CN1325209A - 一种接入服务器ip地址分配的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用并行处理IP包技术实现接入服务器IP地址分配的方法,通过在接入服务器中安装协议处理板以替代一般的路由板和接入板,实行IP地址池的统一管理,每次用户上网时使用的IP地址为IP地址池中的任意的空闲IP,而且在某些路由器中还可实现不占有任何IP地址。本发明适用于所有的接入服务器中,尤其是大容量接入服务器中,达到节省IP地址以及提高IP包的转发速率和IP地址的使用率的效果。
Description
本发明涉及数据通信领域，具体地说，涉及网络中接入服务器对上网用户进行IP地址分配的方法。
随着当前数据业务的蓬勃发展，国际互联网上的商业应用和多媒体等服务也随之得以迅猛推广，要享受网络上的各种服务，用户必须以某种方式接入网络，也就是所谓的“上网”。接入服务器就是一种通过各种手段将用户接入Internet网的设备，其一般的工作流程是：用户拨号，使用点到点协议进行连接；接入服务器给用户分配IP地址，然后对用户的IP数据包进行转发。
在图1所示的“中华人民共和国通信行业标准--网络接入服务器技术规范”中提供的接入服务器的典型组网图中，用户通过调制解调器101连到公用电话网PSTN上，接入服务器102与公用电话网PSTN相连，同时通过路由器103连接到Internet网。当有用户要上网时，接入服务器102会从用户那里接收到IP数据包，通过路由查找，将IP包发送到路由器103，从而发送到Internet网；相反从Internet来的数据包，到达路由器103后，由路由器103查找路由，发现该数据包需要发送到接入服务器102，然后发送到接入服务器102，接入服务器102将之发送给用户。路由器103到接入服务器102的路由的配置就是指定地址是分配给用户的IP地址池中的IP包都发送给接入服务器102,IP地址池是指一个连续的IP地址网段，接入服务器102用其IP地址标识。
接入服务器主要是完成对大量的IP数据包进行转发处理，其处理能力决定了IP包的转发速率，从而也就决定了能够接入的用户数量。目前的接入服务器的结构如图2中虚框内所示，包括多个接入板和一个路由板，它们之间通过数据总线连接，用户上网时数据包从接入板进来，通过路由板发送出去；从Internet来的数据包先到达外界路由器，外界路由器查找路由到用户的地址都发送到路由板，这样数据报到给路由板上，然后再到达用户，因此路由板的能力就限制了接入服务器的容量，单个接入服务器所能够接入的用户数与集中处理点对IP包的处理能力密切相关。随着互联网服务提供商ISP规模的扩大，分配给用户地址的单个IP地址池的容量也越来越大，接入服务器的处理能力限制了用户的数量，而一个用户一般对应分配一个IP地址，这也就限制了单个IP地址池的容量。
在目前接入服务器的组网方案中，一般是使用多个接入服务器，根据不同接入服务器的处理能力，将分配给用户的IP地址池分成若干个网段，再分配给不同的接入服务器管理，同时采用路由技术，将到这些网段的路由以静态路由配置或路由协议的形式在路由器中表现出来。由于接入服务器的处理能力限制了单个IP地址池所包含的地址容量，因此要求必须人为地将单个IP地址池分成几个小的网段，从而造成了地址的浪费，使得地址的利用率不高，这是因为：
1)每个网段有两个地址是规定不能使用的：全0和全1，如果网段划分得越多，那么地址浪费得越多。
2)网段中地址的个数必须是2的n次方，n是由网段的大小即子网掩码长度所决定的，如果接入服务器的接入能力不等于地址的个数，要么分配的地址个数小于处理能力的网段，会造成设备的浪费；要么分配的地址个数大于处理能力的网段，会造成地址的浪费。
3)有些用户上网是不需要IP地址的，例如虚拟专用网VPN用户。由于用户上网是否需要IP地址的行为是不可预测的，这就引出了IP地址池中的地址数目与接入服务器中接入端口数目即接入服务器的端口容量的映射问题，而映射的比例涉及到IP地址的利用率，虽然单个用户的行为不可测，但是多个用户的行为在概率上来讲是可以预测的，由此可以得出需要IP地址的用户与不需要IP地址的用户在大数量用户群中的比例是相对稳定的，所以IP地址池中的地址数目以及所对应的接入服务器接入端口数目越高，它们对应的比例就可以越接近实际的比例，IP地址的利用效率就越高。
由于Internet网的公用IP地址是全球唯一的有限的资源，地址的浪费是很敏感的问题。现在有一些大容量接入服务器解决地址浪费的方案，实际上都是采用了堆叠技术，将多个接入服务器堆叠在一起，在网络上还是多个节点、多台设备，也必须根据单个接入服务器的处理能力，将分配给用户的IP地址池分成若干个网段，分配给不同的节点进行管理，同样会存在上面的问题。图2描述了目前采用堆叠技术的大容量接入服务器的方案，多个接入服务器连在以太网上，与外界路由器相连。分配给用户的IP地址池被分成若干个小的网段，在路由器上分别进行路由配置，从Internet来的数据包到达路由器后，路由器通过路由将不同的小网段的数据报到不同的接入服务器上，然后到达用户，这样仍然会限制整个IP地址池的地址分配。
本发明的目的在于提供一种接入服务器分配IP地址的方法，使得能够节省IP地址，并且分配给用户的IP地址池中的地址使用率也提高，同时实现在大容量的情况下对数据包的高效实时转发。
本发明提出的采用并行处理IP包技术实现接入服务器分配IP地址的方法，
其特征在于：
首先，统一管理分配给用户的IP地址池；
其次，当用户上网时，接入服务器从IP地址池中任意挑选一个IP地址分配给用户，同时将该IP地址记录到处理用户上网的一个协议处理板中；
第三，由本协议处理板将用户的上网主机对路由器进行模拟；
第四，本协议处理板将用户的IP地址与协议处理板自身物理地址的对应关系通知路由器和位于接入服务器中的其它协议处理板；
第五，传输数据，本协议处理板将其物理地址的对应关系通知到路由器，用户与Internet上的数据即可通过路由器和本协议处理板进行传输；
最后，当用户下网时，将用户的IP地址与该协议处理板物理地址对应关系的解除通知到路由器和接入服务器中的其它协议处理板。
下面结合附图与实施例，进一步详细说明本发明。
图1是“中华人民共和国通信行业标准--网络接入服务器技术规范”中提
供的接入服务器的典型组网图。
图2是采用堆叠技术的接入服务器的组网图。
图3是本发明中的接入服务器路由部分的结构和组网图。
图4是本发明所述方法的流程图。
图5是本发明的组网等效原理图。
图1、图2是描述现有技术中的一些解决方案，在前面部分已经详细描述过，在此不再赘述。
图3中，接入服务器的路由部分是由多个协议处理板组成，通过局域网与路由器相连的。与图2中的接入服务器的区别在于图3中的协议处理板完成了图2的接入板的拨号接入与路由板的IP转发等功能。
下面通过某个用户从开始上网到下网的整个过程为例，并结合图4来说明本发明。
网络的结构按照图1组网，局域网选择以太网，接入服务器路由部分的结构如图3，多个协议处理板同时并行转发数据包，协议处理板上采用gratuitous ARP技术和PROXY ARP技术。
与以往分配IP地址的形式不同，本发明对分配给用户的IP地址池是进行统一管理的，不把IP地址池分成小的网段，对应于步骤401。
当用户上网时，需要为其分配IP地址，此时接入服务器从IP地址池中任意挑选一个IP地址分配给用户，同时将该IP地址记录到处理用户上网的一个协议处理板中，从而完成了步骤402。
转入步骤403，该协议处理板把用户的上网主机对路由器进行模拟，模拟该主机在局域网上，这样使得对路由器而言，就好像主机直接挂在路由器上。对于路由器的配置，只需要按照所有使用IP地址池中的地址的主机是直接连接在以太网上的情况进行配置，配置与具体的路由器产品有关，可以有下面的两种配置方法：一种是路由器连接到接入服务器的端口，要占用IP地址池中的一个地址，这是最一般的情况，每一种路由器都有该项功能；第二种是如果路由器支持直接将路由配置到端口的情况，可以配置静态路由，将指向IP地址池对应的网络路由，配置到连接到接入服务器的端口，即到该端口的数据报都发到该端口；路由器无需占用对应地址池中的地址。注意，此路由必须配制成能够通过路由协议发送出去的形式。
配置好路由器后，可以进入步骤404，当用户被接入到步骤402中所述的协议处理板时，该协议处理板使用gratuitous ARP技术，将该IP地址与本协议处理板物理地址的对应关系通知到路由器和其他协议处理板。
当传输数据时，由于协议处理板使用PROXY ARP技术，将本协议处理板物理地址的对应关系通知到路由器，然后从Internet上来的数据包就可以直接从路由器传到该协议处理板，然后由此协议处理板转发到用户，而从用户端发出的数据则通过协议处理板经由路由器发送出去，完成步骤405的数据传输。
进入步骤406，当用户下网时，记录有用户IP地址的协议处理板采用gratuitous ARP技术，将该IP地址与本协议处理板物理地址对应关系的解除通知到路由器和其他协议处理板。
以上就是当有用户从上网到下网时如何对IP地址进行分配的流程，由此可以看出在这个过程中节省了使用的IP地址，即提高了IP地址的利用率。
如图5所示，接入服务器中的协议处理板直接连接在与路由器相连的局域网上，在路由器看来，物理上接入接入服务器的设备，即主机1、主机2，在逻辑上可等效地认为是将其直接连接在局域网上，如图中的主机1’和主机2’。
本发明所述方法可以使得接入服务器在组网上尽量少的使用分配给用户的IP地址池中的地址，在一般情况下，路由器需占用IP地址池中的一个地址，其余的都可以分配给用户；在理想情况下，如路由器支持某些技术，路由器也无需占用一个IP地址池的地址，通过本发明，解决了大容量接入服务器的处理效率与大容量IP地址池利用率之间的矛盾，将IP地址池作为整体进行动态管理使用，不用分成若干个网段，大大提高了其利用率。在目前全球IP地址十分紧张的情况下，使用本发明的分配地址方法无疑具有相当重要的实用价值。
Claims (6)
1一种接入服务器IP地址分配的方法，其特征在于：
首先，统一管理分配给用户的IP地址池；
其次，当用户上网时，接入服务器从IP地址池中任意挑选一个IP地址分配给用户，同时将该IP地址记录到处理用户上网的一个协议处理板中；
第三，由本协议处理板将用户的上网主机对路由器进行模拟；
第四，本协议处理板将用户的IP地址与协议处理板自身物理地址的对应关系通知路由器和位于接入服务器中的其它协议处理板；
第五，传输数据，这个协议处理板将其物理地址的对应关系通知到路由器，用户与Internet上的数据即可通过路由器和本协议处理板进行传输；
最后，当用户下网时，将用户的IP地址与该协议处理板物理地址对应关系的解除通知到路由器和接入服务器其它的协议处理板。
2根据权利要求1所述的接入服务器IP地址分配的方法，其特征在于：所述的接入服务器是从IP地址池中按用户的需求进行动态使用IP地址。
3根据权利要求1所述的接入服务器IP地址分配的方法，其特征在于：所述的第三步中主机对路由器的模拟包括：按照所有使用IP地址池中的地址的主机是直接连接在局域网上的情况进行路由器的配置。
4根据权利要求1所述的接入服务器IP地址分配的方法，其特征在于：所述的第四步是利用gratuitous ARP技术，将该IP地址与本协议处理板物理地址的对应通知给路由器和其他协议处理板。
5根据权利要求1所述的接入服务器IP地址分配的方法，其特征在于：所述的第五步协议处理板使用的是PROXY ARP技术，将该协议处理板物理地址的对应通知给路由器。
6根据权利要求1所述的接入服务器IP地址分配的方法，其特征在于：所述的第六步协议处理板采用gratuitous ARP技术，将该IP地址与本协议处理板物理地址对应的解除通知到路由器和其他协议处理板。
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