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09-IP地址分配
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4G网络是一个全IP网络，可为UE（User Equipment，用户网络设备）提供“永久在线的IP连接”。这就意味着，UE附着网络后，与PDN（Packet Data Network，分组数据网络）之间的所有流量均通过IP报文转发。为实现UE与PDN之间的IP报文转发，4G网络在UE附着过程中会为UE分配IP地址。
UE和PDN之间的IP连接称为PDN连接。PDN连接也称为EPS（Evolved Packer System，演进的分组系统）会话。
APN（Access Point Name，接入点名称）标识UE访问PDN的接入点，可以用APN ID表示。
如图1-1所示，EPS承载为UE与PDN之间的流量转发通道，负责转发UE与PDN之间的IP数据流，EPS承载，分为：
· 默认承载：UE附着网络后，4G网络为UE建立的最基本的EPS承载，是UE签约信息内PDN连接的转发通道，仅提供非保证比特速率的QoS（Quality of Service，服务质量）。
· 专有承载：4G网络为UE建立的额外承载，是UE签约信息以外的PDN连接的转发通道，可提供保证比特速率或非保证比特速率的QoS。
UE IP地址也称为PDN地址，包括IPv4和IPv6。4G网络可根据UE请求的PDN Type字段决定分配哪种类型的IP地址。
4G网络分配IP地址的方式包括动态IP地址分配和静态IP地址分配。
如图1-2所示，运营商首先在PGW（PDN Gateway，PDN网关）中配置IP地址池和DNS Server IP地址。当UE附着网络时，PGW在IP地址池中选取一个未使用的IP地址分配给UE，最后MME（Mobility Management Entity，移动性管理实体）通过附着接受消息将UE的IP地址和DNS Server IP地址发送给UE，完成动态IP地址分配。
图1-2 动态IP地址分配
如图1-3所示，运营商首先在PGW中配置DNS Server IP地址。用户签约网络时，运营商将待分配给UE的IP地址写入签约信息，并保存在HSS中。当UE附着网络时，MME会向HSS（Home Subscriber Server，签约用户服务器）请求UE的签约信息，签约信息中包含分配给UE的IP地址。最后MME通过附着接受消息将签约信息中的IP地址以及PGW分配的DNS Server IP地址发送给UE，完成静态IP地址分配。
图1-3 静态IP地址分配
在动态IP地址分配流程中，UE每次附着网络时，PGW均会从IP地址池中选取一个未使用的IP地址分配给UE，该IP地址通常情况下是不同的。而在静态IP地址分配流程中，由于UE使用的IP地址是写入签约信息的，无论UE在何时、何地发起附着，网络均会分配相同的IP地址给UE。
手册以IPv4地址分配流程为例，介绍vEPC的IP地址分配流程。
动态IP地址分配流程如图1-4所示：
(1) UE请求PDN连接
步骤1～步骤2，[UE >MME]：UE开机后发送EMM消息Attach Request，消息中的ESM Message Container会携带ESM消息PDN Connectivity Request。PDN Connectivity Request消息中包含PDN Type、PCO字段，其中：
¡ PDN Type的值为IPv4，表示UE请求IPv4类型的PDN连接，即UE需要获取一个IPv4类型的地址。
¡ PCO的值为DNS Server IPv4 Address Request，表示UE同时请求DNS Server的IP地址。
(2) 请求建立PDN会话
步骤3～步骤4，[MME >SGW >PGW]：
a. MME首先从HSS处获取UE的签约信息，检查签约信息中是否已存在UE的IP地址。
b. MME向SGW发送Create Session Request消息，该消息中携带IMSI（International Mobile Subscriber Identity，国际移动签约用户标识符）、PDN Type、PDN IPv4地址和PCO字段。由于签约信息中未发现UE的IP地址，此时PDN IPv4地址字段填充的是0.0.0.0。
c. SGW将MME发送的Create Session Request消息转发给PGW。
(3) 为UE分配PDN和DNS Server的IP地址
步骤5～步骤6：PGW收到Create Session Request消息后，检查PDN Type、PDN IPv4地址和PCO字段：
¡ PDN IPv4地址字段为0.0.0.0表明签约信息中不存在UE的IP地址，根据PDN Type的值为IPv4，PGW从自身的IP地址池中分配一个未使用的IPv4地址给UE。
¡ 根据PCO字段的值，PGW将DNS Server IP地址填充到PCO中。
(4) 响应建立PDN会话请求
步骤7～步骤8，[PGW> SGW> MME]：作为步骤3～步骤4的响应消息，PGW将分配好的PDN IPv4地址、DNS Server IP地址连同PDN Type字段经过SGW发送给MME，其中PDN IPv4地址、DNS Server IP Address和PDN Type字段封装在Create Session Response消息中。
(5) 请求激活默认承载上下文
步骤9，[MME> UE]：MME收到SGW发送的Create Session Response消息后，向UE发送EMM消息Attach Accept，消息中的ESM Message Container会携带ESM消息Activate Default EPS Bearer Context Request，Activate Default EPS Bearer Context Request消息中包含PDN Type、PDN IPv4地址和PCO字段，其中：
¡ PDN Type字段的值为IPv4。
¡ PDN IPv4地址字段的值为PGW动态分配给UE的IPv4地址。
¡ PCO字段的值为PGW分配给UE的DNS Server IP地址。
(6) 动态地获取访问PDN的IPv4地址
步骤10，[UE]：UE通过Attach Accept消息中的Activate Default EPS Bearer Context Request消息获取IPv4地址和DNS Server IP地址。待默认EPS承载建立后，UE便可以与PDN建立连接并进行IP报文的交互。
图1-4 动态IP地址分配流程
静态IP地址分配流程如图1-5所示：
(1) UE请求PDN连接
步骤1～步骤2，[UE >MME]：UE开机后发送EMM消息Attach Request，消息中的ESM Message Container会携带ESM消息PDN Connectivity Request。PDN Connectivity Request消息中包含PDN Type、PCO字段，其中：
¡ PDN Type的值为IPv4，表示UE请求IPv4类型的PDN连接，即UE需要获取一个IPv4类型的地址。
¡ PCO的值为DNS Server IPv4 Address Request，表示UE同时请求DNS Server的IP地址。
(2) 向HSS通告当前UE的位置信息
步骤3，[MME >HSS]：MME通知HSS当前UE处于自己的控制范围，并通过Update Location Request消息通告UE的位置信息。
(3) 向MME发送UE的签约信息
步骤4，[HSS >MME]：HSS记录UE的位置信息后，通过Update Location Answer消息将UE的签约信息发送给MME，签约信息中包含PDN Type和PDN IPv4地址字段，其中：
¡ PDN Type的值为IPv4，表示缺省情况下UE的PDN连接类型为IPv4。
¡ PDN IPv4地址字段的值为静态分配给UE的IPv4地址，用于UE连接PDN。
(4) 请求建立PDN会话
步骤5～步骤6，[MME >SGW >PGW]：
a. MME从HSS处获取UE的签约信息后，检查签约信息中是否已存在UE的IP地址。
b. MME向SGW发送Create Session Request消息，该消息中携带IMSI、PDN Type、PDN IPv4地址和PCO字段。由于签约信息中已存在UE的IP地址，此时PDN IPv4地址字段填充的是签约信息中保存的IP地址。
c. SGW将MME发送的Create Session Request消息转发给PGW。
(5) 为UE分配DNS Server的IP地址
步骤7：PGW收到Create Session Request消息后，检查PDN Type、PDN IPv4地址和PCO字段：
¡ PDN IPv4地址字段已填充具体的IP地址，表明UE将使用签约信息中的IP地址访问PDN，此时PGW不会为UE动态分配IP地址。
¡ 根据PCO字段的值，PGW将DNS Server IP地址填充到PCO中。
(6) 响应建立PDN会话请求
步骤8～步骤9，[PGW >SGW >MME]：作为步骤5～步骤6的响应消息，PGW将分配好的PDN IPv4地址、DNS Server IP地址连同PDN Type字段经过SGW发送给MME，其中PDN IPv4地址、DNS Server IP Address和PDN Type字段封装在Create Session Response消息中。
(7) 请求激活默认承载上下文
步骤10，[MME>UE]：MME收到SGW发送的Create Session Response消息后，向UE发送EMM消息Attach Accept，消息中的ESM Message Container会携带ESM消息Activate Default EPS Bearer Context Request，Activate Default EPS Bearer Context Request消息中包含PDN Type、PDN IPv4地址和PCO字段，其中：
¡ PDN Type字段的值为IPv4。
¡ PDN IPv4地址字段的值为签约信息中静态分配给UE的IPv4地址。
¡ PCO字段的值为PGW分配给UE的DNS Server IP地址。
(8) 静态地获取访问PDN的IPv4地址
步骤11，[UE]：UE通过Attach Accept消息中的Activate Default EPS Bearer Context Request消息获取IPv4地址和DNS Server IP地址。待默认EPS承载建立后，UE便可以与PDN建立连接并进行IP报文的交互。
图1-5 静态IP地址分配流程
· 本特性需要使用用户组类型为管理员的账号登录EMS Web进行配置。
· 当前产品暂不支持配置IPv6地址池。
· 如果开户时的签约信息中配置了UE的IP地址，则网络会将签约信息中的IP地址静态分配给UE，UE附着网络时使用该IP地址访问PDN网络。
· 手册仅介绍UE获取动态IP地址的配置内容。
· 配置用于动态分配的IP地址不能与签约信息中静态分配的IP地址重复。
动态IP地址分配的配置任务如下：
· 创建IP地址池
· 修改IP地址池
· 删除IP地址池
· 已根据业务开通指南完成核心网的初始配置。
· 已完成UE开户，且开户信息中未配置UE使用的静态IP地址。
通过添加NAS，可以创建IP地址池。
· PGW存在IP地址延时释放机制，即1分钟后PGW才会释放去附着UE的IP地址。在这段时间内，延时释放的IP地址不会被分配给任何UE。
· 由于存在IP地址延时释放机制，当IP地址池内的IP地址数与在线用户数相近时，如果有多个UE频繁地去附着、附着网络，可能导致部分UE附着网络失败。
· 建议在规划IP地址池时，确保地址池中的IP地址数为最大在线用户数的两倍。
创建IP地址池的具体步骤如下所示：
(1) 使用用户组类型为管理员的账号登录EMS Web界面，具体方法略。
(2) 在Web页面的导航栏中依次点击“网元管理 >PGW >配置管理 >PDN配置 >NAS配置”，进入NAS配置页面。
(3) 点击NAS配置页面中的<添加>按钮，添加新的NAS。
(4) 根据网络规划，在新添加的NAS中完成IP地址池参数的配置。
(5) 点击<保存>按钮，完成IP地址池的创建。
· 点击<保存>按钮后，PGW网元会重启以使配置生效。
·
点击UE IPv4地址池范围参数中的<
>按钮，可以创建新的地址段。
· 单个IP地址池最多创建10个IP地址段，单个地址池内的IP地址个数之和必须小于等于40万个，并且不同IP地址池内的IP地址不能相同。
通过编辑已添加的NAS，可以修改IP地址池。
· 如果IP地址池内存在大量的IP地址，当删除地址池内已有IP地址段或修改已有IP地址段内的IP地址范围时，可能出现PGW网元CPU利用率升高的现象，该现象可能会持续几分钟。在此过程中，UE上、下线业务可能出现异常。
· 修改IP地址池后，可能导致在线用户分离网络。
· 为避免UE上、下线业务出现异常或在线用户分离网络的情况出现，建议用户提前规划好地址池内的IP地址范围，避免删除地址池内已有IP地址段或修改已有IP地址段内的IP地址范围。
· 如果需要IP地址扩容，建议新增IP地址池或IP地址池内的IP地址段。
修改IP地址池的具体步骤如下所示：
(1) 使用用户组类型为管理员的账号登录EMS Web界面，具体方法略。
(2) 在Web页面的导航栏中依次点击“网元管理 >PGW >配置管理 >PDN配置 >NAS配置”，进入NAS配置页面。
(3) 如图1-6所示，在NAS配置页面点击已添加NAS对应的<编辑>按钮，修改NAS配置。
图1-6 NAS配置编辑示意图
(4) 请采用如下任一方法修改IP地址池。
¡ 修改图1-7中①处的IP地址范围。
¡ 点击图1-7中②处的<>按钮，增加地址池内的IP地址段。
¡ 点击图1-7中③处的<
>按钮，删除对应地址段内的所有地址。
图1-7 修改IP地址池示意图
(5) 点击<保存>按钮，完成IP地址池的修改。
点击<保存>按钮后，PGW网元会重启以使配置生效。
通过删除未被引用的NAS，可以删除IP地址池。
删除IP地址池的具体步骤如下所示：
(1) 使用用户组类型为管理员的账号登录EMS Web界面，具体方法略。
(2) 在Web页面的导航栏中依次点击“网元管理 >PGW >配置管理 >PDN配置 >NAS配置”，进入NAS配置页面。
(3) 如图1-8所示，在NAS配置页面点击已添加NAS对应的<删除>按钮，删除IP地址池。
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