUID(DHCP Unique Identifier，DHCPv6的唯一实例标识)+IAID关联一个实际的接口。
参见图2，IPv4地址选项：携带单个的IPv4地址，包含地址内容、地址掩码、有效生命期和优先生命期等生命期参数，其中，生命期的意义与DHCPv6相同。还可以包含其它与该地址关联的子选项，如IPv4网关地址选项、状态码选项以及其它扩展的相关选项。IPv4地址选项作为IA_V4选项的子选项。
参见图3，IPv4网关地址选项：该选项携带IPv4网关地址，可以由RELAY(中继)写入，作为DHCPv6服务器进行地址分配的参考，也可以由DHCPv6服务器随IPv4地址一起配置，由DHCPv6客户端来配置IPv4地址的默认网关，IPv4网关地址选项可以作为IPv4地址选项的子项，也可以由中继设备插入到消息中直接使用。
图4所示为本发明实施方式分配IP地址的方法，包括：
以下步骤中以客户端表示同时支持IPv4和IPv6双协议栈DHCPv6客户端、RELAY表示中继设备、服务器表示DHCPv6服务器。下面是客户端获取、使用并释放IPv4地址，服务器分配并最终回收该IPv4地址的实施步骤。
401：客户端根据管理员的配置，申请IPv4地址，发送Solicit(请求)消息来定位服务器，在Solicit消息中携带IA_V4选项，表示需要服务器分配IPv4地址；
402：RELAY接收到Solicit消息后，解析发现该消息带有IA_V4选项，将Solicit消息封装到relay forward消息中，并在relay forward消息中插入IPv4网关地址选项，携带自身的IPv4地址，转发relay forward消息到服务器；
如果RELAY并不支持IA_V4选项，则忽略该选项，不插入IPv4网关地址选项，直接转发该消息即可。
403：服务器接收到relay forward消息后，解析内层的solicit消息，发现携带IA_V4选项，解析外层relay选项，获取IPv4网关地址选项，根据携带的IPv4网关地址和现有地址分配策略，为客户端分配适合的IPv4地址，并构建Advertise(广告)消息，携带IA_V4选项，在IA_V4选项中包含IPv4地址选项，其中携带该IPv4地址，在IPv4地址选项中携带IPv4网关地址选项，IPv4网关地址选项中包含RELAY的IPv4地址，将Advertise消息封装到relay reply消息中，发送给RELAY；
如果relay选项中未携带IPv4网关地址选项，则服务器根据已有方法为客户端分配IPv4地址。
若没有经过relay中继，则服务器不在Advertise消息携带网关地址或携带自身的IPv4地址；若relay未提供合适的网关地址，则服务器可填入预先配置的IPv4网关地址，或不填入网关地址。
如果是该DHCPv6服务器不支持IPv4地址分配，不能识别IA_V4选项，可以忽略该IA_V4选项，提供IPv6地址分配。
404：RELAY解析出Advertise消息，转发给客户端；
405：客户端接收到Advertise消息，解析服务器提供的选项，判断是否存在IA_IPv4选项，以及IA_IPv4选项是否携带IPv4地址选项，若存在，则构建request消息，携带服务器的DUID选项和IA_V4选项，在IA_V4选项中包含IPv4地址选项，IPv4地址选项携带所分配的IPv4地址，发送request消息给服务器；
406：RELAY中继该消息，将该request消息封装到relay forward消息中转发到服务器；
407：服务器接收relay forward消息，解析出request消息，检查发现是本服务器的DUID，确认将IA_IPv4选项下携带的IPv4地址选项中的IPv4地址分配给客户端，构建reply消息，通过IA_IPv4选项更新租期时间，通过IPv4地址选项更新生命期时间，通过IPv4网关地址选项更新IPv4网关地址，将reply消息封装到relay reply消息中发送给RELAY；
408：RELAY解析出reply消息，转发给客户端；
409：客户端解析reply消息，解析出IPv4地址，发起ARP(地址解析协议)请求，检测该IPv4地址是否可用，若地址可用，则记录租期时间，配置使用该IPv4地址和IPv4网关地址。
若地址冲突，则构建decline(拒绝)消息，携带IA_V4选项，该IA_V4选项包含IPv4地址选项，IPv4地址选项中携带IPv4地址，发送给服务器，拒绝该地址，然后重新发起地址申请流程。
客户端在租期时间到期时，若还需要使用该地址，则发起renew(更新)消息，携带IA_V4选项，该IA_V4选项包含IPv4地址选项，IPv4地址选项中携带IPv4地址，发送给服务器续租该地址。
客户端若不再使用该地址，则构建release(释放)消息，携带IA_V4选项，该IA_V4选项包含IPv4地址选项，IPv4地址选项中携带IPv4地址，发送给服务器来释放该地址，而服务器收到消息后，也会回收该地址，以备下次使用。
若客户端关机下线，未更新租期也未释放该地址，服务器会在地址有效生命期到期时，回收该地址，保证地址重复使用。
通过如上的步骤，可以完成基于DHCPv6协议的IPv4地址的配置、使用和回收过程。
若客户端请求服务器分配指定的Ipv4地址，则在Solicit消息中携带IA_V4选项，在IA_V4选项下携带IPv4地址选项，记录请求分配的Ipv4地址；若客户端请求指定的网关地址，则在IPv4地址选项下携带IPv4网关地址选项，记录请求的网关地址；
服务器接收到Solicit消息后，解析出客户端请求分配的Ipv4地址，检查该Ipv4地址是否可用，如果可用则将该Ipv4地址分配给客户端，构建Advertise消息，在IPv4地址选项中携带该IPv4地址，在IPv4地址选项下的IPv4网关地址选项中携带客户端请求的网关地址。
图5所示为本发明实施例分配IP地址的系统，包括：支持IPv4的客户端、中继设备和DHCPv6服务器，客户端可以是支持IPv4和IPv6双协议栈的个人电脑，通过中继设备与网络远端的DHCPv6服务器相连，该服务器支持IPv4地址配置(不一定支持双协议栈，可以是单一DHCPv6网络)。中继设备也是IPv4、IPv6双栈环境，可作为个人电脑IPv4网络的默认网关。
客户端向DHCPv6服务器发送请求消息，请求分配IPv4地址，在该请求消息中携带身份关联(IA)_IPv4选项。
中继设备接收客户端发送的请求消息，解析出该请求消息中携带IA_IPv4选项后，对该请求消息进行重新封装，插入IPv4网关地址选项，携带该中继设备的IPv4地址，发送给DHCPv6服务器。
DHCPv6服务器在接收到该请求消息后，根据IA_IPv4选项和中继设备的IPv4地址，按照地址分配策略为客户端分配IPv4地址，通过在通知消息中扩展IPv4地址选项携带为客户端分配的IPv4地址，将该IPv4地址发送给客户端，并且，在发送给客户端的通知消息中携带IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含中继设备的IPv4地址。
系统中网元的其它功能请参见方法内容的描述。
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 (12)

1.一种分配IP地址的方法，其特征在于：包括：
支持互联网协议版本4IPv4的客户端向动态主机配置协议版本6DHCPv6服务器发送请求消息，请求分配IPv4地址，在该请求消息中携带身份关联IA_IPv4选项；
所述DHCPv6服务器接收到该请求消息后，根据所述IA_IPv4选项，按照地址分配策略为所述客户端分配IPv4地址，并将该IPv4地址发送给所述客户端。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述DHCPv6服务器通过在通知消息中携带IA_IPv4选项，在该IA_IPv4选项下扩展IPv4地址选项，该IPv4地址选项携带有为所述客户端分配的IPv4地址，将该IPv4地址发送给所述客户端。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
若所述客户端与所述DHCPv6服务器通过中继设备连接，在所述中继设备接收到所述客户端发送的请求消息，并解析出该请求消息中携带IA_IPv4选项后，对该请求消息进行重新封装，插入IPv4网关地址选项，携带该中继设备的IPv4地址，发送给所述DHCPv6服务器；
所述DHCPv6服务器解析出所述IA_IPv4选项后，根据所述中继设备携带的IPv4网关地址选项中的IPv4地址，按照地址分配策略为所述客户端分配IPv4地址。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述DHCPv6服务器还在所述通知消息携带的IA_IPv4选项下扩展的IPv4地址选项中扩展IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含所述中继设备的IPv4地址。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述DHCPv6服务器在所述通知消息携带的IA_IPv4选项下扩展的IPv4地址选项中扩展IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含IPv4网关地址，该IPv4网关地址为所述DHCPv6服务器的IPv4地址或为预先配置的IPv4网关地址。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述客户端接收所述通知消息，判断该通知消息中是否存在IA_IPv4选项，以及其携带的IPv4地址选项，若存在，则向所述DHCPv6服务器发送确认消息，在该确认消息中携带所述DHCPv6服务器的唯一标识符DUID和所述IA_IPv4选项，该IA_IPv4选项中携带所述的IPv4地址选项；
所述DHCPv6服务器接收到所述确认消息后，检查DUID，若为自身的DUID，则确认将IA_IPv4选项下携带的IPv4地址选项中的IPv4地址分配给所述客户端，向该客户端发送应答消息。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述DHCPv6服务器在所述应答消息中携带IA_IPv4选项，在该IA_IPv4选项中携带IPv4地址选项，在该IPv4地址选项中携带IPv4网关地址选项，在所述IA_IPv4选项中包含租期时间，在所述IPv4地址选项中包含租期时间，在所述IPv4网关地址选项中包含IPv4网关地址；
所述客户端接收到所述应答消息后，发起地址解析协议ARP请求，检测IPv4地址选项中携带的IPv4地址是否可用，若可用，则记录所述租期时间和生命期时间，配置使用该IPv4地址和IPv4网关地址。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
若所述客户端请求所述DHCPv6服务器分配指定的Ipv4地址，则在所述IA_IPv4选项中携带IPv4地址选项，在该IPv4地址选项中包含所述指定的Ipv4地址；
所述DHCPv6服务器解析出所述IPv4地址选项中携带的所述指定的Ipv4地址，检查该Ipv4地址是否可用，如果可用，则将该Ipv4地址分配给所述客户端。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
若所述客户端向所述DHCPv6服务器请求指定的Ipv4网关地址，则在所述IA_IPv4选项中携带的IPv4地址选项中携带IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含所述指定的Ipv4网关地址；
所述DHCPv6服务器在将为所述客户端分配的IPv4地址发送给所述客户端时，在通知消息中携带IA_IPv4选项，在该IA_IPv4选项中携带IPv4地址选项，在该IPv4地址选项中携带IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含所述指定的Ipv4网关地址。
10.一种分配IP地址的系统，包括：支持IPv4的客户端和DHCPv6服务器，其特征在于：
所述支持IPv4的客户端，用于向所述DHCPv6服务器发送请求消息，请求分配IPv4地址，在该请求消息中携带身份关联IA_IPv4选项；
所述DHCPv6服务器，用于在接收到该请求消息后，根据所述IA_IPv4选项，按照地址分配策略为所述客户端分配IPv4地址，并将该IPv4地址发送给所述客户端。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于：
所述DHCPv6服务器通过在通知消息中携带IA_IPv4选项，在该IA_IPv4选项下扩展IPv4地址选项，该IPv4地址选项携带有为所述客户端分配的IPv4地址，将该IPv4地址发送给所述客户端。
12.如权利要求10所述的系统，其特征在于：该系统还包括中继设备；
所述中继设备，用于连接所述客户端与所述DHCPv6服务器，在接收到所述客户端发送的请求消息，并解析出该请求消息中携带IA_IPv4选项后，对该请求消息进行重新封装，插入IPv4网关地址选项，携带该中继设备的IPv4地址，发送给所述DHCPv6服务器；
所述DHCPv6服务器解析出所述IA_IPv4选项后，根据所述中继设备的IPv4地址，按照地址分配策略为所述客户端分配IPv4地址；
所述DHCPv6服务器还在发送给所述客户端的通知消息中携带IPv4网关地址选项，在该IPv4网关地址选项中包含所述中继设备的IPv4地址。
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