IPRAN网络IP地址规划浅析

摘要：本文简要介绍了IPRAN网络需要规划的IP地址内容，并针对端口互联地址、LOOPBACK地址规划进行了探讨。

关键词：IPRAN；IP地址规划；端口互联地址；LOOPBACK地址。

中图分类号：TN914 文献标识码：A 文章编号：

Abstract：This article briefly describes the contents of IP address planning of IPRAN network ,and port interconnected address, loopback address planning were discussed.

Keywords：IPRAN；IP Address Planning；Port Interconnected Address；Loopback Address

前言

移动应用的大量出现使数据流长呈现了几何级的增长，在满足了用户多样化需求的同时，也给运营商的移动承载网带来了前所未有的压力。在ALL IP和FMC的发展趋势下，运营商既面临着业务的统一承载问题，也需要降低网络的运维成本。着眼于未来的技术发展，以及向LTE平滑过渡的需要，近年来国内三大运营商均加快了建设分组传送网络的步伐。

中国移动新建的移动回传网络采用PTN技术，中国联通和中国电信新建的移动回传网络采用IPRAN技术，不管采用哪种技术，都需要针对分组传送网进行IP地址的规划和配置，以保证网络的正常运行和未来网络的互通，本文主要就IPRAN场景下的IP地址规划做简要分析。

IP地址规划内容

IP地址的分配，要与网络拓扑层次结构相适应，既要有效地利用地址空间，又要体现出网络的可扩展性、灵活性和层次性，同时能满足路由协议的要求，以便于网络中的路由聚合，减少路由器中路由表的长度，减少对路由器 CPU、内存的消耗，提高路由算法的效率，加快路由变化的收敛速度，同时还要考虑到网络地址的可管理性。

在IPRAN网络中，需要对管理IP、设备IP、端口IP等进行规划和配置，同时还要和业务网(初期主要指3G无线回传业务)一起考虑业务IP的规划。在规划端口IP时，还需要考虑到互联端口IP地址的预留，详见下图一所示。

图一 IPRAN IP地址规划内容示意图

管理IP即网元的网管IP，是设备能够被网管系统监控的必要条件，管理IP地址不仅在网关网元与网管通信时使用，而且在带内DCN中，网元IP也是DCN网络采用OSPF路由协议的基础，可使用该接口地址作为动态路由协议OSPF、BGP的Router ID。

设备IP即LOOPBACK地址，称为本地环回接口（或地址），亦称回送地址。是应用最为广泛的一种虚接口。通常用于一台路由器的管理地址，此时管理员会使用该地址对路由器远程登录（telnet），该地址实际上起到了类似设备名称一类的功能。由于此类接口没有与对端互联互通的需求，所以为了节约地址资源，LOOPBACK接口地址通常指定为32 位掩码。

为了简化管理和维护便利起见，通常将LOOPBACK地址和管理IP合设，并作为路由器的ID号，用作该路由器在自治域内的唯一标识。

端口IP（互连地址）用于网络内部网元之间线路连接的通信，因此要求本端设备端口IP与对端配置在同一网段。但同一端IPRAN设备的不同端口不能分配相同网段的IP地址，否则会导致路由器的不同端口对应同一个网段而使路由表存储错误。

业务IP指连接在网络上的各种服务器、主机、基站、基站控制器等设备所使用的地址，针对3G无线回传网络而言，主要指IPRAN设备和Node B互联所使用的FE端口的地址，以及IPRAN设备和RNC互联GE端口的地址。

需要考虑的几个问题

2.1地址类型选择

由于IPRAN网络不需要直接和公网连接，因此不管是管理IP还是端口IP，使用私有IP地址即可。则能够选择的，就只有以下几个地址段：

A类私有地址：10.0.0.0～10.255.255.255

B类私有地址：172.16.0.0～172.31.255.255

C类私有地址：192.168.0.0～192.168.255.255

具体采用哪个地址段，应根据网络规模计算所需配置的IP地址数量，并做充分预留，统筹考虑。

2.2不同省、同省不同地市之间的IP地址是否可以重复

对于IPRAN设备的LOOPBACK地址，假设每个地市的自治域号不同，理论上不同地市的IP地址可以重复设置，即使用相同的IP地址段。但为了保证网络未来的互通性和可管理性，往往按照集团、省分、地市三级分配方式，由集团分配各省的地址段，各省分根据所辖本地网的大小，分配各本地网的地址段，各本地网分配网内各厂家网络及各分组传送设备的设备IP地址，以保证全网的唯一性。

对于端口IP，在同一自治域中，必须保证全网的唯一性，因此只要每个地市的自治域号不同，不同地市的IP地址可以重复。

2.3是否需要考虑LTE阶段的IP地址预留

LTE阶段，无论是在现网基站中增加新的eNode B设备还是将现网Node B设备升级，针对现网基站而言，eNode B和IPRAN设备都需要通过额外的GE口互联，此时需要针对LTE设备GE端口和IPRAN设备GE端口设置新的IP地址。由于该部分属于业务IP，在开通电路时和3G Node B的FE电路IP地址分别属于不同的L3VPN，因此可以重新规划私网地址，也可以直接采用3G网络该Node B对应分配的业务IP地址。

LOOPBACK地址规划

LOOPBACK地址必须全网唯一，以一个省十个地市为例，为保证互通性，该运营商全省的每个IPRAN网元必须具备一个唯一的LOOPBACK 地址，有些厂家一端IPRAN设备需要两个不同的LOOPBACK地址，一个用于动态路由协议，一个用于网管。

3.1 LOOPBACK地址规划总体思路

可以使用标准的A、B、C类的私有IP地址，使用32位掩码。

首先根据全省的IPRAN设备需求端数以及未来预期增加端数，并考虑预留，选择合适的网段。工程实际中，该地址段往往由总部统一分配。

按照B的方法，规划每个地市的地址段。

3.2 针对具体地市的规划原则

为便于管理，建议以一个完整的C类地址段(最后8位为主机位)为最小颗粒进行分配和管理。

IP地址不应一次性分配至所有区县、县级市，应考虑一定规模的预留，便于因地址分配不均需要启用新的地址。

针对一个地市具备多个厂家的情况，应针对每个厂家的目标设备端数并做适当预留之后，分配不同的地址段用以区分，并在每个厂家的地址分配时都遵循相同原则。

按照网络层次分配，核心层、汇聚层、边缘层各自分配不同的地址段，按照从小到大的顺序依次分配，即位置越高，地址越小。分配的地址段的大小取决于各层面的网络规模以及预留数量。

IP地址分配按照先环后链、按环逆时针顺序、支链由近及远依次递增；

核心层分配1～2个C类地址；

汇聚层分配1～2个C类地址；

边缘层分配多个C类地址；

边缘层以区县、县级市为单位分配，首先为市区各行政区分配地址，然后为郊县、县级市、市区以外的行政区分配地址，分配地址段的大小根据该区域远期设备端数进行测算，IP地址按照从小到大顺序进行分配，最后一位为0或255的地址保留。

3.3 LOOPBACK地址规划示例

假设按照总部安排，某省某运营商分配到了10.40.0.0/13的地址段，则可用地址为 10.40.0.0～10.47.255.255，合计共8B的地址数量，可用IP地址数为8x256x256=524288个。以该省包含十个地市计算，平均每个地市可分配到5.24万个LOOPBACK地址。一个地市的IPRAN网络规模不会如此之大，因此考虑将后面的部分IP地址作为预留，以备后续使用。

设定十个地市的IPRAN网络规模均一致，现网每个地市约3000个物理站址，远期需求为6000个物理站址，作适当预留，按照8000个物理站址计算IP地址需求，则大约需要8000/256=32个C类地址，约0.125个B类地址。考虑到多厂家环境，如果一个地市建设有两个厂家的IPRAN网络，则需求相应翻倍，折合约64个C类地址，0.25个B类地址。

则全省十个地市共需要2.5B地址即可，其余5.5B的地址均作为预留使用。在实际分配时，可以采用三种方案：

方案一：将前面的2.5B地址分配之后，后面的5.5B作为预留，

方案二：预留最后1B地址，将前面7B的地址按照各地市的网络规模均匀分配给每个地市，使用分配到的地址段的前面0.25B进行规划，后面的地址作为本地市的预留地址段。

方案三：将全部8B地址按照各地市的网络规模均匀分配给每个地市，使用分配到的地址段的前面0.25B进行规划，后面的地址作为本地市的预留地址段。

采用方案一分配的十地市LOOPBACK地址情况如下表一所示。

表一 某省十地市LOOPBACK地址规划表

假定地市一总共设置6个区，8个县和县级市，合计14个区县，每个区县终期站点数量均为500个，则每个区县需要的IP地址数量约为500/256=1.95个C类地址，按照2个分配，合计边缘层共需要14*2=28个C类地址，核心层、汇聚层各分配一个C类地址，总共需要30个C类地址。冗余2个C类地址作为机动地址范围，供某个区县IP地址不足时使用，剩余的32C预留给第二厂家使用。

针对地市一的IP地址规划详见下表二所示。

表二 某省地市一LOOPBACK地址规划表

下图二体现了两个不同地市、不同厂家、单厂家情况下的LOOPBACK地址分配情况。

图二 A、B厂家IPRAN网络LOOPBACK地址分配示意图

端口互联地址规划

4.1 端口互联地址规划总体思路

全网应采用统一的子网掩码长度，避免大网段包含小网段的情况出现；

地址分配需考虑设备所在网络层次（例如地址由小到大依次为核心层、汇聚层和接入层）。分配遵循下级网络地址服从上级网络地址规划，上奇下偶、左奇右偶，设备位置越高、地址越小的原则；环内按逆时针顺序分配地址，前奇后偶；预留地址采用每环进行预留；

地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时能保证地址叠合所需的连续性。连续地址在层次结构网络中易于进行路径叠合，大大缩减路由表，提高路由算法的效率；

IPRAN网络和IP城域网、IP承载网、大客户专网等数据网络互联时，由对端网络对应分配互联段落的端口IP；

每个接口必须分配一个独立的IP地址(有些厂家在核心汇聚层需要两个，一个用于网管信息的传送，一个用于业务的传送)，且在AS域内全局唯一；

不能与设备的网元IP地址相同，且不能属于相同网段，也不能重叠；

同一网元的各端口之间，端口IP地址不能属于相同网段；

以太链路上两端的接口IP地址应该在同一个网段；

4.2 掩码位数选择

为节约IP地址空间，推荐使用30位的掩码255.255.255.252。此时每个子网只包含4个IP地址，剔除主机位全0的子网号和主机位全1的广播地址后，可用IP地址只有2个，既可以保证一条链路的两端端口互联地址位于同一网段，又可以保证一端设备的不同端口肯定不在同一网段。

假如采用更小长度的子网掩码，如29位掩码，则此时每个子网包含8个IP地址，可用地址为6个。对于一条由四端设备组成的A-B-C-D-A的IPRAN链路而言(其中A为汇聚设备)，如果A-B之间采用了这6个之中的2个，剩余4个就不能再供其余链路使用。因为如果用在B-C之间，则B的东西向端口会存在相同的地址段，对于路由器而言，这是不允许的。如果用在C-D之间，则由于存在相同地址段的地址，路由器A在进行路由转发时，可能会将传送到C的电路在B终结。

4.3 端口地址规划示例

仍然采用3.3节所示的省市网络模型，由于端口地址不能和LOOPBACK地址采用相同网段，且各地市端口地址可以重复，以172.25.0.0/24地址段，30位子网掩码为例，核心汇聚层组网模型如下图三所示。

图三 IPRAN网络核心汇聚层组网示意图

端口互联地址可以分为核心层、汇聚层、边缘层、跨网互联地址。

核心层：用于核心层设备之间以及核心设备和扩展架之间的互联

以4个核心局为例，每个核心局放置2端设备，总计8端主设备。按照上述组网模型，每端设备需要4个10GE端口和其他主设备相连，加上和扩展架连接的端口，并考虑后期扩容链路的需求，假定每端设备需要20个端口与其他设备互联(不含和RNC、其他业务网对接的端口)，则所需的IP地址数量为8*20*4/256=2.5个C类地址。考虑预留之后，可以按照4个C类地址配置。

汇聚层：用于核心-汇聚设备间及汇聚-汇聚设备间的互联

假设地市一14个区县，共有40个汇聚节点，考虑后期的汇聚机房、汇聚层设备增加需求，按照80端汇聚设备考虑。按照组网模型，每个汇聚机房需要2～3个端口与其余汇聚层、核心层设备相连，考虑后期的链路扩容需求，按照每个汇聚节点8个端口考虑，则所需的IP地址数量为80*8*4/256=10个C类地址。

边缘层：用于边缘层设备间及汇聚-汇聚设备间分配作边缘层成环的子接口

此处的成环仅指物理连接为环路，而非业务组织和保护方式。

边缘层IP地址需求量较大，推荐使用和核心汇聚层不同的地址段。为便于规划和管理，可将IGP进程号规划与环号关联，环号与IS-IS进程号或OSPF的Area号一致，且一个边缘环采用一个完整的C类地址，C类地址的第3段与环号关联。如某环的IGP进程号为100，则该边缘环的端口IP地址段为172.26.100.0/24，当环号超过255时，取环号除以255的余数作为C类地址的第3段号码。

假设地市一每个区县终期站点数量均为500个，平均每个环站点数量为10个，则需要建设50个边缘环，每个边缘环分配一个完整的C类地址段，预留14个之后，合计需要64个C类地址段。则一个B类地址段可供4个区县使用，14个区县需要4个B类地址段。可按照172.26.0.0/16～172.29.0.0/16考虑。

在实际分配时，边缘层IP地址应按照先环后链、按环逆时针顺序、支链由近及远依次递增，接入环双挂同一汇聚环的汇聚节点间要为边缘层分配子接口，分配该边缘环1个C类地址中的最小地址。

跨网互联：用于与其他网络的互联

跨网互联地址可采用核心汇聚层B类地址网段的最后2～4个C类地址段作为规划预留使用，实际对接时，往往采用对方网络规划的地址。

当一个地市存在两个或以上厂家网络时，对于核心汇聚层，可以在同一个B类地址段中将剩余的C类网段依次顺延分配，对于边缘层，则需要启用新的B类地址段。

下表三所示为某省十地市端口地址规划示例，假定地市一具有两个不同厂家的IPRAN网络。

表三 某省十地市端口互联地址分配规划表

下图四和图五分别为地市一A厂家和B厂家IPRAN网络端口互联地址规划示意图。

图四 A厂家端口互联地址规划示意图

图五 B厂家端口互联地址规划示意图

IRPAN三层部署方案对基站IP的影响

按照3G无线网络建设的原则，Iu-b的地址在不同的省份可以重复。各省的Iu-b接口地址在地址段内自行分配，要求地址在省内唯一。以某省某运营商为例，共分配172.18.0.0～172.18.255.255一个B的地址空间。

NodeB 在通过MSTP网络承载时配置的IP地址包括：基站业务IP、网管IP及相应的网关IP地址。若基站上联CE采用VRRP保护方式，针对每个基站还需配置对应的主CE的IP地址和备CE的IP地址。每个地市的业务IP和网管IP通常配置为不同的C类地址，基站的网关地址为其子网第一个主机地址。

在MSTP技术作为承载网络的情况下，对于NodeB和RNC互联的Iu-b接口而言，由于MSTP采用二层技术，可以看做只是传送管道，每个基站的网关网元都指向其所归属的RNC，基站业务IP可采用的掩码位数主要取决于各厂家RNC的能力。

引入IPRAN后，分组传送网络承载移动回传FE业务有3种解决方案，详见下图六所示。

图六 基站FE业务承载方案示意图

针对上述三种方案，Iu-b接口的网关相应下移到边缘层、汇聚层、核心层IPRAN设备，每个子网所需要包含的IP地址数量也相应减少，详见下图七所示。

图七 基站IP受IPRAN三层部署方案影响示意图

由图七分析可见，采用A方案时，由于业务IP的网关在IPRAN边缘层设备处，因此采用小网段更加合适；采用B方案时，往往受汇聚设备二三层桥接的虚拟以太网接口数量限制，须采用大网段，建议分配27位掩码的地址段，每个子网32个地址，此时每个地址段可以对应一个边缘环，便于规划和管理。

为保证基站IP地址的可管理性，建议为IPRAN承载的基站分配新的网段地址，以一个C类地址为最小颗粒分配，业务IP与网管IP分配不同的C类地址；IPRAN工程建设时，所有涉及的基站均要作IP地址调整。

业务IP地址规划

业务IP地址通常由业务网来配置，需要根据实际情况来确定。相同业务的IP地址设置为同一网段，掩码根据基站数量确定，并作适当冗余；不同业务的IP地址段建议设置为连续网段，便于需要时在汇聚节点进行汇聚。

上一节中已经简要分析在已有MSTP网络承载3G无线网络回传业务的情况下，Node B和新增IPRAN网络对接对Iu-b接口地址分配的影响。

下表四体现了某省某运营商3G基站Iu-b接口IP地址在只有MSTP网络以及引入IPRAN网络之后的IP地址规划情况。

表四Iu-b地址规划分配表

结束语

本文所描述的网络规模相对较大，在地址预留方面也做了充分考虑，为便于读者理解，采用的分配方式冗余度较大，IP地址的利用率并不高。例如端口IP，一个C类地址段可供64个节点、至少2～3个环使用并保持适当预留，本文中只供一个边缘环使用。在实际规划的过程中，应结合本省具体地市、本地市各区县的网络规模情况，合理分配，减少浪费。

参考文献：

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[2]MPLS和VPN体系结构(第2卷.修订版)，Ivan Pepelnjak，Jim Guichard，Jeff Apear，北京，人民邮电出版社，2012；

[3]MPLS网络权威设计指南，Jim Guichard，Francois Le Faucheur Jean-Philippe Vasseur，北京，人民邮电出版社，2012；

[4] TCP/IP路由技术（第一卷）（第二版），Jeff Doyle，Jennifer Carroll，北京，人民邮电出版社，2007；

[5] TCP/IP路由技术(第二卷)，Jeff Doyle，Jennifer Carroll，北京，人民邮电出版社，2009；

作者简介：

游小刚，工程师，硕士，主要从事传送网络的规划和建设工作；韩磊，工程师，学士，主要从事传送和接入网络的规划和设计工作；林锦莺，工程师，学士，主要从事传送和数据网络的规划和建设工作