CN1845554B - 一种在3g网络中动态分配ip地址的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动通信技术，特别涉及一种在3G网络中动态分配IP地址的控制方法，以解决现有3G网络中IP地址动态分配过程中，当出现IP地址冲突时的处理流程较长、网络资源浪费的问题。本发明所述方法中由客户端主机收到DHCP服务器返回的可用IP地址时，即根据本地保存的用户接入信息判断所述IP地址是否与当前接入用户的IP地址冲突，如果是则通知DHCP服务器结束本次流程；否则请求DHCP服务器根据该IP地址接入所述用户。应用本发明所述方法缩短了IP地址冲突时的处理流程、节约了网络资源，而且不影响IP地址不冲突时正常流程的处理速度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术，特别涉及一种在3G网络中动态分配IP地址的控制方法。
背景技术
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议)是动态主机配置协议的缩写，它为网络上的主机提供了一套动态获取和分配IP地址的方式，使得有限的IP(Internet Protocol，互联网协议)地址资源得到更好的利用。DHCP分为两个部分：一个是服务器端，而另一个是客户端。所有的IP网路设定资料都由DHCP服务器集中管理，并负责处理客户端的DHCP要求；而客户端则会使用从服务器分配下来的IP环境资料。不过在很多情况下，DHCP客户端和服务器不在同一IP网络的子网中，此时就需要在客户端和服务器之间有一个传递DHCP消息的中继代理，即DHCP中继代理。
在互联网中，当一台客户端主机上网时，在其子网内广播IP地址探索(DHCPDISCOVER)报文，DHCPDISCOVER报文中包括网络地址和租用期选项的值，每一个收到DHCPDISCOVER报文的DHCP服务器向客户端主机所在子网广播一个携带可用IP地址的DHCP确认(OFFER)报文，客户端主机如果收到多个DHCP服务器返回的DHCPOFFER报文，则选定其中一个返回接入请求(DHCPREQUEST)报文，该DHCPREQUEST报文中携带对应的IP地址，DHCP服务器收到DHCPREQUEST报文后，判断IP地址是否可用，如果是则返回接受(DHCPACK)报文，否则返回拒绝(DHCPNAK)报文，客户端主机收到DHCPACK报文之后，发送广播报文检测该IP地址是否冲突并等待响应，如果没有收到IP地址冲突响应，则通过该IP地址接入，否则向DHCP服务器发送一个结束本次流程(DHCPDECLINE)报文并重新开始整个过程，如果客户端主机和服务器不在一个子网内，则DHCP的中继代理会把这个报文传给DHCP服务器。
DHCP协议可以应用在3G(3rd Generation，第三代移动通信系统)网络的WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)网路体系中，3G网络中的GGSN(Gateway GPRS Support Node，网关GPRS支持节点，其中：GPRS，General Packet Radio Service，通用分组无线业务)承担手机终端用户信息维护、地址分配和数据转发的功能，在协议3GPP(3rdGeneration Partnership Project，第三代合作组织)29.060的描述中，GGSN连接特定的DHCP服务器，承担客户端主机的部分功能，为手机终端用户分配IP地址。
如图1所示，现有3G网络的接入网UTRAN(UMTS Territorial RadioAccess Network，UMTS陆地无线接入网)包含一个或几个无线网络子系统(RNS，Radio Network Subsystem)。一个RNS由一个无线网络控制器(RNC)和一个或多个基站(NodeB)组成。RNC与CN之间的接口是Iu接口，NodeB和RNC通过Iub接口连接。在UTRAN内部，RNC之间通过Iur互联，为终端实现网络接入。
分组域中包括SGSN(Serving GPRS Support Node，服务GPRS支持节点)和GGSN，SGSN和GGSN通过Gn接口连接.GGSN通过Gi接口连接数据网络(Data Network)，DHCP服务器是数据网络的一部分，通过Gi接口连接GGSN，终端在现有3G网络中的DHCP协议应用与IP网络类似，包括如下步骤：
1、终端用户向GGSN发送激活请求；
2、GGSN收到终端的激活请求后，向其连接的DHCP服务器发送DHCPDISCOVER报文，并启动定时器监视该报文的响应时间；
DHCPDISCOVER报文中包含关于网络地址和租用期选项的值，其中网络地址指报文中携带的MAC地址、全0的IP地址和其他涉及到网络地址的信元，租用期也是报文中的一个信元，用来和服务器协商获得的IP地址可以给这个终端使用的时间。
3、DHCP服务器收到DHCPDISCOVER报文后，向GGSN发送包含一个可提供的IP地址和其他配置信息的DHCPOFFER报文；
4、GGSN收到DHCPOFFER报文后，向DHCP服务器发送接入请求(DHCPREQUEST)报文；
如果GGSN在定时器超时之前没有收到DHCPOFFER报文，则重发DHCPDISCOVER报文；
5、DHCP服务器在收到DHCPREQUEST报文后，如果该IP地址确实可以分配，租用期符合要求等条件满足时，则发回一个DHCPACK报文作为响应，DHCPACK报文中仍然包括可提供的IP地址和配置参数；服务器如果不能满足请求则发回DHCPNAK报文作为响应；
DHCP服务器在DHCPOFFER报文中提供给客户端主机的IP地址暂时不能提供给另外一个客户端主机，但如果DHCP服务器没有收到客户端主机的DHCPREQUEST报文，则可以将该IP地址再次提供给另外的客户端主机；
GGSN在收到包含IP地址和配置参数的DHCPACK报文后，对报文中提供的配置参数进行检查，同时进行配置，然后根据本地接入用户信息检查DHCP服务器提供给客户端主机终端用户的IP地址是否已经被使用，如果没有则执行步骤6；否则执行步骤6’；如果GGSN收到DHCPNAK报文则重新开始整个过程；
6、GGSN向请求激活的用户终端发送携带该IP地址的激活响应；
6’、GGSN向DHCP服务器发送一个DHCPDECLINE报文并重新开始整个过程；
7、用户终端利用该IP地址在GGSN上接入数据网络进行数据业务，当终端下线时，向GGSN发送去激活请求；
8、GGSN收到终端的去激活请求后，向DHCP服务器发送DHCPRELEASE报文来释放地址。
地址释放过程也可能由于IP地址冲突或数据链路故障引起。
在3G网络中，GGSN虽然承担DHCP中继代理的功能，但根据3G网络的特点，手机用户终端的激活过程是终结在GGSN上的，也就是说，GGSN同时要承担一部分客户端的工作，最后只需要把得到的地址填入到手机终端用户的激活回应消息中即可。
从上述步骤可以看到，当发生IP地址冲突时，需要等到步骤6再进行地址冲突检查，会造成大量资源的浪费，包括GGSN内存的占用、处理速度减慢和激活效率降低等问题，在大量手机终端用户激活上线的时候尤其明显。
发明内容
本发明提供一种3G网络中的IP地址动态分配方法，以解决现有3G网络中IP地址动态分配过程中，当出现IP地址冲突时的流程较长、资源浪费问题。
一种在3G网络中动态分配IP地址的控制方法，包括如下步骤：
A、客户端主机收到用户激活请求时，从动态主机配置协议(DHCP)服务器获取可用IP地址；
B、客户端主机判断所述IP地址是否与当前接入用户的IP地址冲突，如果是则通知DHCP服务器结束本次流程；否则发送接入请求报文，请求DHCP服务器判断是否可以满足配置，并在满足配置时根据该IP地址接入所述用户。
所述步骤A中具体包括如下步骤：
A1、所述用户向客户端主机发送激活请求；
A2、客户端主机向DHCP服务器发送IP地址探索请求；
A3、DHCP服务器选择所述可用IP地址发送给客户端主机。
所述步骤A2中，客户端主机发送所述IP地址探索请求的同时开始监测响应时间，并在所述响应时间超时的同时还没有收到DHCP服务器返回的IP地址时，立即或在设定时间后，根据第一门限次数重新发送所述IP地址探索请求。
当客户端主机根据所述第一门限次数向DHCP服务器请求分配所述IP地址失败后，客户端主机向用户返回激活失败响应。
所述步骤B中，所述的请求DHCP服务器根据该IP地址接入所述用户具体包括如下步骤：
B1、客户端主机向DHCP服务器发送携带所述IP地址的接入请求；
B2、DHCP服务器确认该IP地址可用时向客户端返回接受响应；否则返回拒绝响应；
B3、客户端主机收到所述接受响应时向所述用户返回激活响应，该激活响应中携带所述IP地址；否则收到所述拒绝响应时通知DHCP服务器结束本次流程；
B4、所述用户根据所述IP地址成功激活。
当客户端主机通知DHCP服务器结束本次流程的同时或设定时间后，根据第二门限次数重新请求DHCP服务器分配所述IP地址。
当客户端主机根据所述第二门限次数请求DHCP服务器分配所述IP地址失败后，向用户返回激活失败响应。
客户端主机在用户接入信息中保存每一个接入用户使用的IP地址。
本发明的有益效果如下：
当发生IP地址冲突时，现有技术需要在网络中需要6个步骤才能结束整个流程，而本发明所述技术方案尽早的进行了IP地址冲突的检查，避免了因地址冲突而造成的后续请求和应答报文的发送及存储，只需要4个步骤就可以结束整个流程，因此节约了网络资源，同时减轻了GGSN和DHCP服务器的工作负担，加快了流程处理速度、提高了流程处理效率，在大量终端用户激活上线时意义更为明显；
当没有发生IP地址冲突时，本发明的技术方案仅仅改变了判断IP地址冲突的时机，并不影响正常处理流程的速度和效率，因此不会影响到正常用户的使用。
附图说明
图1为DHCP在3G网络中的位置示意图；
图2为现有3G网络中DHCP处理流程图；
图3为本发明所述3G网络中DHCP优化处理流程图。
具体实施方式
在IP网络中，检测地址冲突需要发送检测广播报文并等待响应，该过程需要一定的时间，因此由客户端主机收到DHCPACK报文后才检测到分配的地址是否有冲突是合理的。但是根据3G网络的特点，GGSN内部的用户信息库中已经记录了所有手机终端用户的IP地址，在现有技术的步骤4时，GGSN已经可以从DHCPOFFER中得到DHCP服务器准备分配给客户端的IP地址，这时GGSN根据内部的用户信息库已经可以判断IP地址是否冲突，因此可以通过提前判断以达到缩短IP地址冲突时的控制流程并节约资源的目的。
本发明根据上述技术构思优化了原DHCP协议方案应用于3G网路后的流程，由GGSN在收到DHCPOFFER报文后，根据GGSN内部的用户信息库先行判决是否发生IP地址冲突，优化后的处理流程包括如下步骤：
S1、终端用户向GGSN发送激活请求；
S2、GGSN收到终端用户的激活请求后，向其连接的DHCP服务器发送DHCPDISCOVER报文，并启动定时器监视该报文的响应时间；DHCPDISCOVER报文中包含关于网络地址和租用期选项的值，响应时间超时的同时还没有收到DHCP服务器返回的IP地址时，GGSN立即或在设定时间后，根据第一门限值重新请DHCP服务器分配所述IP地址，并且当根据该第一门限值向DHCP服务器请求分配所述IP地址失败后，向用户返回激活失败响应，即：如果设定第一门限次数为2，客户端主机可以在第一次DHCPDISCOVER报文的响应时间超时后，立即或设定时间后，再发送一次DHCPDISCOVER报文，如果第二次响应时间超时的同时还没有收到DHCPOFFER报文，则不再尝试并向用户返回激活失败响应。
S3、DHCP服务器收到DHCPDISCOVER报文后，向GGSN发送包含一个可提供的IP地址和其他配置信息的DHCPOFFER报文；
DHCP服务器在DHCPOFFER报文中提供给GGSN的IP地址暂时不能提供给另外一个GGSN主机，但如果DHCP服务器没有收到GGSN主机的DHCPREQUEST报文，则可以将该IP地址再次提供给另外的GGSN主机；
GGSN收到DHCP服务器的DHCPOFFER报文后，根据本地保存的接入用户信息判断DHCPOFFER报文中携带的IP地址是否已经被使用，如果IP地址合法可用则执行步骤S4；否则执行步骤S4’。
S4、GGSN向DHCP服务器发送DHCPREQUEST报文后继续步骤S5；
S4’、GGSN发送一个DHCPDECLINE报文给DHCP服务器并重新开始；
S5、DHCP服务器在收到DHCPREQUEST报文后，如果可以满足请求报文中的请求则发回一个DHCPACK报文作为响应，DHCPACK报文中仍然包括可提供的IP地址和配置参数；服务器如果不能满足请求则发回DHCP NAK报文作为响应；
S6、GGSN在收到可提供的IP地址和包含配置参数的DHCPACK报文后，对报文中提供的配置参数进行检查，同时进行配置，并将得到的IP地址随手机终端用户的激活回应报文发送给手机用户，完成激活过程；如果GGSN收到DHCPNAK报文则重新开始整个过程；
GGSN每次向DHCP服务器发送一个DHCPDECLINE报文结束本次流程的同时或设定时间后，根据第二门限次数重新请求DHCP服务器分配所述IP地址，并当根据第二门限值请求DHCP服务器分配所述IP地址失败后，向用户返回激活失败响应，即：如果设定第二门限次数为2，客户端主机可以在第一次发送DHCPDECLINE后，立即或设定时间后，再发送一次DHCPDISCOVER报文重新开始流程，如果还是失败则不再尝试并向用户返回激活失败响应。
S7、终端利用该IP地址在GGSN上接入数据网络进行数据业务，当终端下线时，向GGSN主机发送去激活请求；
S8、GGSN主机收到终端的去激活请求后，向服务器发送DHCPRELEASE报文来释放地址。
上述实施例以客户端主机功能由GGSN承担为例进行说明，本发明所述方法并不限定在这种组网结构下，不排除客户端主机功能由其他现有网元或单独设立的专用网元承担，仍然都可以达到本发明所述的技术效果。
当发生IP地址冲突时，现有技术需要在网络中收发6个步骤才能结束整个流程，而本发明所述技术方案尽早的进行了IP地址冲突的检查，避免了因地址冲突而造成的后续请求和应答报文的发送及存储，只需要4个步骤就可以结束整个流程，因此节约了网络资源，同时减轻了GGSN和DHCP服务器的工作负担，加快了流程处理速度、提高了流程处理效率，在大量终端用户激活上线时意义更为明显。
当没有发生IP地址冲突时，本发明的技术方案仅仅改变了地址冲突判断的时机，并不影响完整处理流程的速度和效率，因此不会影响到正常用户的使用。
综上所述，本发明所述技术方案的关键点就是3G网络应用DHCP服务时，处理DHCPDECLINE报文发送时机的更改和优化，即对分配的IP地址进行冲突检查步骤和过程的优化，从而达到整体流程的优化，使DHCP更适合3G网络的应用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种在3G网络中动态分配IP地址的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、客户端主机收到用户激活请求时，从动态主机配置协议DHCP服务器获取可用IP地址；
B、客户端主机判断所述IP地址是否与当前接入用户的IP地址冲突，如果是则通知DHCP服务器结束本次流程；否则发送接入请求报文，请求DHCP服务器判断是否可以满足配置，并在满足配置时根据该IP地址接入所述用户。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中具体包括如下步骤：
A1、所述用户向客户端主机发送激活请求；
A2、客户端主机向DHCP服务器发送IP地址探索请求；
A3、DHCP服务器选择所述可用IP地址发送给客户端主机。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A2中，
客户端主机发送所述IP地址探索请求的同时开始监测响应时间，并在所述响应时间超时的同时还没有收到DHCP服务器返回的IP地址时，立即或在设定时间后，根据第一门限次数重新发送所述IP地址探索请求。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当客户端主机根据所述第一门限次数向DHCP服务器请求分配所述IP地址失败后，向用户返回激活失败响应。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，所述的请求DHCP服务器根据该IP地址接入所述用户具体包括如下步骤：
B1、客户端主机向DHCP服务器发送携带所述IP地址的接入请求；
B2、DHCP服务器确认该IP地址可用时向客户端返回接受响应；否则返回拒绝响应；
B3、客户端主机收到所述接受响应时向所述用户返回激活响应，该激活响应中携带所述IP地址；否则收到所述拒绝响应时通知DHCP服务器结束本次流程；
B4、所述用户根据所述IP地址成功激活。
6.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，当客户端主机通知DHCP服务器结束本次流程的同时或设定时间后，根据第二门限次数重新请求DHCP服务器分配所述IP地址。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当客户端主机根据所述第二门限次数请求DHCP服务器分配所述IP地址失败后，向用户返回激活失败响应。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，客户端主机在用户接入信息中保存每一个接入用户使用的IP地址。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述客户端主机为第三代移动通信网络3G中的网关通用分组无线业务GPRS支持节点GGSN。
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