背景技术
众所周知，手工配置主机网际协议(Internet Protocol，简称IP)地址是
一件既费时又乏味的事情，而管理分配给主机的静态IP地址更是一项艰难
的任务，尤其当主机IP地址需要经常改动的时候。可以采用DHCP解决上
述的问题；即，通过在一个网段中配置一台DHCP服务器，接收并处理同一
子网中的所有客户机的DHCP请求报文，从DHCP服务器内配置的地址池
中找一个空闲的IP分配给用户，同时也会将一些参数信息(比如：域名服
务器(Domain Name Server，简称DNS)，WINS(Windows Name Server，
用于NetBIOS名字解析)，网关)通知用户。在获得子网中唯一的IP地址
后，用户可以实现网内或网间的互访。也可以使一台DHCP服务器为多个网
段中的客户机分配IP地址，这就需要使用带DHCP接替(Relay)功能的设
备将用户的请求Relay给跨网段的DHCP服务器或其他Relay设备，实现同
一台设备对多个不同子网内主机的IP地址统一管理。
现代社会已经进入信息设备，而通信网络作为信息的载体，已经应用到
整个社会的每一个方面。常用的通信技术有以太网、令牌网、帧中继(Frame
Relay，简称FR)、IP、异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，简称
ATM)等等，常用的通信网络有以太网组成的局域网、传输控制协议/网际
协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，简称TCP/IP)组成的
广域网和Internet等等。
以以太网为例，常见的网络组网方式如图1所示。使用以太网技术，计
算机PC通过其网卡和以太网交换机LAN Switch或集线器HUB通过网线相
连，一个以太网交换机LAN Switch或集线器HUB可以连接多个计算机PC，
以太网交换机LAN Switch或集线器HUB通过以太网线路(包括接入设备
CQ)接到核心网NET之中，例如：企业局域网、城域网等。
在实际的组网中，可以有多种组网结构。参见图1，计算机PC可以直
接连接在以太网交换机LAN Switch上，也可以通过集线器HUB、以太网交
换机LAN Switch等设备级联到以太网交换机LAN Switch上。计算机PC也
可以通过甚高速数字用户线路(Very High Speed Digital Subscriber Line，简
称VDSL)和VDSL交换机(VDSL Switch)相连；在VDSL线路中传递的
是以太网格式的报文。在无线局域网中，可以使用但不限于IEEE 802.11、
802.11a、802.11b、802.11g等无线以太网协议来连接计算机PC和无线接入
点(Access Point，简称AP)。计算机PC也可以通过不对称数字用户线路
(Asymmetric Digital Subscriber Line，简称ADSL)设备连接到网络中。上
述的VDSL、ADSL以及其他用户数字线路(Digital Subscriber Line，简称
DSL)可以统称为xDSL。
综上所述，计算机PC可以通过但不限于以太网交换机LAN Switch、
AP以及xDSL等方式接入网络。
在网络中，有的设备提供服务，有的设备使用服务。提供服务的设备一
般称为服务器，提供使用服务的设备一般称为客户端。特别的，有的设备，
可能同时提供服务，也使用服务，因此，该设备可能同时是客户端和服务器。
网络服务分类很多，按照国际标准化组织(International Standard
Organization，简称ISO)网络层次模型，结合现网广泛应用的以太网和IP
技术，将网络服务分为二层服务和三层以上服务。二层服务指的是数据链路
层以下的服务，参见图2，常用的服务包括但不限于以太网承载点到点
(Point-to-Point Protocol，简称PPP)协议(PPP over Ethernet，简称PPPoE)；
三层以上服务指的是网络层以上的服务，常用的服务包括但不限于DHCP。
PPPoE通过在以太网网上进行协商，建立一个PPP连接；参见图2和图
3，典型的PPPoE组网过程如下：
1、计算机PC作为PPPoE客户端向PPPoE服务器PS发送一个PPPoE
初始报文(PPPoE Active Discovery Initiation，简称PADI)，开始PPPoE接
入；
2、PPPoE服务器PS向PPPoE客户端发送PPPoE提供报文(PPPoE Active
Discovery Offer，简称PADO)；
3、PPPoE客户端根据回应，发送PPPoE请求报文(PPPoE Active
Discovery Request，简称PADR)给PPPoE服务器PS；
4、PPPoE服务器产生一个唯一标示此次会话过程的ID(session id)，通
过PADS(PPPoE会话报文)发给PPPoE客户端；
这样，PPPoE客户端和PPPoE服务器PS就成功地完成了PPPoE协商，
可以为后续的PPP过程提供服务。
PPP的迁移过程如下：
1、当检测到物理链路可用后，PPP就会进入到建立阶段(Establish)，
开始进行链路控制协议(Link Control Protocol，简称LCP)协商过程；
2、LCP进行与网络层协议无关的协商，协商成功后，进入可选的验证
阶段(Authenticate)；
3、如果有验证阶段，则只有当验证通过时才可以进入网络层协议阶段，
如果验证不通过，则应继续验证而不是转到链路终止阶段；验证通过后，进
入网络层协议(Network-Layer Protocol)阶段；
4、在网络层协议阶段，各个网络层协议的配置通过各自的网络控制协
议(NCP)在网络层协议(Network-Layer Protocol)阶段配置。在这个阶段，
客户端会获取IP地址、WINS(Windows Name Server)等信息。用户获得这些
信息后，就可以以一定的权限访问网络了。
5、链路终止阶段(Terminate)。PPP可以在任意时间终止链路，引起
链路终止的原因很多：载波丢失、认证失败、链路质量失败、空闲周期定时
器期满、或者管理员关闭链路。LCP可以通过交互链路终止报文的方法终止
链路。
当链路正被关闭时，PPP通知网络层协议，以便他们可以采取相应的措
施进行客户端下线后的清理工作。
参见图4，其为典型的同一子网内的DHCP组网，包括DHCP服务器
DS、太网交换机LAN Switch和DHCP客户端；在这种组网情况下，进一步
参见图5，DHCP的协商过程具体包括如下的步骤：
1、DHCP客户端向DHCP服务器发送一个DHCP Discover(DHCP发现
报文)报文，开始DHCP主机配置过程；
2、DHCP服务器向DHCP客户端发送DHCP Offer(DHCP提供报文)
报文。如果网上有多台DHCP服务器，每个DHCP服务器都会回应这个报
文；
3、DHCP客户端根据回应，选择一个DHCP服务器，发起DHCP Request
(DHCP请求报文)请求给对应的DHCP服务器；
4、DHCP服务器提供DHCP客户端主机配置信息，通过DHCP Ack
(DHCP应答报文)发给DHCP客户端。
此时，DHCP客户端和DHCP服务器已经成功完成了主机配置，可以为
后续的工作服务。
参见图6，由于DHCP客户端本身已经有IP地址等配置，但需要从DHCP
服务器获取其他主机配置，因此，DHCP客户端执行如下的步骤：
1、DHCP客户端向DHCP服务器发送一个DHCP INFORM(DHCP信
息请求报文)报文，开始DHCP主机配置过程；
2、DHCP服务器向DHCP客户端发送DHCP Ack(DHCP应答报文)
报文。
此时，DHCP客户端和DHCP服务器已经成功完成了主机配置，可以为
后续的工作服务。
参见图7，其为典型的跨子网的DHCP组网，这种组网与图4所示组网
的不同之处在于：DHCP客户端与以太网交换机LAN Switch连接并连接
DHCP中继DR，该DHCP中继路由器DR通过核心网NET再与DHCP服务
器DS连接；参见图8具体的DHCP协商过程如下：
1、DHCP客户端向DHCP中继DR发送一个DHCP Discover(DHCP发
现报文)报文，开始DHCP主机配置过程；
2、DHCP中继将此报文转发到DHCP服务器；
3、DHCP服务器向DHCP中继发送DHCP Offer(DHCP提供报文)报
文；如果网上有多台DHCP服务器，每个DHCP服务器都会回应这个报文；
4、DHCP中继此报文转发到DHCP客户端；
5、DHCP客户端根据回应，选择一个DHCP服务器，发起DHCP Request
(DHCP请求报文)请求给DHCP中继；
6、DHCP中继将此报文转发到DHCP服务器；
7、DHCP服务器提供客户端主机配置信息，通过DHCP Ack(DHCP应
答报文)发给DHCP中继；
8、DHCP中继此报文转发到DHCP客户端。
此时，DHCP客户端和DHCP服务器已经成功完成了主机配置，可以为
后续的工作服务。
参见图9，由于DHCP客户端本身已经有IP地址等配置，但需要从DHCP
服务器获取其他主机配置，因此DHCP客户端执行如下的步骤：
1、客户端向DHCP中继发送一个DHCP INFORM(DHCP信息请求报
文)报文，开始DHCP主机配置过程；
2、DHCP中继将此报文转发到DHCP服务器；
3、DHCP服务器向客户端发送DHCP Ack(DHCP应答报文)报文；
4、DHCP中继此报文转发到DHCP客户端。
此时，DHCP客户端和DHCP服务器已经成功完成了主机配置，可以为
后续的工作服务。
此处只以PPPoE和DHCP为例来说明网络服务的过程，实际上，所有
的网络服务都有自己相应的服务过程，因此上述的例子可以推广到所有的网
络服务。
现有技术中，用户可以通过DHCP协议获取IP地址；对于宽带接入服
务器(Broadband Access Server，简称BAS)设备，因为要控制用户的接入访
问权限，所以需要对用户的IP地址进行统一管理，因此，一般BAS设备内
部实现DHCP SERVER或DHCP RELAY(DHCP接替)功能。当BAS设备
收到用户的DHCP报文，在进行报文的合法性检查后，根据配置把用户的
DHCP报文Relay到内置或外置的DHCP服务器。因此，只有用户成功获取
IP后，才可以获得网络的部分或全部权限。
现有技术中，对于PPPOE拨号用户，可以没有DHCP过程，PPPOE拨
号器会在PC机上建立一个虚拟网卡；这个虚拟网卡通过PPP过程，从接入
设备获取IP，用户对网络的访问也是通过虚拟网卡来实现的。
用户通过拨号器拨号，BAS设备在PPP状态机到达验证阶段，会将用
户的帐号信息送给认证服务器进行认证，并且从认证服务器获得用户的参数
信息(比如分配给用户的IP、域名服务器(DNS)等)。认证服务器可以是
内置的，也可以是外部的独立设备，例如：远程认证拨号用户服务器(Remote
Authentication Dial In User Service，简称RADIUS)服务器。如果使用RADIUS
服务器，BAS设备将把用户账号信息通过RADIUS协议报文传递给RADIUS
服务器。RADIUS服务器负责接收用户的认证请求，根据账号信息完成验证，
并把用户所需的配置信息返回给BAS。当状态机到达网络层协议阶段，将把
网络层协议有关的选项(包括IP地址等信息)给客户端。
但是，现有技术的缺陷之一是：由于链路或操作系统等原因，一些时候，
虽然用户的PC机依然拥有合法的IP地址，但接入设备(BAS)认为用户已
经下线，而删除了用户的表项；在这种情况下，除非用户通过手工参与，主
动释放掉PC机上的IP，然后重新发起DHCP过程，触发接入设备为用户重
新建立连接，否则用户将无法访问网络。
现有技术的缺陷之二是：运营商不能用现有的DHCP服务器为PPPOE
用户分配地址，很难做到对PPPOE拨号用户和DHCP上线用户的地址进行
统一的分配和管理。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种触发对用户IP地址分配的方法，使接
入设备为用户PC机已经拥有的IP建立连接，而无需用户先释放原有IP从
接入设备重新获取IP，减少用户的手工参与，加快上网速度。
本发明的另一目的在于提供一种从DHCP服务器为PPPOE用户分配IP
地址的方法，使运营商可以对PPPOE用户和非PPPOE接入用户的IP地址
统一管理，减少成本。
本发明的目的是这样实现的：
利用非DHCP报文触发对用户的地址分配过程，具体包括两类：ARP
报文(或IP报文)触发和利用PPPOE报文触发。
1)ARP报文触发，即通过ARP报文触发用户的地址分配过程，从而
使用户获得网络访问权限。具体的方法是：ARP处理模块收到用户发起的
ARP报文，并判断用户属性；若为受管理用户，且本地ARP表项不存在用
户IP对应的表项，则触发连接管理模块启动认证流程，并根据用户接入的
物理信息判断是否允许接入网络；如果允许接入，则通过DHCP报文OPTION
字段第50号属性，从DHCP服务器为用户获取特定的IP，该IP即用户报文
中的源IP；如果成功获取IP，则给用户访问权限，否则，不给访问权限。
上述的触发地址分配过程，同样适用于IP报文，如果报文转发模块没
有发现该用户的转发信息，则触发连接管理模块，并采用同样的方式为用户
分配IP，建立连接。
为了保证用户下线后释放所述的IP地址，如果用户没有主动发起DHCP
RELEASE报文，则由设备构造DHCP RELEASE报文，并发给DHCP服务
器。
2)PPPOE报文触发，即在PPP的认证过程中插入DHCP过程，通过
BAS内置的DHCP客户端从DHCP获取地址；具体的方法是：用户发起
PPPOE过程，经过LCP后进入验证阶段，在验证授权的过程中向地址管理
模块寻求地址，携带DHCP服务器和网关等参数，地址管理模块则根据这些
信息，通知DHCP客户端发起DHCP过程；在DHCP客户端成功获取IP后，
将获取的IP地址以及其他网络参数回应给地址管理模块；再经过连接管理
等模块到达PPP模块，当PPP过程到达网络层协议阶段时，用户就会获取
IP等参数信息。
上述的DHCP过程也可以推迟到网络层协议阶段进行，该过程需要独
立的实现DHCP客户端模块完成。
同样，在用户离线后，需要要构造DHCP RELEASE报文发给DHCP
SERVER。
本发明使用户获取IP地址的过程不需要用户客户端的参与，客户端只
是发出了ARP报文，并且得到了回应，就可以访问网络；通过ARP报文(或
IP报文)触发为用户分配IP，可以快速恢复用户的连接，增加了用户满意
度，同时减少了运营商维护成本。对于PPPOE拨号用户，运营商可以使用
应用更为广泛且操作方便的DHCP服务器为用户分配IP地址，突破了通过
RADIUS服务器为PPPOE用户分配IP地址的限制，在使用本地认证(认证
过程在BAS设备内部的模块实现)的情况下，PPPOE用户可以和非PPPOE
用户使用公用的DHCP服务器，而无需单独管理，减少了运营成本，方便管
理。
具体实施方式
以下结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明利用非DHCP报文触发对用户的地址分配过程，包括两类：ARP
报文(或IP报文)触发和PPPOE报文触发。
1)ARP报文触发
参见图10、11，ARP报文触发，即对于那些已经获取了地址的动态用
户，由于某些原因，在网络设备上不存在该用户的信息，一般认为这样的用
户没有通过认证，所获得的IP为非法的，不存在访问网络的权限。而用户
的设备(一般为PC机)的IP地址并没有释放，所以用户的设备会直接向目
的设备发IP报文，如果用户设备本地的ARP缓存中不存在网关的ARP表，
在访问非同一网段的设备的情况下，用户设备会发出ARP报文探知网关的
MAC地址。在网络组织上，BAS设备就是用户的设备的网关设备。如果BAS
不对ARP报文进行处理，或简单地回应ARP响应报文，而不触发用户的上
线过程，那么用户永远也无法获得网络访问权限。
在上面的情况下，本发明可以实现通过ARP报文触发用户的地址分配
过程，从而使用户获得网络访问权限。具体的流程如下：
步骤10：BAS中的ARP处理模块收到用户发起的ARP报文，判断用
户属性；
步骤11：如果所述的用户为受管理用户，且ARP模块的表项中不存在
该用户IP对应的表项，ARP模块向连接管理模块发出携带用户的IP、MAC
信息的通知，由连接管理模块通知验证，授权和记账模块
(Authentication，Authorization，and Accounting，简称AAA)启动对用户的认
证；如果ARP模块中已经存在该用户IP对应的表项，不通知连接管理模块
进行用户的认证流程，只是简单丢弃ARP报文或对ARP报文进行回应；
步骤12：连接管理模块通知完成DHCP客户端功能的模块为用户向
DHCP服务器寻求用户ARP报文中的源IP地址；DHCP客户端功能模块构
造DHCP请求报文，并且在报文OPTION字段的第50号属性中填入所述的
IP地址，并从DHCP服务器为该用户获取特定的IP；
步骤13：如果DHCP客户端功能模块从DHCP服务器获取的IP地址并
不是用户ARP报文中的源IP地址，DHCP客户端功能模块向DHCP服务器
发释放报文回收IP，同时通知连接管理模块申请地址失败；执行步骤15；
步骤14：如果DHCP客户端功能模块从DHCP服务器获取的IP同用户
ARP报文中的源IP地址一致，则通知连接管理模块地址获取成功；
步骤15：所述的IP获取成功则允许该用户访问网络；否则不允许该用
户访问网络。
给用户获取IP地址的过程不需要用户客户端的参与，客户端只是发出
了ARP报文，并且得到了回应，就可以访问网络了。如果BAS不提供此功
能，用户只有先手工释放掉客户机的IP(通过DHCP RELEASE报文)，再通
过DHCP过程才可以上线。
参见图11，为保证用户下线后地址释放，如果用户没有主动发起DHCP
RELEASE报文，要由设备构造DHCP RELEASE报文发给DHCP服务器，
在本实施例中具体是由连接管理模块来构造并发出DHCP RELEASE报文。
再次参见图10、11，通过ARP报文触发地址分配过程，同样适用于IP
报文，在报文转发模块如果没有找到该用户的转发信息，触发连接管理模块，
采用同样的方式为用户分配IP，建立连接。
具体的执行步骤包括：
步骤20：BAS设备中的报文转发功能模块接收到用户发起的IP报文，
查找用户的转发信息；
步骤21：如果没有发现该用户的转发信息，则报文转发功能模块向连
接管理模块发出启动对用户的认证通知，该通知中至少携带用户的IP地址
和MAC信息；如果发现转发信息，则根据该转发信息进行报文的转发；
步骤22：连接管理模块通知完成DHCP客户端功能的模块为用户向
DHCP服务器寻求用户ARP报文中的源IP地址；DHCP客户端功能模块构
造DHCP请求报文，并且在报文OPTION字段的第50号属性中填入所述的
IP地址，并从DHCP服务器为该用户获取特定的IP；
步骤23：如果DHCP客户端功能模块从DHCP服务器获取的IP地址并
不是用户ARP报文中的源IP地址，DHCP客户端功能模块向DHCP服务器
发释放报文回收IP，同时通知连接管理模块申请地址失败；执行步骤25；
步骤24：如果DHCP客户端功能模块从DHCP服务器获取的IP同用户
ARP报文中的源IP地址一致，则通知连接管理模块地址获取成功；
步骤25：所述的IP获取成功则允许该用户访问网络；否则不允许该用
户访问网络。
2)PPPOE报文触发地址获取过程
PPPOE拨号是目前较为流行的接入方式。它的地址是在网络层协议阶
段(NCP)得到的，获取手段一般是通过RADIUS SERVER指定，或从本地地
址池分配，不存在DHCP过程。
参见图12、13，本发明在PPP的认证过程中插入DHCP过程，通过BAS
内置的DHCP客户端从DHCP获取地址。流程如下：用户发起PPPOE过程，
经过LCP后、进入验证阶段，在验证授权的过程中向地址管理模块寻求地
址，携带DHCP服务器和网关等参数，地址管理模块根据这些信息，通知
DHCP客户端发起DHCP过程。DHCP服务器可以是设备内部(指BAS设
备内部的某个软件模块)的也可以是其他的网络DHCP服务器设备，甚至可
以被经过Relay到其他网络(即对收到的DHCP报文，采用替换目的IP和
报文中其它信息的方法，把DHCP报文重新定义到特定的DHCP服务器)，
在DHCP客户端成功获取IP后，将获取的IP地址以及其他网络参数回应给
地址管理。再经过连接管理等模块到达PPP模块，当PPP过程到达网络层
协议阶段时，用户就会获取IP等参数信息。
具体的执行步骤包括：
步骤30：用户发起PPPOE过程，经过LCP后进入验证阶段，并在验证
授权的过程中向BAS设备中的地址管理模块发出寻求地址的请求，该请求
中至少携带DHCP服务器和网关的相关参数；
步骤31：地址管理模块根据DHCP服务器和网关的相关参数，通知
DHCP客户端发起DHCP过程；
步骤32：DHCP客户端成功获取IP后，将获取的IP地址以及其他网络
的参数回应给地址管理模块；
步骤33：连接管理模块将从地址管理模块获取的IP地址和其他网络参
数信息回应给BAS设备中的PPP模块，在PPP过程到达网络层协议阶段时，
用户会获取IP参数信息。
上面所述的DHCP过程是通过独立实现DHCP客户端的模块在网络层
协议阶段进行的，并且，所述的DHCP服务器可以是内部或外部网络的DHCP
服务器，或者是被接替(relay)到其他网络的DHCP服务器。
当然，DHCP过程也可以推迟到网络层协议阶段进行，这和具体的设计
有关的，但都需要一个相对独立的实现DHCP客户端的模块完成DHCP过
程。当用户离线后，与上述的方法一样，都要构造DHCP RELEASE报文发
给DHCP服务器。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描
述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行
了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明
进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其
改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。