CN111277674A - 跨网络元件管理地址空间 - Google Patents

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Abstract

总体上，描述了用于跨网络元件管理地址空间的技术。一种包括处理器的网络设备可以被配置为执行这些技术。处理器可以执行池管理器，该池管理器自动地将第一网络地址块分配给第一网络元件，第一网络元件针对第一网络用作第一地址分派服务器以分配第一网络地址块。池管理器还可以自动地将连续的第二网络地址块分配给第二网络元件，第二网络元件针对第二网络用作第二地址分派服务器。然后，池管理器可以动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小以解决第一网络地址块和第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的地址耗尽。

Description

跨网络元件管理地址空间
技术领域
本发明涉及计算机网络，并且更具体地涉及跨网络元件管理地址空间。
背景技术
计算机网络通常包括多个互连的网络元件。诸如因特网等大型网络通常包括多个互连的计算机网络，在这种情况下，这些网络通常被称为子网络或子网。这些子网每个被分配一系列网络地址，这些网络地址可以分配给驻留在相应子网中的各个客户端设备。每个子网中的服务器或其他设备(诸如作为宽带网络网关(BNG)操作的路由器、DHCP服务器、运营商网格网络地址转换(CGNAT)设备、第二层隧道协议(L2TP)网络服务器(LNS)或能够执行访问协议的任何其他设备)可以负责根据网络地址分配协议(诸如动态主机配置协议(DHCP)、第二层隧道协议(L2TP)和/或点对点协议(PPP))分配这些网络地址。
服务提供商网络内的每个BNG可以手动配置有来自被保留以供服务提供商使用的较大地址空间的连续网络地址块。来自每个连续网络地址块的地址的分配在每个BNG之间可以变化很大，导致潜在的低效率，这可能阻止具有大量客户端设备的一些BNG试图从由服务提供商提供的接入网络服务连接到相应子网。重新分配每个连续网络地址块以适应客户端设备对网络地址的波动需求可能是耗时的(由于其手动操作)和困难的(假定有越来越多的移动客户端设备可能从子网移动到子网，从而使得可能难以预测应当修改哪些连续网络地址块以适应预期的网络地址分配，特别是在IPv4地址数目越来越有限的情况下。
发明内容
总体上，描述了用于跨网络元件(诸如宽带网络网关(BNG))自动管理(例如，分配、回收、碎片整理和迁移)地址空间的技术。并非静态地将连续网络地址块(其可以称为“网络地址块”)分配给每个DHCP服务器(其可以由被配置为作为宽带网络网关BNG进行操作的路由器实现)，这些技术的各个方面可以自动地和动态地管理网络地址块到BNG的分配，从而确保分配给每个BNG的网络地址块没有被未充分利用或过度利用。
这样，这些技术可以确保每个BNG在每个网络地址块内具有足够数目的网络地址可用于分配给各个客户端设备，使得客户端设备可以访问由服务提供商网络提供的服务。此外，因为这种分配是自动且动态的，所以这些技术可以避免网络地址块之间的网络地址的耗时的静态重新分配，并且当客户端设备在由不同BNG服务的不同子网之间移动时，适应对网络地址的波动需求。在这方面，这些技术可以改善服务提供商网络本身的整体操作，因为这些技术可以避免可能阻止客户端设备访问由服务提供商网络提供的服务的网络地址的过度分配。
在一个方面，这些技术的各个方面涉及一种跨网络元件管理地址空间的方法，该方法包括：自动地将第一网络地址块分配给第一网络元件，该第一网络元件针对第一网络用作第一地址分派服务器以将第一网络地址块分配给耦合到第一网络的第一组客户端设备；自动地将连续的第二网络地址块分配给第二网络元件，该第二网络元件针对第二网络用作第二地址分派服务器以将第二网络地址块分配给耦合到第二网络的第二组客户端设备；以及动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小以解决第一网络地址块和第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配。
在另一方面，这些技术的各个方面涉及一种被配置为跨网络元件管理地址空间的网络设备，该网络设备包括被配置为执行池管理器的一个或多个处理器，池管理器被配置为：自动地将第一网络地址块分配给第一网络元件，该第一网络元件针对第一网络用作第一地址分派服务器以将第一网络地址块分配给耦合到第一网络的第一组客户端设备；自动地将连续的第二网络地址块分配给第二网络元件，该第二网络元件针对第二网络用作第二地址分派服务器以将第二网络地址块分配给耦合到第二网络的第二组客户端设备；以及动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小以解决第一网络地址块和第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配。
在另一方面，这些技术的各个方面涉及一种分配第一网络地址块的方法，该方法包括：通过由负责在第一网络内分配第一网络地址块的第一网络元件执行的网络地址管理器代理从由计算设备执行的网络地址管理器接收第一网络地址块的分配；通过网络地址管理器代理从网络地址管理器接收管理第一网络地址块的大小以解决第一网络地址块或由针对第二网络的第二网络设备分配的第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配的一个或多个请求；以及通过网络地址管理器代理响应于一个或多个请求而适配第一网络地址块的大小。
在另一方面，这些技术的各个方面涉及一种被配置为为第一网络分配第一网络地址块的网络设备，该网络设备包括被配置为执行网络地址管理器代理的一个或多个处理器，网络地址管理器代理被配置为：从由计算设备执行的网络地址管理器接收第一网络地址块的分配；接收管理第一网络地址块的大小以解决第一网络地址块或由针对第二网络的第二网络设备分配的第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配的一个或多个请求；以及响应于一个或多个请求而适配第一网络地址块的大小。
在附图和以下描述中阐述了这些技术的一个或多个方面的细节。根据说明书和附图以及权利要求，这些技术的其他特征、目的和优点将很清楚。
附图说明
图1是示出被配置为执行本公开中描述的自动网络地址块管理技术的各个方面的示例网络系统的框图；
图2A和2B是更详细地示出被配置为执行本公开中描述的网络地址空间管理技术的各个方面的图1所示的BNG和管理设备的示例的框图；
图3是示出根据本公开中描述的技术的各个方面的网络地址管理器如何从分段网络地址池中分离出子集池的框图；
图4是示出被配置为根据本公开中描述的自动地址管理技术的各个方面执行的网络地址管理器的示例操作的流程图；
图5是示出被配置为根据本公开中描述的自动地址管理技术的各个方面执行的宽带网络网关的示例操作的流程图；以及
图6是更详细地示出图1-2B的管理设备的框图。
具体实施方式
图1是示出被配置为实现本公开中描述的自动网络地址块管理技术的各个方面的网络系统10的框图。在图1的示例中，网络系统10包括DHCP中继设备12A-12N(“DHCP中继设备12”)、宽带网络网关(BNG)13A-13N(“BNG 13”)和管理设备18。尽管在图1的示例中示出为BNG 13(例如，每个由一个或多个路由器实现)，但是本公开的技术可以由任何网络设备/元件实现，诸如服务器、交换机、集线器、计算机或能够在诸如网络系统10等网络系统内分配资源的任何其他设备。此外，虽然关于特定示例协议(例如，动态主机配置协议(DHCP))进行描述，但是这些技术可以适用于可以用于向网络设备分配网络地址的任何协议。
如图1的示例中进一步所示，网络系统10包括网络14，BNG 13和管理设备18耦合到网络14。网络14可以表示任何可公开访问的计算机网络，诸如因特网。网络14可以包括各种互连的计算设备或节点，诸如web服务器、打印服务器、应用服务器、数据服务器、工作站、台式计算机、膝上型计算机、蜂窝或其他移动设备(包括所谓的“智能电话”)、智能扬声器、智能电视、游戏系统以及能够经由无线和/或有线连接而连接到计算机网络的任何其他设备。通常，这些设备经由基于分组的协议彼此通信，诸如因特网协议(IP)/传输控制协议(TCP)。结果，网络14可以表示或称为“基于分组”或“基于IP分组”的计算机网络。
管理设备18可以表示能够与诸如BNG 13等一个或多个网络设备对接以管理或以其他方式配置网络设备的任何设备。作为一个示例，管理设备18可以包括所谓的网络管理系统(NMS)。作为另一示例，管理设备18可以表示元件管理系统(EMS)，该EMS可以在功能和能力方面以低于NMS的水平操作以与来自不同供应商的网络设备对接(这表示，EMS可以限于单个供应商或通常由NMS支持的减少的供应商子集)。管理设备18还可以获取与由管理设备18管理的网络设备相关联的数据(例如，错误、问题、故障、可用性、路由度量或经由由网络设备呈现的诸如命令行界面(CLI)等界面可用的任何其他数据)。
每个BNG 13包括相应的DHCP服务器16A-16N(“DHCP服务器16”)，DHCP服务器可以表示被配置为为网络系统10分配第三层网络地址(例如，IP网络地址，包括IPv4地址和IPv6地址，或者任何其他网络地址，诸如媒体访问控制MAC地址)的网络设备。特别地，DHCP服务器16每个可以保持对具有连续网络地址块的地址池(诸如因特网协议(IP)地址池)的访问。DHCP服务器16每个还可以保持对其他资源(诸如提供相关配置信息的配置文件)的访问。根据DHCP，每个DHCP服务器16可以保留IP地址块(其也可以称为“IP地址池”)内的IP地址以供特定DHCP客户端使用，诸如DHCP客户端设备20A-20N(“DHCP客户端”设备20“)，如下面更详细描述的。
网络系统10还可以包括DHCP客户端设备20，每个DHCP客户端设备20经由子网络22(“子网22”)内包括的一个或多个连接(未示出)耦合到一个DHCP服务器16。DHCP客户端设备20每个可以表示用户接入设备，诸如机顶盒(STB)、电缆调制解调器、数字用户线调制解调器、光节点单元(或光线路单元)或者通常由用户采用以支持经由接入网络24访问网络14的任何其他类型的设备中的一个或多个。虽然关于调制解调器或机顶盒进行描述，但是DHCP客户端设备20也可以表示不同类型的用户接入设备，诸如个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、工作站、游戏系统、蜂窝电话或其他移动设备(例如，所谓的“智能电话”)、智能扬声器、智能电视、视频数字助理设备或能够访问诸如网络14等网络的任何其他设备。这些设备20可以是“DHCP客户端”，因为这些设备实现DHCP以作为DHCP服务器或主机设备16的客户端来请求L3网络地址(例如，IPv4、IPv6或MAC地址)和由DHCP服务器16维护的对于在网络系统10内的操作是有用的或必需的资源。
子网22A-22N(“子网22”)每个可以表示接入网络24的一部分或子网络，因此称为“子网”。接入网络24A被称为接入网络，假定该网络使得耦合到DHCP客户端设备20的客户端设备(为了便于说明而在图1的示例中未示出)能够访问网络14。通常，接入网络24实现因特网协议(IP)，并且关于IP、子网或IP子网(诸如子网22)，可以通过IP地址前缀来标识。
IP子网可以表示“网络区域”，因为IP子网可以通过连续的一组IP地址或IP前缀来标识，该连续的一组IP地址或IP前缀定义了较大接入网络24A的IP地址空间内的不同区域。IPv4地址空间包括232个不同的IP地址，因为每个IP地址可以对应于32位二进制数。在一些示例中，IP地址以四个八位二进制数(或者换言之，四个字节)呈现，其中每个八位二进制数或字节通过句点(.)分隔，句点(.)是被称为四点十进制表示的符号。例如，一个IP地址可以表示为10.0.0.1。但是，由于一个字节可以表示大到28-1或25510的数字，因此每个字节可以表示十进制的从0到255的数字范围，这样每个IP地址的以四点十进制表示或符号的范围可以再次是0.0.0.0到255.255.255.255。
IP前缀标识具有IP地址空间的地址子集，并且这些地址可以被分配给较大接入网络24的特定区域内的设备。IP前缀通常标识IP地址空间内的连续的一组IP地址。例如，IP前缀可以标识从10.0.0.1到10.0.0.255的连续的一组IP地址。该IP前缀可以由路由前缀或10.0.0后跟子网掩码标识符(在这种情况下，其可以表示为2410以表明子网掩码内的前24位应当是1，例如，四点十进制符号的255.255.255.0)来表示，其中前缀和范围标识符可以用斜杠(/)分隔。因此，IP前缀可以表示为10.0.0/24，以表明只有32位IP地址的前24位必须到达与IP前缀相对应的IP子网(或区域)。在这种情况下，IP前缀可以定义路由前缀，并且可以表示连续的一组IP地址的汇总版本。
根据DHCP，每个子网22需要DHCP服务器(诸如DHCP服务器16)或DHCP中继设备(诸如DHCP中继设备12A-12N(“DHCP中继设备12”))，DHCP服务器或DHCP中继设备用于请求和向在相应子网内操作的网络设备(诸如DHCP客户端设备20)分配IP地址。由于DHCP服务器可以为大量DHCP客户端设备维护网络资源，通常，对于小型子网，网络管理员将利用一个或多个DHCP服务器或服务器群集来服务于多个子网。为此，网络管理员可以维护一个DHCP服务器，诸如相应的DHCP服务器16，并且然后配置多个DHCP中继设备12，每个子网一个或多个DHCP中继设备12，以便将DHCP消息从位于相应子网内的DHCP客户端20中继到相应的DHCP服务器16或服务器集群。关于DHCP的更多信息(包括不同类型的消息)可以在1997年3月发表的Bucknell大学的R.Droms的题为“Dynamic Host Configuration Protocol”的评论请求(RFC)2131中找到，其通过引用整体并入本文。
在这些情况下，已经存在于每个子网中的路由器或其他网络设备(诸如数字用户线接入多路复用器(DSLAM)、宽带服务接入节点(BSAN)或多服务接入节点(MSAN))可以提供DHCP中继服务，作为网络管理员可以在该上下文中启用的可选服务。在这方面，DHCP中继设备12可以表示提供DHCP中继服务作为可选服务的路由器或某种其他类似的网络设备，诸如DSLAM、BSAN或MSAN。替代地，DHCP中继设备12可以表示专用中继设备，并且可以表示能够以下面更详细描述的方式中继DHCP消息的任何设备。因此，DHCP中继设备12可以表示位于DHCP客户端设备20与DHCP服务器16之间并且实现DHCP以在DHCP客户端20与DHCP服务器16之间中继DHCP消息的任何中间网络设备。
虽然本文中关于DHCP中继设备12在其中转发DHCP通信的DHCP服务器16进行描述，但是在DHCP客户端设备20与DHCP服务器16位于相同的子网或网络中的情况下，DHCP服务器16可以采用这些技术。此外，尽管为了便于说明接入网络24B-24N未示出(其中接入网络24N被示出为包括子网22P-22Z)，但是子网22P-22Z每个可以包括与DHCP中继设备12A-12N类似地工作以在DHCP客户端设备20P-20Z(也为了便于说明而未示出)与BNG 13N之间中继DHCP消息的DHCP中继设备12P-12Z。
每个BNG 13可以手动配置有来自被保留以供服务提供商使用的较大地址空间的连续网络地址块。来自每个连续网络地址块的地址的分配在每个BNG 13之间可以变化很大，导致潜在的低效率，这可能阻止具有大量网络元件的一些BNG 13(诸如DHCP客户端设备20)试图从由服务提供商提供的接入网络服务连接到相应子网。重新分配每个连续网络地址块以适应网络元件对网络地址的波动需求可能是耗时的(由于其手动操作)和困难的(假定有越来越多的移动网络元件可能从子网移动到子网，从而使得可能难以预测应当修改哪些连续网络地址块以适应预期的网络地址分配。
根据本公开中描述的技术，管理设备18可以跨网络元件(诸如BNG 13)动态地管理(例如，分配、回收、碎片整理和迁移)地址空间。如图1的示例中所示，管理设备18包括网络地址管理器26，网络地址管理器26被配置为跨BNG 13并且更具体地跨DHCP服务器16执行地址空间的动态管理。虽然关于DHCP描述，但是这些技术可以关于其他协议来执行，诸如第二层隧道协议(L2TP)和/或点对点协议(PPP)。此外，尽管关于在管理设备18上执行进行描述，但是网络地址管理器26可以在任何设备上执行，包括作为由本地或位于网络中的虚拟机(例如，所谓的“云”)内的任何计算设备执行的独立应用，作为软件定义网络(SDN)、docker容器的一部分，或者在网络功能虚拟化(NFV)上下文内。
在操作中，网络地址管理器26可以自动地将第一网络地址块分配给DHCP服务器16A，从而用作地址分派服务器(如上所述)以针对接入网络24A向DHCP服务器16分配第一网络地址块。也就是说，网络地址管理器26可以维持被分配用于整个网络14的总地址空间。为了将第一网络地址块分配给DHCP服务器16A，网络地址管理器26可以标识在整个地址空间内可用的(这表示，未分配给任何其他DHCP服务器16的)网络地址块。
在定位可用的网络地址块时，网络地址管理器26可以与DHCP服务器16A对接(可能经由在gRPC、REST或遥测接口上执行的NETCONF会话)并且指定适当的命令以定义该可用的网络地址块作为在接入网络24A内使用的第一网络地址块。在一些示例中，网络地址管理器26可以指定上部网络地址和下部网络地址，从而将第一网络地址块定义为第一连续的网络地址块。网络地址管理器26可以在网络14内可用的整个地址空间的本地维护的表示内指示第一网络地址块不可用并且正在由DHCP服务器16A(和/或BNG 13A)使用。
网络地址管理器26还可以自动地将第二网络地址块分配给DHCP服务器16N，从而用作地址分派服务器(如上所述)以针对接入网络24N向DHCP服务器16分配第一网络地址块。如本文中使用的，自动地是指在没有来自网络管理员或其他运营商的直接监督或干预的情况下发生的基于程序和/或规则的分配。同样，在自动分配第二网络地址块时，网络地址管理器26可以执行上述在分配第一网络地址块时的操作，这可以更新整个网络地址空间的表示以表示第二网络地址块(其可以包括第二连续的网络地址块)不可用并且正在由DHCP服务器16N(和/或BNG 13N)使用。
接下来，网络地址管理器26可以动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小以解决第一网络地址块和第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配。网络地址管理器26可以接收、请求或以其他方式获取指示DHCP服务器16A和16N中的每个已经分配第一网络地址块和第二网络地址块以供DHCP客户端20(为了便于讨论，假定其还指代图1中未示出的接入网络24N的DHCP客户端)使用的程度的数据。换言之，网络地址管理器26可以获取指示来自第一网络地址块和第二网络地址块的可用于分配给接入网络24A和24N的网络地址(其可以称为“可用网络地址”)的数目的数据。
当存在可用网络地址的低效分配时，网络地址管理器26可以从DHCP服务器16A和/或16N回收可用的网络地址，或者从整个地址空间向DHCP服务器16A和/或16N分配附加网络地址块。在一些示例中，DHCP服务器16A和/或16N可以与网络地址管理器26对接以指示可用网络地址的数目处于或低于低可用地址(LAA)阈值。响应于确定可用网络地址的数目等于或低于LAA阈值，网络地址管理器26可以向DHCP服务器16A和/或16N分配附加网络地址块。在一些示例中，DHCP服务器16A和/或16N可以与网络地址管理器26对接以指示分布式网络地址的数目等于或低于低分布式地址(LDA)阈值。响应于确定分布式网络地址的数目等于或低于LDA阈值，网络地址管理器26可以回收第一网络地址块和/或第二网络地址块的某个部分(例如，可用网络地址子块)。
尽管关于LAA阈值进行描述，但是这些技术的各个方面可以关于高分布式地址(HDA)阈值来实现，其中一个或多个DHCP服务器16在所分配的地址的数目等于或高于HDA阈值时与网络地址管理器26对接。HDA阈值可以指示何时要由网络地址管理器26从整个网络地址空间向一个或多个DHCP服务器26供应附加网络地址块。此外，虽然关于LDA阈值进行描述，但是这些技术的各方面可以关于高可用地址(HAA)阈值来实现，其中一个或多个DHCP服务器16在可用地址的数目等于或高于HAA阈值时与网络地址管理器26对接。HAA阈值可以指示已经分配的网络地址块的某个子集何时可用于网络地址管理器26的回收操作。
在这方面，网络地址管理器26可以自动地且动态地管理到BNG13的网络地址块分配，而不是静态地向每个DHCP服务器16分配连续的网络地址块(其可以称为“网络地址块”)，从而确保了分配给每个BNG 13的网络地址块没有被未充分利用或过度利用。这样，网络地址管理器26可以确保每个BNG 13在每个网络地址块内具有足够数目的网络地址可用于分配给各个DHCP客户端设备20，使得DHCP客户端设备20可以访问由服务提供商网络10提供的服务。
此外，因为这种分配是自动且动态的，所以网络地址管理器26可以避免在网络地址块之间进行网络地址的耗时的手动重新分配并且在DHCP客户端设备20在由每个BNG 13服务的不同子网22之间移动时适应对网络地址的波动需求。在这方面，这些技术可以改善服务提供商网络10本身的整体操作，因为这些技术可以避免可能阻止DHCP客户端设备20访问由服务提供商网络10提供的服务的网络地址的过度分配。
图2A和2B是更详细地示出被配置为执行本公开中描述的网络地址空间管理技术的各个方面的图1所示的BNG和管理设备的示例的框图。首先参考图2A的示例，路由器36A可以表示BNG 13之一(诸如BNG 13A)的示例。路由器可以是指执行路由功能以路由数据单元通过网络的任何网络设备。路由器36A可以路由被称为分组的特定类型的数据单元，并且因此可以称为“基于分组的路由器”。
此外，路由器36A可以实现第3层(L3)协议或网络层协议(其中L3是指开放系统互连(OSI)模型的L3)，诸如因特网协议(IP)，并且根据第3层信息来路由分组。因此，路由器36A也可以称为“第3层路由器”、“网络层路由器”或“IP路由器”。出于说明的目的，下面可以在图1的示例性网络系统10的上下文中描述路由器36A。
另外，如上所述，路由器36A可以表示宽带网络网关(BNG)的示例，其也可以被称为宽带远程访问服务器(BRAS)。作为BNG，路由器36A可以聚合来自接入网络24的用户会话，并且针对用户会话执行策略管理和IP服务质量(QoS)。
如图2A所示，路由器36A包括控制单元37。控制单元37可以包括一个或多个处理器或其他电路(图2A中未示出)，这些处理器或其他电路执行软件指令，诸如用于定义软件或计算机程序的软件指令，这些软件指令存储到计算机可读存储介质(再次，在图2A中未示出)(诸如存储设备(例如，磁盘驱动器或光盘驱动器))或存储器(诸如闪存、随机存取存储器或RAM)或任何其他类型的易失性或非易失性存储器)，这些计算机可读存储介质或存储器存储引起可编程处理器执行本文中描述的技术的指令。作为一个或多个处理器的替代或者除了一个或多个处理器之外，控制单元37还可以包括用于执行本文中描述的技术的专用硬件，诸如一个或多个集成电路、一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个专用特殊处理器(ASSP)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、或者专用硬件的一个或多个前述示例的任何组合。
控制单元37可以被划分为两个逻辑或物理“平面”以包括第一控制或路由平面38A和第二数据或转发平面38B。也就是说，控制单元37可以逻辑地实现两个单独的功能，例如路由和转发功能，例如，作为在同一组硬件组件上执行的单独软件实例，或者物理地实现两个单独的功能，例如，作为单独的物理专用硬件组件(其可以被称为“分组转发引擎”，缩写为“PFE”)，这些组件用硬件静态地实现该功能或者动态地执行软件或计算机程序以实现该功能。
控制单元37的控制平面38A可以执行路由器36的路由功能。在这方面，控制平面38A可以表示实现可以用来确定路由信息40的路由协议(图2A中未示出)的控制单元37的硬件和/或软件。路由信息40可以包括定义诸如网络14等网络的拓扑的信息。控制平面38A可以解析由路由信息40定义的拓扑以选择或确定通过网络14的一个或多个路线。然后，控制平面38A可以利用这些路线来更新数据平面38B，其中数据平面38B保持这些路线作为转发信息42。路由组件26可以生成具有表示网络内目的地的叶节点的基数树形式的转发信息(FIB)42。美国专利7,184,437提供了关于利用基数树进行路由解析的路由器的示例性实施例的细节，其内容通过引用整体并入本文。转发或数据平面38B可以表示根据转发信息42来转发网络业务的控制单元37的硬件(例如，上述PFE)和/或软件。
控制平面38A还可以包括以上面关于图1的DHCP服务器16描述的方式实现DHCP的DHCP模块44。换言之，DHCP模块44可以接收DHCP消息，诸如DHCP消息30，并且根据DHCP处理这些消息。有关DHCP的更多信息以及有关DHCP消息的详细信息(诸如DHCP发现、提供、请求、发布、更新、确认和其他消息)可以在1997年3月发表的题为“Dynamic Host ConfigurationProtocol”的评论请求(RFC)2131中找到，其通过引用整体并入本文。
另外，控制平面38A可以包括可以被配置为管理网络地址块45的地址指派模块70。地址指派模块70可以表示被配置为执行认证、授权和计费(AAA)协议的单元，该AAA)协用于认证客户端设备20的用户，经由接入网络24授权(在成功验证用户时)对网络14的访问，并且关于对网络14和由服务提供商提供的其他服务的访问来执行计费。AAA协议的示例包括远程访问拨入用户服务(RADIUS)和称为“直径(diameter)”的RADIUS的后继者。地址指派模块70可以与AAA服务器(为了便于说明而在图1中未示出)对接以执行AAA服务。
数据平面38B可以包括DHCP重定向模块46。DHCP重定向模块46可以表示检查传入网络业务以确定该传入网络业务是否表示DHCP消息的软件和/或硬件模块。在一些情况下，DHCP重定向模块46可以包括在转发ASIC(表示PFE)或数据平面38B的其他组件内编程的逻辑，该逻辑基于传入网络业务的报头或数据平面38B可以用来区分特定类型的网络业务与其他类型的网络业务的任何其他类似机制来过滤业务。
DHCP重定向模块46可以例如包括在数据平面38B内编程的一个或多个过滤器，这些过滤器在被分配用于DHCP通信的一个或多个端口(例如，端口67和68)上监听。DHCP重定向模块46可以包括在这些DHCP端口67和68上监听的一个过滤器，并且在通过这些端口接收业务时，DHCP重定向模块46可以确定DHCP通信被传输到的地址。DHCP客户端20可以例如通过在上述端口之一上广播这些DHCP消息来传输DHCP消息。因此，DHCP重定向模块46可以过滤指示广播地址(例如，零地址)的分组，并且指定DHCP端口之一。来自服务器16的DHCP消息可以通过地址指定路由器36A的特定接口，并且还指定上述DHCP端口之一。DHCP重定向模块46可以同样过滤包括接口地址之一和DHCP端口之一的DHCP消息。因此，DHCP重定向模块46可以以这种方式过滤分组并且将DHCP消息30转发到控制单元37。
如图2A的示例中进一步所示，路由器36A包括分别经由入站网络链路50A-50N(“入站网络链路50”)和出站网络链路52A-52N(“出站网络链路52”)接收和发送分组流或网络业务的接口卡(IFC)48A-48N(“IFC 48”)。IFC 48通常经由多个接口端口(未示出)耦合到网络链路50、52，并且经由路径54A-54N(“路径54”)中的相应路径从控制单元37转发和接收分组和控制信息。IFC 48的每个物理接口通常由控制单元37分配唯一标识符，并且具有唯一标识符的多个逻辑接口可以被分配给每个物理接口，其中每个逻辑接口针对不同网络业务表示为不同的输入或输出接口。这些逻辑接口可以表示VLAN，并且每个VLAN可以被分配唯一的VLAN标记。通常，为DHCP客户端设备所驻留的每个特定上下文分配VLAN标记以区分不同上下文的客户端设备。
路由器36A可以包括机箱(在图2A的示例中未示出)，机箱具有用于容纳一组卡(包括IFC 48)的多个插槽。每个卡可以插入机箱的相应插槽中以便经由总线、底板或其他电通信机构将卡可通信地耦合到控制单元36。
如图2A的示例中进一步所示，路由器36A的控制单元37可以被配置为执行或以其他方式提供接口56(其可以执行或以其他方式维持与网络地址管理器26的NETCONF会话或某个其他会话，诸如遥测会话)。接口56可以表示网络地址管理器26可以用来根据这些技术的各个方面来与控制单元37交互以动态地管理地址指派模块70的单元。
管理设备18可以包括控制单元60，控制单元60在硬件方面可以类似于控制单元37，除了在某些情况下控制单元60不包括数据平面38B(并且因此仅包括控制平面38A)。控制单元60可以表示可以被配置为执行网络地址管理器26的任何形式的硬件(包括电路)。网络地址管理器26可以跨若干不同的网络元件(诸如BNG 13)相干地管理地址空间25，如上所述。
网络地址管理器26最初可以在BNG 13内配置网络地址块，诸如网络地址池45(“NAP 45”)。NAP 45可以是指彼此链接的一个或多个块(经由指针或其他软件构造)。在图2A的示例中，网络地址管理器26可以经由接口56经由交互地址指派模块70将NAB 45分配给地址指派模块70。在一些示例中，网络地址管理器26可以将小NAP 45分配给地址指派模块70。网络地址管理器26可以经由接口56发出确定来自NAP 45的剩余的可用于分配的网络地址的数目的请求27。基于来自NAP 45的剩余可用于分配的网络地址的数目，网络地址管理器26可以发出分配附加地址或回收未使用的网络地址的请求27，从而在地址数目方面增加或减少NAP 45的大小。
为了配置NAP 45，网络地址管理器26可以定义所谓的地址“池”集，其中每个池集是指连续的网络地址块。例如，网络地址管理器26可以在内部维护以下内容：
池集ps_group 1＝{池1，池2，池3}
池集ps_group 2＝{池4，池5，池6}
网络地址管理器26还可以在内部维护成组的多个BNG 13。例如，网络地址管理器26可以在内部维护以下内容：
BNG集BG_group 1＝{BNG 1，BNG 2，BNG 3}
BNG集BG_group 2＝{BNG 4，BNG 5，BNG 6}
网络地址管理器26可以将池集分配给BNG 13和/或BNG集之一。当池集被分配给BNG 13或一组BNG 13(称为BNG集)之一时，网络地址管理器26将仅来自该池集的地址分配给相关的一个或多个BNG 13(在BNG集的情况下)。换言之，网络地址管理器26可以创建将第一网络元件与第二网络元件相关联的一组网络元件，并且通过向该组网络元件发出请求来联合管理第一网络元件和第二网络元件内的NAP 45的大小，从而分配或回收来自所分配的池集的地址。本公开中描述的技术可以以这种方式提供规划用户边缘网络的灵活性。此外，本公开中描述的技术可以支持在BNG集中的BNG 13之间重新分配来自池集的地址。
为了配置BNG 13中的地址池，网络地址管理器26可以经由到BNG 13的请求27来定义地址/地址范围，如下面更详细地讨论的。网络地址管理器26可以将来自地址空间25的地址指定为可配置组块中的块(或者换言之，组块)，例如，按诸如/28、/24、/20等顺序阻塞的子网。要分配给给定的一个BNG 13的组块的模式将是范围或子网，如下所示：
<地址池分配>
<IP>
<范围>子网</范围>
<低>范围</低>
<高>范围</高>
<池名称>名称</池名称>
</IP>
</地址池分配>
替代地，用于分配NAP 45的模式可以遵循子网模式，具体如下：
<地址池分配>
<IP>
<子网>子网</子网>
<池名称>名称</池名称>
</IP>
</地址池分配>
以下是可用地址池的“地址池分配”模式：
Figure BDA0002110397580000171
网络地址管理器26可以发出各种请求27，并且使用网络配置协议(NETCONF)、REST、遥测或支持与网络设备交互的任何其他协议经由接口56来接收表示消息的数据47、统计(例如，通过分配给DHCP客户端设备20的NAP 45地址利用)或任何其他可用数据。在NETCONF的上下文中，网络地址管理器26可以在远程过程调用(RPC)层和所谓的“YANG”数据建模语言(其可转换为XML和JSON格式)之上使用NETCONF来获取配置数据(在请求27内)和协议消息(传送请求27和数据47)。关于NETCONF的更多信息可以在2011年6月发表的题为“Network Configuration Protocol(NETCONF)”的评论请求(RFC)6241中找到，其通过引用整体并入本文。关于YANG的更多信息可以在2010年10月发表的题为“YANG-A DataModeling Language for the Network Configuration Protocol(NETCONF)”的RFC 6020中找到，其通过引用整体并入本文。
如上面关于图1的示例所指出的，网络地址管理器26可以确定NAP 45内的可用网络地址处于或低于阈值(例如，上述LAA阈值)。网络地址管理器26可以另外确定与NAP 45或NAP 45内的地址的某个子集相关联的任何要求和规则。网络地址管理器26可以发出向DHCP模块44查询与NAP 45相关联的规则和要求的请求27。示例要求规则包括必须从网络地址管理器26分配到路由器36A以匹配特定子网的地址池。
网络地址管理器26接下来可以基于要求和规则从BNG的相关联的池集中获取附加网络地址块。例如，考虑如下规则：其中NAP 45内的部分或全部地址应当与特定子网相匹配。作为另一示例，考虑如下要求：其中要求NAP 45内的一些或所有地址中具有用于客户设备需要成帧地址池的池的连续地址分配的数目最小的地址。作为又一示例，考虑NAP 45内的一些或所有地址是静态IP地址的要求，其中DHCP客户端设备20在网络中的任何地方保持相同的IP地址。作为一个示例，响应于特定DHCP客户端设备20试图访问接入网络24N，网络地址管理器26可以自动地将与特定DHCP客户端设备20相关联的所分配的静态网络地址从BNG 13A的NAP 45移动到BNG 13N的NAP。
然后，网络地址管理器26可以自动地将另一网络地址块分配给地址指派模块70，从而增加NAP 45内的可用网络地址的数目。以这种方式，网络地址管理器26可以根据需求向地址指派模块70分配附加可用地址块(如地址空间25中所示)。如果网络地址管理器26遇到可用地址数目不足或无法匹配地址以解决来自地址空间25的规则，则网络地址管理器26(其也可以称为“池管理器26”)可以向一个或多个其他BNG 13(例如，BNG 13N)或BNG集中的BNG发出从当前未使用的其他BNG 13回收可用地址的地址回收请求27。
这样，作为一个示例，网络地址管理器26可以通过向BNG 13N(其被假定为类似于(如果不是基本上类似于)图2A或2B的示例中所示的BNG 13A)发出请求返回BNG 13N内的NAP 45的一部分以用于分配给另一网络元件(即，该示例中的BNG 13A)的回收请求27来动态地管理BNG 13N内的NAP 45的大小。网络地址管理器26可以从BNG 13N获取NAP 45的该部分已经被释放并且因此被回收的指示47。
当可用地址的数目低于地址空间25和/或在网络地址管理器26处的池集内的阈值时，为了分配给NAP 45内的可用地址的数目低于LAA阈值的BNG 13，网络地址管理器26可以向BNG集中的每个BNG 13发送回收请求27。网络地址管理器26可以通过读取模式(其可以通过语法“Reclaim-Get”记录)来接收已经回收各种地址的指示47。Reclaim-Get模式可以包含属性(其可以指代规则和要求)，诸如子网范围、网络匹配规则等。网络地址管理器26可以支持用于发出回收请求的以下两种模式：
非抢占式回收；以及
抢占式回收。
在非抢占式回收中，BNG 13可以向网络地址管理器26释放低于LDA阈值的多个可用地址。但是，不需要BNG 13履行回收请求(换言之，BNGs 13履行回收请求不是强制性的)。
所回收的可用地址(其也可以称为“地址池”或“池”)可以表示为回收池的链接链。BNG 13可以回收池，直到达到LDA阈值或者空闲池列表中的总地址用尽(作为一个示例，这表示空闲池列表中的地址总数小于高水位标志)。
当可用池短缺并且来自空闲地址池链的可回收地址的总数小于LDA阈值时，网络地址管理器26可以确定地址池被分段并且正在使用中，并且从而通过从碎片池中拆分新池的子集以进行回收来回收地址。要拆分的池的大小由可配置的数字确定，该可配置的数字确定可以拆分为子集池的必须是连续且空闲的地址的数目的要求。
现在链接分割成碎片的使用中的地址池，并且保持相同的地址池名称。对于外部系统(诸如RADIUS)，链接的碎片池是黑盒子，并且看起来好像是使用池名称引用的单个地址池。换言之，分段池的链接在BNG 13N上的地址池中是本地的。网络地址管理器26可以通过将剩余的池链接在一起(使用指针或其他软件构造来引用网络可用地址的位置)来维护来自各种碎片的使用中的池的拆分池，使得拆分池可用于回收。从碎片的使用中的池中拆分可用地址池的处理量可以取决于连续可用地址要求的大小。可以拆分的连续可用地址的配置大小越小，拆分子集池所需要的处理越高。
图3是示出根据本公开中描述的技术的各个方面的网络地址管理器如何从分段网络地址池中分离出子集池的框图。在图3的示例中，池100被命名为“池A”并且包括分布式地址块102A-102C。如图3的示例中进一步所示，池100包括在分布式地址块102A和102B之间的连续的未使用地址块(替代地，换言之，可用地址块)104A以及在分布式地址块102B和102C之间的可用地址块104B。这样，池100被分段，从而防止当可用地址块104A和104B的大小不满足给定回收请求27的较小大小要求时可用地址块104A和104B的回收。
这样，网络地址管理器26可以更新地址空间25内的池100，以将分布式地址块106A链接到分布式地址块106B并且将分布式地址块106B链接到分布式地址块106C。网络地址管理器26可以使用指针106A和106B来执行相应的分布式地址块106A到分布式地址块106B和分布式地址块106B到分布式地址块106C之间的链接。然后，网络地址管理器26可以回收可用的地址块104A和104B。然后，网络地址管理器26可以使用三个不同的链接地址块100A-100C来标识池100，每个链接地址块100A-100C可以被包括在“池A”下以维持该池在网络地址管理器26之外没有被分成三个不同的地址块。
当如图3所示的池的重新配置没有成功时(例如，由于新用户已经从池104A或104B分配了地址而存在冲突)，网络地址管理器26可以不回收池104A和104B中的一个或多个。当由于DHCP客户端设备20可以释放所分配的地址而存在冲突时，网络地址管理器26可以定期尝试回收池104A和104B。在一些示例中，网络地址管理器26可以将池100标记为“耗尽”，这可以减少或防止来自池100的地址分配，以避免在网络地址管理器26拆分池104A和104B的同时从池中分配新地址。一旦回收过程完成，网络地址管理器26可以移除“耗尽”状态，使得BNG 13A可以从池100A-100C(其仍然在网络内表示为“池100”)分配地址。
当网络地址管理器26向具有多个地址的BNG 13发送抢占式回收请求27时，BNG 13必须通过发送满足所需要的地址数目的任何池来兑现该请求。在一些情况下，BNG 13可以撤销来自DHCP客户端设备20的地址，从而注销用户。抢占式回收请求27允许网络地址管理器26对高度分段的池进行碎片整理。在池上持有连续地址的用户被终止，并且释放的地址子集有资格被用作使用上述过程可用于回收的池。如上面关于图3解释的，分段的使用中的池被链接。当需要将池迁移到另一网络规则或静态地址空间时，网络地址管理器26也可以使用抢占式回收请求27。
以下是回收请求模式，其是对BNG 13处理地址池回收的操作请求。
<回收请求>
<回收类型>类型</回收类型>
<范围>子网<范围>
<规则>规则1表达式</规则>
<规则>规则2表达式</规则>
<回收请求>
Figure BDA0002110397580000221
下面是具有用于来自网络地址管理器26的回收获取请求的释放地址空间的回收回复模式。网络地址管理器26可以基于回收获取的回复来通知BNG 13A成功回收了池。然后，BNG 13A可以清除返回到网络地址管理器26的释放列表。
以下是用于回收由BNG释放的地址的回收模式。
<回收获取>
<IP>
<范围>子网</范围>
<低>范围</低>
<高>范围</高>
</IP>
</回收获取>
<回收获取>
<IP>
<地址>子网</地址>
</IP>
</回收获取>
Figure BDA0002110397580000231
以这种方式，网络地址管理器26可以回收可用的地址块，并且然后将所回收的可用地址块重新分配给具有有限数目的可用地址的BNG 13。在网络地址管理器26即使在回收请求之后也不能向BNG13A提供附加可用地址块的情况下，网络地址管理器26可以向在NAP45内没有更多可用地址的BNG 13A发送指示“资源不可用”的通知。
经由前述不同模式，网络地址管理器26可以支持池迁移。也就是说，网络地址管理器26可以将池从一个池集迁移到另一池集(实时或接近实时)。在迁移池之后，可以将所迁移的池上的可用地址分配给与池集相对应的所分配的BNG或BNG集。网络地址管理器26可以将属于池的释放的地址无缝地保留到现在在新池集中的池。
为了执行迁移，网络地址管理器26可以从配置了旧池集的BNG13取消配置池，并且然后将未配置的池移动到新池集。当DHCP客户端设备20使用来自所迁移的池的地址时，BNG13可以从所迁移的池中回收所使用的地址。当所有地址的回收成功时，网络地址管理器26可以迁移池。
接下来参考图2B的示例，路由器36B是BNG 13之一(例如，BNG 13A)的另一示例，并且类似于图2A的示例中所示的路由器36A，除了路由器36B的控制单元37被配置为执行被表示为网络地址管理器(NAM)代理62的附加模块。NAM代理62可以表示从网络地址管理器26接收NETCONF请求和响应于来自网络地址管理器26的NETCONF请求的单元。NAM代理62可以具有有限的功能(例如，仅被配置为响应NETCONF请求)，或者可以是全功能的(例如，除了响应于NETCONF请求之外，NAM代理62可以执行NAP 45的碎片整理以回收地址并且将地址提供回到网络地址管理器26)。
当作为有限NAM代理62操作时，网络地址管理器26可以定期(和/或响应于某个条件)轮询NAM代理62以接收关于NAP 45的细节。当作为全功能NAM代理62操作时，NAM代理62可以定期(和/或响应于某个条件)报告关于NAP 45的细节。
在任何情况下，NAM代理62可以以各种方式代表网络地址管理器26执行。在一些示例中，NAM代理62可以轮询地址指派模块44以确定NAP 45内的可用地址的数目，并且当可用地址的数目低于LAA阈值时发出针对附加地址的请求(作为数据47)。NAM代理62还可以与地址指派模块44对接以标识NAP 45内的分布式地址的数目，并且当分布式地址的数目低于LDA阈值时发出消息47以通知网络地址管理器26。
换言之，NAM代理62可以执行以下操作中的一个或多个：
与网络地址管理器26建立NETCONF会话；
支持在NETCONF会话上的编辑/配置/删除/获取操作；
在低于水位标志阈值(例如，LAA阈值)的可用地址上通知网络地址管理器26；
在回收请求时，当空闲地址超过高水位标志阈值(或分布式地址的数目低于LDA阈值)时，对本地池进行碎片整理；以及
在抢占式回收请求并且没有足够的空闲地址时，启动所选择的用户的注销以支持地址回收。
池集和BNG集特征在NAM代理62上不需要任何功能，并且因此池集和BNG集特征可以在网络地址管理器26上独立运行。此外，还有一些选项可以配置低水位标志阈值和高水位标志阈值。低水位标志阈值(例如，LAA阈值)和高水位标志阈值(例如，LDA阈值)可以在BNG集、BNG或一个池级别上定义。各种阈值可以在NAM代理62或BNG 13A上配置，这取决于BNG支持的丰富程度。
在NAM代理62在BNG 13A上执行的情况下，如上所述，NAM代理62可以在超过水位标志阈值时自动通知网络地址管理器26。当空闲/可用地址达到低水位标志阈值时，NAM代理62可以向网络地址管理器26发起对更多地址的请求。当空闲/可用地址高于高水位标志阈值时，NAM代理62可以经由上述碎片整理和/或回收过程将高水位标志阈值之上的可用地址释放到网络地址管理器26。
NAM代理62可以减少执行网络地址管理器26的计算负担，因为用于碎片整理和其他操作的处理被卸载到NAM代理62。此外，当NAM代理62是全功能时，网络地址管理器26可以不再在轮询上花费计算资源，这也可以允许网络地址管理器26在计算能力较低的管理设备上执行，从而允许更广泛地分配网络地址管理器26。
上述技术可以提供以下中的一个或多个益处：
·ISP提供商的单个应用，用于跨ISP提供商的BNG边缘路由器来管理用户地址池；
·地址分配、去碎片和回收等可能无需人工干预；
·操作灵活性，诸如池集、BNG集和池集到BNG集的标记；
·跨池集组的迁移池的灵活性；
·所有产品全球支持的标准YANG数据建模格式(XML、JSON可转换)；
·除了作为独立应用运行外，这些技术还可以容易地集成到NMS解决方案中；
·可以容易地集成到SDN/NFV云解决方案中；
·支持静态和动态地址组支持和迁移；
·地址请求和回收中的网络匹配规则支持；
·具有多种模式的可配置地址分块分配；
·具有多种模式的灵活回收功能：
·用户可选择的回收设施；以及
·多个选项，用于选择地址分块以进行分配。
尽管这些技术的各个方面关于与由控制平面38A执行的DHCP模块44的对接来描述，但是这些技术可以允许网络地址管理器26和/或NAM代理62与由位于路由器36A或36B的单独服务平面(与控制平面38A和数据平面38B分开)或数据平面38B中的服务卡执行的DHCP模块44对接以提供一些示例。在一些示例中，路由器36A和36B直接(表示通过直接连接)与专用DHCP服务器对接，并且NAM代理62和/或网络地址管理器26可以经由路由器36A和/或36B与专用DHCP服务器对接。
此外，尽管针对单个网络地址管理器26进行描述，但是一个或多个管理设备可以执行两个或更多个网络地址管理器26以为地址管理提供冗余和/或高可用性。网络地址管理器26可以在多个网络地址管理器26之间将状态改变传送到地址空间25(例如，经由提交链或用于维持操作原子性的其他结构)。在这方面，网络地址管理器26可以保持状态同步。
在仅一个网络地址管理器26发生故障的示例中，管理员可以重新启动执行网络地址管理器26的虚拟机并且配置新启动的网络地址管理器26以引用发生故障的网络地址管理器26的先前数据库。新网络地址管理器26可以读取旧数据库，并且从而重新创建环境。
此外，当BNG 13本身包括冗余，其中例如BNG 13A部分备份在BNG 13B和BNG 13C上时，网络地址管理器26可以将BNG 13A的每个部分视为单独的BNG，从而创建抽象，其中BNG13A被认为是BNG 13A-1、BNG 13A-2和BNG 13A-3。网络地址管理器26可以以上述方式从BNG13A-1、BNG 13A-2和BNG 13A-3中的每个收集数据47，并且合并数据47。
图4是示出被配置为根据本公开中描述的自动地址管理技术的各个方面执行的网络地址管理器的示例操作的流程图。网络地址管理器26(如图1-2B所示)可以自动地将第一网络地址块分配给DHCP服务器16A，DHCP服务器16A(如上所述)用作地址分派服务器以针对接入网络24A为DHCP客户端设备20A-20N(200)分配第一网络地址块。为了将第一网络地址块分配给DHCP服务器16A，网络地址管理器26可以标识整个地址空间内可用(表示未分配给任何其他DHCP服务器16)的网络地址块。
在定位可用的网络地址块时，网络地址管理器26可以与DHCP服务器16A(可能经由NETCONF会话)对接，并且指定适当的命令以分配该可用的网络地址块作为第一网络地址块以在接入网络24A内分配。在一些示例中，网络地址管理器26可以指定上部网络地址和下部网络地址，从而将第一网络地址块定义为连续的第一网络地址块。网络地址管理器26可以在网络14内可用的整个地址空间的本地维护表示内指示第一网络地址块不可用并且正在由DHCP服务器16A(和/或BNG 13A)使用。
网络地址管理器26还可以自动地将第二网络地址块分配给DHCP服务器16N，DHCP服务器16N作用(如上所述)地址分派服务器以针对接入网络24N向耦合到接入网络24N(为了便于说明而未示出)的DHCP客户端设备分配第一网络地址块(202)。同样，在自动分配第二网络地址块时，网络地址管理器26可以执行上述在分配第一网络地址块时的操作，这可以更新整个网络地址空间的表示以表示第二网络地址块(其可以包括第二连续的网络地址块)不可用并且正在由DHCP服务器16N(和/或BNG 13N)使用。
接下来，网络地址管理器26可以动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小以解决第一网络地址块和第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配。网络地址管理器26可以接收、请求或以其他方式获取指示DHCP服务器16A和16N中的每个已经分配第一网络地址块和第二网络地址块以供DHCP客户端20(为了便于讨论，假定其还指代图1中未示出的接入网络24N的DHCP客户端)使用的程度的数据。换言之，网络地址管理器26可以获取指示来自第一网络地址块和第二网络地址块的可用于分配给接入网络24A和24N的网络地址(其可以称为“可用网络地址”)的数目的数据(204)。
基于指示来自第一网络地址块和第二网络地址块的可用于分配的网络地址的数目的数据，网络地址管理器26可以确定跨DHCP服务器16A和16N(在该示例)是否存在网络地址的低效分配(206)。当没有网络地址的低效分配(206的“否”)时，网络地址管理器26可以继续收集指示来自网络地址块的可用于分配的网络地址的数目的数据，并且确定跨DHCP服务器是否存在网络地址的低效分配(204、206)。当存在可用网络地址的低效分配时(206的“是”)，网络地址管理器26可以从DHCP服务器16A和/或16N回收可用网络地址，或者从总地址空间向DHCP服务器16A和/或16N分配附加网络地址块(208)。
在一些示例中，DHCP服务器16A和/或16N可以与网络地址管理器26对接以指示可用网络地址的数目处于或低于低可用地址(LAA)阈值。响应于确定可用网络地址的数目等于或低于LAA阈值，网络地址管理器26可以向DHCP服务器16A和/或16N分配附加网络地址块。在一些示例中，DHCP服务器16A和/或16N可以与网络地址管理器26对接以指示分布式网络地址的数目等于或低于低分布式地址(LDA)阈值。响应于确定分布式网络地址的数目等于或低于LDA阈值，网络地址管理器26可以回收第一网络地址块和/或第二网络地址块的某个部分(例如，可用网络地址的子块)。
图5是示出被配置为根据本公开中描述的自动地址管理技术的各个方面执行的宽带网络网关的示例操作的流程图。如上面作为路由器36B关于图2B所示的示例BNG 13A更详细地描述地，BNG 13A可以执行网络地址管理器代理62，网络地址管理器代理62可以从由诸如管理设备18等计算设备执行的网络地址管理器26接收第一网络地址块的分配(例如，NAB45)(300)。
然后，NAM代理62可以从网络地址管理器26接收管理第一网络地址块的大小以解决NAP 45或由BNG 13N为接入网络26N分配的第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配的一个或多个请求27(302)。接下来，如上面更详细地描述的，NAM代理62可以通过网络地址管理器代理并且响应于一个或多个请求来适配NAP 45的大小(304)。
此外，存在可能存在可用网络地址但是没有或有很少可用网络地址与子网的规则相匹配的情况。在这些实例中，网络地址管理器26可以响应于BNG 13之一对与子网的规则相匹配的网络地址块的请求而回收与子网的规则相匹配的网络地址。
图6是更详细地示出图1-2B的管理设备的框图。如图6的示例中所示，管理设备18包括命令行界面(CLI)402、图形用户界面(GUI)404、配置管理器406、网络元件管理器408、网络地址管理器26和供应管理器410。尽管在图6的示例中没有示出，但是控制单元60可以被配置为执行模块402-410和26中的每个。CLI 402和GUI 404可以表示管理员或其他网络运营商可以与之交互以配置或以其他方式指定与每个模块402-410和26相关的数据的对接。
配置管理器406可以表示被配置为将与授权的网络元件或其他实体相关联的网络地址管理器26的运营商配置、IP地址块(例如，前缀)、传输层安全性、地址分配、阈值处理和供应行为映射到各种功能组件的单元。配置管理器406可以启用池、池集、BNG集以及BNG集与池集的关联的配置。
配置管理器406可以包括配置(“CONFIG”)引擎420和集合管理器422。配置引擎420可以表示被配置为执行上述各种配置，验证存储到配置数据库(“CONFIG DB”)407的配置数据，并且代表配置管理器406实现各种配置策略的单元。集合管理器422可以表示被配置为管理池集、BNG集和池集和BNG以及任何其他集合之间的关系(或换言之，关联)的单元。
网络元件管理器408可以表示被配置为编排注册元件409或其他实体(其在图6的示例中示出为“对等体409”)以及注册元件或其他实体的池管理活动(包括地址块分配、池监视和对等配置)的单元。
网络地址管理器26可以表示被配置为将所配置的前缀划分为更小的地址块以便分配以及根据管理员经由CLI 402和/或GUI 404指定的标准智能地分配地址块的单元。网络地址管理器26可以包括地址分配430和集合管理器432。地址分配器430可以表示被配置为如上所述分配网络地址块的单元。集合管理器432可以表示被配置为以与上面关于集合管理器422描述的方式类似的(如果不是基本类似的)方式管理各种集合的单元，并且可以维护标识存储到地址数据库(DB)431的地址空间25的哪些地址被分配给哪个集合或集合关联的数据结构。
供应管理器410可以表示被配置为使用相应的一个对等体409的给定供应机制来发起NAP 45的供应和取消供应的单元。供应管理器410可以包括供应引擎440、轮询引擎442、遥测单元444和通信单元446。供应引擎440可以表示被配置为生成上面提到的用于与路由器36A/36B对接的各种命令的单元。轮询引擎442可以表示被配置为轮询对等体409以便获取可用和/或分配的网络地址的各种数目以及与执行本文中描述的技术的各个方面相关的上述任何其他数据的单元。遥测单元444可以表示被配置为从对等体409获取遥测数据的单元。通信(“COMM”)单元446可以表示被配置为实现用于与路由器36A/36B对接的各种协议的单元，诸如NETCONF、REST、和/或RPC。
除了上述之外或作为其替代，描述了以下实施例。以下任何示例中描述的特征可以与本文中描述的任何其他示例一起使用。
示例1.一种跨网络元件管理地址空间的方法，方法包括：自动地将第一网络地址块分配给第一网络元件，第一网络元件针对第一网络用作第一地址分派服务器以将第一网络地址块分配给耦合到第一网络的第一组客户端设备；自动地将第二网络地址块分配给第二网络元件，第二网络元件针对第二网络用作第二地址分派服务器以将第二网络地址块分配给耦合到第二网络的第二组客户端设备；以及动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小以解决第一网络地址块和第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配。
示例2.根据示例1的方法，其中动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小包括：确定第一网络地址块内的可用网络地址是否等于或低于阈值；确定与第一网络地址块相关联的任何要求和规则；根据要求和规则获取第三网络地址块；以及自动地将第三网络地址块分配给第一网络元件。
示例3.根据示例1的方法，其中动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小包括发出抢占式回收请求，其中第一网络元件必须返回第一网络地址块的一部分以用于分配给另一网络元件，以及其中方法还包括获取第一网络地址块的一部分已经被回收的指示。
示例4.根据示例1的方法，还包括与第一网络元件对接以对包括第一网络地址块的网络地址的网络地址池进行碎片整理。
示例5.根据示例1的方法，其中动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小包括发出请求返回第一网络地址块的一部分以便分配给另一网络的非抢占式回收请求，以及其中方法还包括获取第一网络地址块的一部分尚未被回收的指示。
示例6.根据示例1的方法，还包括与第一网络元件对接以将包括第一网络地址块的网络地址的网络地址池从第一网络元件迁移到另一网络元件。
示例7.根据示例1的方法，其中动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小包括：创建将第一网络元件与第二网络元件相关联的一组网络元件；以及通过向一组网络元件发出请求来共同管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小。
示例8.根据示例1的方法，其中动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小包括：响应于特定客户端设备尝试访问第二网络，自动地将与特定客户端设备相关联的所分配的静态网络地址从第一网络地址块移动到第二网络地址块。
示例9.一种被配置为跨网络元件管理地址空间的网络设备，网络设备包括：一个或多个处理器，被配置为执行池管理器，池管理器被配置为：自动地将第一网络地址块分配给第一网络元件，第一网络元件针对第一网络用作第一地址分派服务器以将第一网络地址块分配给耦合到第一网络的第一组客户端设备；自动地将连续的第二网络地址块分配给第二网络元件，第二网络元件针对第二网络用作第二地址分派服务器以将第二网络地址块分配给耦合到第二网络的第二组客户端设备；以及动态地管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小以解决第一网络地址块和第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配。
示例10.根据示例9的网络设备，其中一个或多个处理器被配置为：确定第一网络地址块内的可用网络地址是否等于或低于阈值；确定与第一网络地址块相关联的任何要求和规则；根据要求和规则获取第三网络地址块；以及自动地将第三网络地址块分配给第一网络元件。
示例11.根据示例9的网络设备，其中一个或多个处理器被配置为发出抢占式回收请求，其中第一网络元件必须返回第一网络地址块分配的一部分以用于分配给另一网络元件，以及其中一个或多个处理器还被配置为获取第一网络地址块的一部分已经被回收的指示。
示例12.根据示例9的网络设备，其中一个或多个处理器还被配置为与第一网络元件对接以对包括第一网络地址块的网络地址的网络地址池进行碎片整理。
示例13.根据示例9的网络设备，其中一个或多个处理器被配置为发出请求返回第一网络地址块的一部分以便分配给另一网络的非抢占式回收请求，以及其中一个或多个处理器还被配置为获取第一网络地址块的一部分尚未被回收的指示。
示例14.根据示例9的网络设备，其中一个或多个处理器还被配置为与第一网络元件对接以将包括第一网络地址块的网络地址的网络地址池从第一网络元件迁移到另一网络元件。
示例15.根据示例9的网络设备，其中一个或多个处理器被配置为：创建将第一网络元件与第二网络元件相关联的一组网络元件；以及通过向一组网络元件发出请求来共同管理第一网络地址块的大小和第二网络地址块的大小。
示例16.根据示例9的网络设备，其中一个或多个处理器被配置为：响应于特定客户端设备试图访问第二网络，自动地将与特定客户端设备相关联的所分配的静态网络地址从第一网络地址块移动到第二网络地址块。
示例17.一种分配第一网络地址块的方法，方法包括：通过由负责在第一网络内分配第一网络地址块的第一网络元件执行的网络地址管理器代理从由计算设备执行的网络地址管理器接收第一网络地址块的分配；通过网络地址管理器代理从网络地址管理器接收管理第一网络地址块的大小以解决第一网络地址块或由针对第二网络的第二网络设备分配的第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配的一个或多个请求；以及通过网络地址管理器代理响应于一个或多个请求而适配第一网络地址块的大小。
示例18.根据示例17的方法，其中一个或多个请求包括指示网络设备必须释放第一网络地址块的一部分的抢占式回收请求，其中第一网络地址块包括连续的第一网络地址块，其中适配网络地址块的大小包括选择连续的第一网络地址块的一部分作为连续的第一网络地址块的一个或多个子部分，一个或多个子部分将连续的第一网络地址块划分为两个或更多个连续网络地址子块，以及其中适配第一网络地址块的大小包括响应于抢占式回收请求而释放连续的第一网络地址块的一个或多个子部分。
示例19.一种网络设备，被配置为分配针对第一网络的第一网络地址块，网络设备包括：一个或多个处理器，被配置为执行网络地址管理器代理，网络地址管理器代理被配置为：从由计算设备执行的网络地址管理器接收第一网络地址块的分配；接收管理第一网络地址块的大小以解决第一网络地址块或由针对第二网络的第二网络设备分配的第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配的一个或多个请求；以及响应于一个或多个请求而适配第一网络地址块的大小。
示例20.根据示例19的网络设备，其中一个或多个请求包括指示网络设备必须释放第一网络地址块的一部分的抢占式回收请求，其中第一网络地址块包括连续的第一网络地址块，其中一个或多个处理器被配置为选择连续的第一网络地址块的一部分作为连续的第一网络地址块的一个或多个子部分，一个或多个子部分将连续的第一网络地址块划分为两个或更多个连续网络地址子块，以及其中一个或多个处理器被配置为响应于抢占式回收请求而释放连续的第一网络地址块的一个或多个子部分。
此外，可以将上述任何示例中阐述的任何特定特征组合成所描述的技术的有益示例。也就是说，任何特定特征通常适用于本公开中描述的技术的所有示例。已经描述了这些技术的各种示例。
本文中描述的技术可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。被描述为模块、单元或组件的各种特征可以一起在集成逻辑器件中实现，或者分离地实现为离散但可互操作的逻辑器件或其他硬件设备。在一些情况下，电子电路的各种特征可以被实现为一个或多个集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。
如果以硬件实现，则本公开可以涉及诸如处理器等装置或者诸如集成电路芯片或芯片组等集成电路装置。替代地或另外地，如果以软件或固件实现，则这些技术可以至少部分通过包括指令的计算机可读数据存储介质来实现，这些指令在被执行时引起处理器执行上述方法中的一个或多个。例如，计算机可读数据存储介质可以存储这样的指令以供处理器执行。
计算机可读介质可以形成计算机程序产品的一部分，该计算机程序产品可以包括封装材料。计算机可读介质可以包括计算机数据存储介质，诸如随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，非易失性随机存取存储器(NVRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、磁或光学数据存储介质等。在一些示例中，制品可以包括一个或多个计算机可读存储介质。
在一些示例中，计算机可读存储介质可以包括非暂态介质。术语“非暂态”可以指示存储介质没有在载波或传播信号中实施。在某些示例中，非暂态存储介质可以存储可以随时间变化的数据(例如，在RAM或高速缓存中)。
代码或指令可以是由处理电路执行的软件和/或固件，处理电路包括一个或多个处理器，诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，本文中使用的术语“处理器”可以是指任何前述结构或适用于实现本文中描述的技术的任何其他结构。另外，在一些方面中，本公开中描述的功能可以在软件模块或硬件模块内提供。
已经描述了各种实施例。这些和其他实施例在以下示例的范围内。

Claims (20)

1.一种跨网络元件管理地址空间的方法，所述方法包括：
自动地将第一网络地址块分配给第一网络元件，所述第一网络元件针对第一网络用作第一地址分派服务器以将所述第一网络地址块指派给耦合到所述第一网络的第一组客户端设备；
自动地将第二网络地址块分配给第二网络元件，所述第二网络元件针对第二网络用作第二地址分派服务器以将所述第二网络地址块指派给耦合到所述第二网络的第二组客户端设备；以及
动态地管理所述第一网络地址块的大小和所述第二网络地址块的大小以解决所述第一网络地址块和所述第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配。
2.根据权利要求1所述的方法，其中动态地管理所述第一网络地址块的所述大小和所述第二网络地址块的所述大小包括：
确定所述第一网络地址块内的所述可用网络地址等于或低于阈值；
确定与所述第一网络地址块相关联的任何要求和规则；
基于所述要求和规则获取第三网络地址块；以及
自动地将所述第三网络地址块指派给所述第一网络元件。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中动态地管理所述第一网络地址块的所述大小和所述第二网络地址块的所述大小包括发出抢占式回收请求，其中所述第一网络元件必须返回所述第一网络地址块的一部分以用于分配给另一网络元件，以及
其中所述方法还包括获取所述第一网络地址块的所述一部分已经被回收的指示。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括与所述第一网络元件对接以对包括所述第一网络地址块的网络地址的网络地址池进行碎片整理。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其中动态地管理所述第一网络地址块的所述大小和所述第二网络地址块的所述大小包括发出非抢占式回收请求，所述非抢占式回收请求请求返回所述第一网络地址块的一部分以用于分配给另一网络，以及
其中所述方法还包括获取所述第一网络地址块的所述一部分尚未被回收的指示。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括与所述第一网络元件对接以将包括所述第一网络地址块的网络地址的网络地址池从所述第一网络元件迁移到另一网络元件。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中动态地管理所述第一网络地址块的所述大小和所述第二网络地址块的所述大小包括：
创建将所述第一网络元件与所述第二网络元件相关联的一组网络元件；以及
通过向所述一组网络元件发出请求来共同管理所述第一网络地址块的所述大小和所述第二网络地址块的所述大小。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中动态地管理所述第一网络地址块的所述大小和所述第二网络地址块的所述大小包括：响应于特定客户端设备尝试访问所述第二网络，自动地将与所述特定客户端设备相关联的所指派的静态网络地址从所述第一网络地址块移动到所述第二网络地址块。
9.一种被配置为跨网络元件管理地址空间的网络设备，所述网络设备包括：
一个或多个处理器，被配置为执行池管理器，所述池管理器被配置为：
自动地将第一网络地址块分配给第一网络元件，所述第一网络元件针对第一网络用作第一地址分派服务器以将所述第一网络地址块指派给耦合到所述第一网络的第一组客户端设备；
自动地将连续的第二网络地址块分配给第二网络元件，所述第二网络元件针对第二网络用作第二地址分派服务器以将所述第二网络地址块指派给耦合到所述第二网络的第二组客户端设备；以及
动态地管理所述第一网络地址块的大小和所述第二网络地址块的大小以解决所述第一网络地址块和所述第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配。
10.根据权利要求9所述的网络设备，其中所述一个或多个处理器被配置为：
确定所述第一网络地址块内的所述可用网络地址等于或低于阈值；
确定与所述第一网络地址块相关联的任何要求和规则；
基于所述要求和规则获取第三网络地址块；以及
自动地将所述第三网络地址块指派给所述第一网络元件。
11.根据权利要求9所述的网络设备，
其中所述一个或多个处理器被配置为发出抢占式回收请求，其中所述第一网络元件必须返回所述第一网络地址块的一部分以用于分配给另一网络元件，以及
其中所述一个或多个处理器还被配置为获取所述第一网络地址块的所述一部分已经被回收的指示。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的网络设备，其中所述一个或多个处理器还被配置为与所述第一网络元件对接以对包括所述第一网络地址块的网络地址的网络地址池进行碎片整理。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的网络设备，
其中所述一个或多个处理器被配置为发出非抢占式回收请求，所述非抢占式回收请求请求返回所述第一网络地址块的一部分以用于分配给另一网络，以及
其中所述一个或多个处理器还被配置为获取所述第一网络地址块的所述一部分尚未被回收的指示。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的网络设备，其中所述一个或多个处理器还被配置为与所述第一网络元件对接以将包括所述第一网络地址块的网络地址的网络地址池从所述第一网络元件迁移到另一网络元件。
15.根据权利要求9至11中任一项所述的网络设备，其中所述一个或多个处理器被配置为：
创建将所述第一网络元件与所述第二网络元件相关联的一组网络元件；以及
通过向所述一组网络元件发出请求来共同管理所述第一网络地址块的所述大小和所述第二网络地址块的所述大小。
16.根据权利要求9至11中任一项所述的网络设备，其中所述一个或多个处理器被配置为：响应于特定客户端设备试图访问所述第二网络，自动地将与所述特定客户端设备相关联的所指派的静态网络地址从所述第一网络地址块移动到所述第二网络地址块。
17.一种分配第一网络地址块的方法，所述方法包括：
通过由第一网络元件执行的网络地址管理器代理从由计算设备执行的网络地址管理器接收所述第一网络地址块的分配，所述第一网络元件负责在第一网络内分配所述第一网络地址块；
通过所述网络地址管理器代理从所述网络地址管理器接收一个或多个请求，所述一个或多个请求管理所述第一网络地址块的大小，以解决所述第一网络地址块或由针对第二网络的第二网络设备分配的第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配；以及
通过所述网络地址管理器代理响应于所述一个或多个请求而适配所述第一网络地址块的所述大小。
18.根据权利要求17所述的方法，
其中所述一个或多个请求包括指示所述网络设备必须释放所述第一网络地址块的一部分的抢占式回收请求，
其中所述第一网络地址块包括连续的第一网络地址块，
其中适配所述网络地址块的所述大小包括选择所述连续的第一网络地址块的一部分作为所述连续的第一网络地址块的一个或多个子部分，所述一个或多个子部分将所述连续的第一网络地址块划分为两个或更多个连续网络地址子块，以及
其中适配所述第一网络地址块的所述大小包括响应于抢占式回收请求而释放所述连续的第一网络地址块的所述一个或多个子部分。
19.一种被配置为分配针对第一网络的第一网络地址块的网络设备，所述网络设备包括：
一个或多个处理器，被配置为执行网络地址管理器代理，所述网络地址管理器代理被配置为：
从由计算设备执行的网络地址管理器接收所述第一网络地址块的分配；
接收一个或多个请求，所述一个或多个请求管理所述第一网络地址块的大小，以解决所述第一网络地址块或由针对第二网络的第二网络设备分配的第二网络地址块中的一者或两者内的可用网络地址的低效分配；以及
响应于所述一个或多个请求而适配所述第一网络地址块的所述大小。
20.根据权利要求19所述的网络设备，
其中所述一个或多个请求包括指示所述网络设备必须释放所述第一网络地址块的一部分的抢占式回收请求，
其中所述第一网络地址块包括连续的第一网络地址块，
其中所述一个或多个处理器被配置为选择所述连续的第一网络地址块的所述一部分作为所述连续的第一网络地址块的一个或多个子部分，所述一个或多个子部分将所述连续的第一网络地址块划分为两个或更多个连续网络地址子块，以及
其中所述一个或多个处理器被配置为响应于抢占式回收请求而释放所述连续的第一网络地址块的所述一个或多个子部分。
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