IPv4和IPv6雙棧計費流程分析

吳敏清，伍佑明

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 IPv4和IPv6雙棧技術

隨著IANA宣布IPv4地址耗盡，向以IPv6為基礎的下一代互聯網過渡已成為必然趨勢。目前大部分設備和應用都是基于IPv4的，而IPv6的發展還缺少商業需求，所以IPv4和IPv6的長期共存不可避免。目前來看，IPv4向IPv6過渡的技術主要有雙棧技術、隧道技術以及翻譯技術，雙棧技術是實現IPv4與IPv6共存的關鍵技術之一。雙棧技術是指在網絡節點或主機上同時運行IPv4協議棧和IPv6協議棧，雙棧節點同時支持與IPv4和IPv6節點的通信，當和IPv4節點通信時采用IPv4協議棧，當和IPv6節點通信時采用IPv6協議棧。從技術實現角度看，雙棧技術是最成熟的過渡技術，也是其他過渡技術的基礎。其他過渡技術，如隧道端點設備、協議轉換設備等，都需要雙棧技術支持。對于現網設備和軟件來說，對IPv4的支持能力較好，如果同時支持IPv6，用戶終端雙棧化后，就可以既能訪問IPv4應用，又能訪問IPv6應用，實現雙棧環境下IPv4和IPv6的長期共存。

在現有固定網絡和移動網絡向下一代互聯網的過渡期間，公網雙棧和私網雙棧等過渡技術在網絡中普遍部署，新增用戶和部分老用戶將以雙棧方式接入網絡，運營商將面臨雙棧用戶IPv4和IPv6計費的新問題，用戶計費的流程發生了變化，相應的計費系統需要適應計費流程的變化進行升級改造。根據用戶和網絡環境的變化，分析IPv4和IPv6雙棧計費流程，探討有利于業務發展的計費模式和計費策略十分必要。

2 固定網絡IPv4和IPv6雙棧計費流程

2.1 雙棧固定網絡

在雙棧固定網絡中，國內主要寬帶運營商部署了公網雙棧、私網雙棧等過渡技術，同時在城域骨干網和骨干網開啟了雙棧。BRAS作為終結用戶PPPoE連接的業務接入控制設備，將用戶IP分組轉發到雙棧的城域骨干網中，然后分別連接IPv4和IPv6互聯網。在現有網絡向下一代互聯網過渡的過程中，BRAS接入的用戶既有僅支持IPv4的老用戶，也有同時支持IPv4和IPv6的新用戶，因此BRAS需要開啟雙棧，并配置IPv4地址池和IPv6地址池，同時給雙棧用戶分配IPv4地址和IPv6地址。用戶路由型CPE和終端PC在具備條件的情況下也要開啟雙棧，在固定網絡向IPv6演進的過程中，終端、網絡設備需長期開啟雙棧，雙棧技術是固定網絡向IPv6過渡的主要技術，是其他過渡技術的基礎。

雙棧固定網絡具備支持IPv4和IPv6雙棧用戶接入的能力，既支持老舊IPv4終端的接入，也支持新型雙棧終端的接入。雙棧用戶可以通過橋接型CPE接入，也可以通過雙棧路由型CPE接入，組網示例如圖1所示。

用戶以PPPoE方式接入時，在PPPoE的IPCP階段獲取IPv4地址，IPv6 CP階段后通過ND或DHCP方式獲取IPv6地址或前綴。BRAS需要支持通過PPPoE+ND/DHCP方式給雙棧接入用戶分配IPv4和IPv6地址，并發送用戶訪問IPv4和IPv6業務的計費信息，AAA服務器需要支持對相應雙棧用戶的認證、授權和計費等功能。

用戶以IPoE方式接入時，通過DHCPv4獲取IPv4地址，通過DHCPv6獲取IPv6地址或前綴，BRAS需要支持通過DHCP方式給雙棧用戶分配IPv4和IPv6地址，同時發送用戶訪問IPv4和IPv6業務的計費信息，AAA服務器支持DHCP相關屬性的擴展，支持對相應雙棧用戶的認證、授權和計費等功能。

圖1 固定網絡雙棧組網示例

2.2 固定網絡雙棧計費流程

在雙棧場景下，雙棧用戶的IPv4和IPv6計費消息是采用一次發送還是兩次發送，目前還沒有統一的標準進行規范。固網雙棧用戶可以通過PPPoE方式接入，也可以通過IPoE方式接入。通過PPPoE方式接入時，雙棧BRAS對于一個PPP連接的IPv4和IPv6，可以分別送出兩個不同的計費記錄，AAA服務器相應產生IPv4和IPv6的CDR；通過IPoE方式接入時，DHCPv4和DHCPv6是兩個相對獨立的過程，相應的計費流程也是獨立的。PPPoE接入方式中，IPv4和IPv6地址的獲取在一個PPPoE連接過程中，相應的IPv4和IPv6計費存在一定的關聯。下面以路由型終端PPPoE接入方式為例，分析固網IPv4和IPv6雙棧計費消息流程，如圖2所示。

用戶終端發起PPPoEv6撥號時，步驟（1）～（5）與PPPoEv4的流程完全相同，用戶獲取IPv4地址后向AAA服務器發送IPv4計費起始分組，就可以開始IPv4數據分組的傳送。在IPv6 CP階段，終端協商獲取Interface ID，通過ND或DHCPv6獲取64 bit的IPv6地址前綴。對于PC終端，由IPv6地址前綴和Interface ID生成IPv6地址；對于路由型CPE，通過DHCPv6 PD獲取CPE的LAN口地址前綴，再由CPE通過ND或DHCPv6協議給用戶的PC分配IPv6地址，用戶終端獲取IPv6地址后，向AAA服務器發送IPv6計費起始分組，IPv6計費的起始分組通常選用accounting-interim分組，用戶獲得IPv6地址后就可以開始IPv6數據分組的傳送。

圖2 固定網絡IPv4/IPv6雙棧計費流程

雙棧用戶計費消息采取兩次發送的模式，BRAS可以對雙棧中的IPv4和IPv6獨立計費，在計費開始、中間和停止階段均分別向AAA服務器發送兩條計費消息，IPv4和IPv6的CDR中的流量字段分別對應用戶使用IPv4和IPv6地址所產生的流量，實現分別統計IPv4和IPv6流量。在PPP建立和釋放的同時，申請和釋放IPv4和IPv6地址，IPv4和IPv6 CDR中的時長字段略微有差別，兩條計費消息中的時長基本相同。

如果雙棧用戶計費消息采取一次發送的模式，則終端在獲取IPv4地址后不向AAA服務器發送IPv4計費起始分組，獲取IPv6地址后，向AAA服務器發送攜帶IPv4和IPv6地址信息的計費起始分組，而在中間和結束階段也只向AAA服務器發送一條計費消息。這種方式難以分別記錄IPv4和IPv6的時長和流量信息，不能適應將來IPv4和IPv6的業務差異化服務要求，但這種模式對AAA系統的改造量相對較小，作為現階段IPv6快速部署的一種方案，具有一定的適用場景。

3 cdma2000移動網IPv4和IPv6雙棧計費流程

3.1 雙棧cdma2000移動網

對于cdma2000移動核心網分組域而言，PDSN和HA作為終結點終結用戶PPP連接，并將用戶IP分組轉發到外部分組網，適合采用雙棧技術。移動網的用戶處于移動和漫游狀態，具有空口帶寬有限、空口傳輸質量差等特點，cdma2000移動網絡向IPv6演進過程中的過渡技術部署需要充分考慮這些特點。在cdma2000網絡分組域中，單個PDSN GW要同時處理新老用戶、本地和漫游用戶的接入，在向IPv6過渡的過程中，老用戶只支持IPv4、新用戶可支持IPv6，即意味著PDSN GW要將IPv4和IPv6兩種類型的數據分組轉發到外部分組網絡，因此PDSN需要支持雙棧技術。同時，在隧道和轉換技術成熟商用前，要實現用戶同時訪問IPv4和IPv6業務，需要在一個PPP連接上同時分配IPv4和IPv6地址，即用戶雙棧接入。

綜上考慮，cdma2000網絡在向IPv6演進的過程中，分組域網關設備需長期開啟雙棧，雙棧技術是cdma2000網絡分組域向IPv6過渡的主要技術，是其他過渡技術的基礎。cdma2000移動網絡雙棧組網示例如圖3所示。

分組域設備在用戶面具備支持IPv6/IPv4雙棧的能力，既支持新型IPv6終端接入，也可以兼容原有IPv4用戶接入。分組域設備支持雙棧在信令面涉及SIPv4、SIPv6、MIPv4、MIPv6 4種 技 術。網 絡 必 須 同 時 支 持SIPv4和SIPv6，對于MIPv4和MIPv6，本質上是隧道技術，主要目的是要實現用戶流量回歸屬地，MIPv4支持給用戶分配IPv4地址的標準尚不明確，而MIPv6現有的標準已可支持IPv4單棧、IPv6單棧和IPv4/IPv6雙棧用戶接入，是移動IP方式下支持IPv6用戶接入的最優選擇。

用戶以簡單IP方式接入時，在一個PPP連接上同時獲取IPv4和IPv6雙棧地址訪問業務，PDSN需要支持以簡單IP方式接入的用戶分配雙棧地址，同時訪問IPv4和IPv6業務的相關功能，AAA服務器需要支持對雙棧用戶的認證、授權和計費等功能。

用戶以代理移動IP方式接入時，在一個PPP連接上同時獲取IPv4和IPv6雙棧地址訪問業務，使用PMIPv6，PDSN和AAA服務器除需要支持雙棧用戶以簡單IP方式接入時的功能外，PDSN、HA和AAA服務器設備還需支持PMIPv6。

圖3 cdma2000移動網絡雙棧組網示例

3.2 移動網雙棧計費標準流程

根 據3GPP2 X.S0011-005-D（cdma2000 Wireless IP Network Standard Accounting Service and 3GPP2 RADIUS VSA）規范，在分組域中，IPv4和IPv6地址的計費對于后付費用戶是獨立的，雙棧PDSN對于一個PPP的IPv4和IPv6接入分別產生不同的UDR，AAA服務器分別產生IPv4和IPv6的CDR并存放于不同的目錄中，計費系統基于話單目錄區分是哪種類型的話單。簡單IPv4和IPv6雙棧計費消息流程如圖4所示。

AAA服務器發送的access accept消息中攜帶IP-services-authorized屬 性 授 權SIPv4、SIPv6雙 棧，通 過framed-IPv6-pool和framed-pool授權IPv6前綴池和IPv4地址池，授權IPv4或IPv6 DNS地址。

PDSN給 用 戶 分 配IPv4和IPv4 DNS地 址，PDSN向AAA服務器發送IPv4計費開始消息。

PDSN在RA消息中從AAA服務器授權的IPv6前綴池中給終端分配一個IPv6前綴，終端根據RA中的分配，IPv6前綴使用無狀態地址自動配置機制生成全局IPv6地址，無狀態DHCP機制為終端分配IPv4 DNS地址。同時，PDSN向AAA服務器發送IPv6計費開始消息。

PDSN對IPv4和IPv6會話進行獨立計費，在計費開始、中間和停止階段分別向AAA服務器發送兩條計費消息，分別統計IPv4和IPv6流量。在PPP建立和釋放的同時，申請和釋放IPv4和IPv6地址的情況下，兩條計費消息的時長相同。

圖4 cdma2000移動網分組域簡單IPv4/IPv6雙棧計費消息流程

IPv4和IPv6的UDR中的流量字段，分別對應用戶使用IPv4和IPv6地址所產生的流量，即可實現分別統計IPv4和IPv6流量。但IPv4和IPv6 UDR中的時長字段均針對整個PPP連接，因此無法區分用戶使用IPv4和IPv6地址的時長。

CDR中帶有source IP address字段的為IPv4話單，IPv4話單中的data octet count為用戶用IPv4地址訪問業務的流量，IPv4最后一個結束報文中，攜帶sessioncontinue=false。

CDR中帶有source IPv6 prefix字段的為IPv6話單，話單中的data octet count為用戶用IPv6地址訪問業務的流量，IPv6最后一個話單結束報文中，攜帶session-continue=false。

PDSN單獨對IPv4和IPv6進行計費統計，由于這兩個進程使用的是同一個認證/授權消息，一個PPP會話中的IPv4和IPv6 CDR的correlation ID相 同，account session ID不相同。PPP建立和釋放時，申請和釋放IPv4和IPv6地址，IPv4地址使用時長=IPv6地址使用時長=PPP會話時長，則IPv6 CDR中的acct-session-time=IPv4 CDR中 的acct-session-time=PPP會話時長。將來，可能出現IPv4和IPv6地址不同時申請、釋放的情況，由應用程序決定。

4 IPv4和IPv6雙棧計費應用展望

從目前市場計費需求來看，IPv4和IPv6暫時無需區別計費，需要統一向用戶呈現一張話單。從市場發展和客戶服務的角度，有可能存在用戶需要查詢流量詳單的需求，因此話單中需要保留可以區分標識IPv4和IPv6的流量，能夠滿足未來市場對IPv6區分計費的要求。

從網絡運維需求來看，在IPv4和IPv6計費消息中，可分別統計IPv4和IPv6會話的上下線數據分組數量和吞吐量，為運營商清晰呈現IPv4和IPv6業務的使用量，便于網絡資源的占用分析和統計，進行網絡維護。

根據前面的流程分析，固定網絡和移動網絡均可以采用雙棧用戶IPv4和IPv6地址獨立計費的方式，BRAS和PDSN可以對雙棧中的IPv4和IPv6獨立計費，在計費開始、中間和停止階段分別向AAA服務器發送兩條計費消息，IPv4和IPv6的CDR中的流量字段分別對應用戶使用IPv4和IPv6地址所產生的流量，分別統計IPv4和IPv6流量。AAA服務器對雙棧用戶分別產生IPv4和IPv6的CDR。由于AAA服務器雙棧用戶對雙棧用戶產生CDR的數量增加一倍，則要求AAA服務器設備有更高的處理能力，提供更多的存儲空間，同時也要求IT計費賬務系統提升處理能力。

5 結束語

現有網絡向IPv6演進涉及終端、網絡設備、IT系統、業務系統以及應用系統等各個環節，如何促進業務和應用的遷移，引導用戶使用IPv6業務和應用是當前的重要考慮。在雙棧環境下，雖然目前暫無區別計費需求，但中期不排除有差異化價格策略，因此通過分析雙棧計費流程，提供差異化的IPv4和IPv6計費策略，可以有效引導雙棧用戶使用IPv6應用，從而促進CP/SP的應用向IPv6遷移，促進產業鏈各個環節的良性循環，加速現有網絡向下一代互聯網過渡。

1 Droms R,Bound J,Volz B,et al.Dynamic Host Configure Protocol for IPv6.RFC3315,2003

2 Varada S,Haskins D,Allen E.IP Version 6 over PPP.RFC5072,2007

3 Rigney C,Willens S,Rubens A,et al.Remote Authentication Dial in User Service(RADIUS).RFC2865,2010

4 Rigney C.RADIUS Accounting.RFC2866,2010

5 3GPP2 X.S0011-005-D.cdma2000 Wireless IP Network Standard Accounting Services and 3GPP2 RADIUS VSAs,2009