TD—LTE网络IP地址与VLAN ID规划方法的研究

韩笑　朱武增

主要阐述了基于L3 VPN的PTN网络结构，并针对该网络结构特点，描述了TD-LTE网络IP地址和VLAN ID划分的原则，提出了基于L3 VPN承载网LTE网络IP地址与VLAN ID规划方法，最后指出在IP地址与VLAN ID分配时需要注意的事项。

TD-LTE L3 VPN IP地址 VLAN ID

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-06-0039-05

1 引言

随着LTE时代的到来，业务的IP化要求承载网也具备传送IP业务的功能。LTE承载相比3G业务的承载，最大的变化在于两点：一是S1接口需要灵活的调度能力，可以灵活归属到多个AGW（Access Gateway，接入网关）；二是在基站之间有X2接口的承载需求。

随着PTN（Packet Transport Network，分组传送网）技术逐渐成熟且有了较大规模的实际应用，在面向LTE的承载网建设中，PTN设备以其全IP的交换核心、良好的QoS（Quality of Service，服务质量）功能、强大的OAM（Operation Administration and Maintenance，操作管理和维护）能力、精准的时间同步方案完全契合LTE承载网的需要。PTN支持L3 VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网络）的回传网络把数据领域的VPN路由技术和PTN的静态隧道技术进行深度的融合，提供一种简单、可靠、可运维、可管理、成本低的LTE端到端解决方案，充分满足LTE的承载需求。面对数量倍增的LTE基站，IP地址与VLAN ID（Virtual Local Area Network Identity，虚拟局域网标识符）的规划将成为LTE建设初期的一项主要工作。

2 基于L3 VPN的PTN网络

为满足S1和X2接口带来的三层VPN调度功能需求，在PTN承载LTE的L3 VPN方案中，PTN汇聚接入设备沿用现有L2 VPN分组转发功能为基站提供到核心层PTN节点的二层传输管道；PTN核心设备（含业务落地的PTN设备）支持L2到L3的桥接功能和静态L3 VPN功能，负责将X2接口信息按照IP地址转发至相邻基站，以及将S1接口信息按照IP地址转发给SGW/MME或SGW/MME pool中相应的SGW、MME，从而实现多归属需求。

整体方案如图1所示。

TD-LTE承载网核心层采用PTN静态三层方案，汇聚接入层仍然保持L2 VPN。一方面，对现网改造量较小、投资成本少、网络简洁，既能充分发挥MPLS-TP（Multi Protocol Label Switch-Transport Profile，基于传送架构的多协议标签交换）的优势又能兼得L3灵活转发的优点；另一方面，方便基站归属调整、减少开通工作量、降低基站维护工作量等。因此，L3 VPN部署到核心层，可以控制路由域的规模，提高网络的可扩展性和安全性。

3 LTE网络IP地址规划对象和分类

虽然都是IP化的无线网元，但由于TD-LTE基站eNodeB除具有原TD-SCDMA基站Node B功能外，还承担了RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）的大部分功能，因此需要在传送网中引入L3 VPN功能转发横向流量。基于上述原因，TD-LTE网络在回传网络地址规划对象上较TD-SCDMA网络存在着一些不同，具体如表1所示：

表1 TD-SCDMA与TD-LTE的区别

TD-SCDMA TD-LTE

与传输网的关系 传输网与业务网无关 网关下沉至传输网

VLAN作用 标识同一RNC下的不同基站 LTE取消RNC，VLAN不再端到端作用，仅是业务在PTN二层网络的局部标识，对无线专业无意义

基站条件 不同业务不同物理端口 不同业务同一物理端口

分配原则 同一RNC下基站VLAN不重复，每基站一个VLAN 可每业务IP一个LAN，也可每业务IP网段一个VLAN

分配职责 无线专业分配 与传输专业相关

在L3 PTN承载TD-LTE方案中，将L3 PTN网络看做一个承载网，基站和SAE-GW/MME通过网关接入此网络。回传网络地址规划对象包括TD-LTE基站、LTE核心网（SGW、MME）S1接口、作为基站和LTE核心网元接入网关的L3 PTN地址、OMC网管系统以及跨厂家L3 PTN互联网关地址。LTE地址规划对象如图2所示。

每个TD-LTE基站分配两个IP地址，分别用于网管和业务（S1/X2），且两个IP地址属于不同的网段。其中，网管地址由各省按照省内网管网地址自行规划；业务地址由总部统一分配IP专网地址。

4 IP地址和VLAN规划分配原则

4.1 IP地址分配原则

近期暂不考虑省公司之间的IP地址重用，业务地址规划原则如下：

根据TD-LTE网络规划，每个省公司分配0.5～2个B类地址段。

每个地市公司分配N个连续的C类地址，以保证在地市出口能够聚合为一条X.Y.Q.H/M（16≤M≤24）的路由。考虑到将来核心网可能下沉到每个地市，建议每个地市可根据本地市LTE规模为核心网和相关PTN落地设备预留1个或多个C类地址段。每个地市核心层PTN节点只发布基站汇聚后的路由，省会核心层PTN节点发布基站汇聚和核心网汇聚路由。

L3 PTN设备作为网关，内部通过划分子接口连接子网，与该子网内的所有基站通信；同一子网内地址X.Y.Q.1作为PTN VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）虚拟地址，X.Y.Q.2—3分配给主备PTN，X.Y.Q.4—254分配给无线设备或核心网设备。L3 PTN与核心网主设备应处于不同子网，同地市内核心网主设备处于X.Y.R.0/24网段，X.Y.R.1作为PTN VRRP虚拟地址，X.Y.R.2—3分配给主备PTN，X.Y.R.4—254分配给核心网设备。endprint

4.2 VLAN划分原则

VLAN的划分原则取决于核心层PTN设备L2进L3的桥接方案，主要有以下两种：

（1）VSI（Virtual Switch Interface，虚拟交换接口）方案

接入汇聚采用E-LAN组网，一组L2 ETH PW绑定到一个VSI。每个VSI通过绑定到一个L3 VE，进入L3 VPN的VRF进行路由处理。

（2）VLAN汇聚方案

接入汇聚采用E-Line组网，每个基站通过EVPL（Ethernet Virtual Private Line，以太网虚拟专线业务）接入到L2/L3桥接点。在L2/L3桥接点，把一组基站的EVPL业务通过VLAN汇聚的方式收敛到一个L3 VE，进入L3 VPN的VRF进行路由处理。

每个基站规划2个VLAN，其中1个VLAN分配给业务，1个VLAN分配给网管，业务VLAN ID范围为2～ 1 000，网管VLAN ID范围为1 002～2 000，且建议连续规划。在核心节点内部通过不同的虚拟VLAN子接口终结E-Line，减小广播域，避免广播风暴，每个虚拟VLAN子接口配置1个与相应基站在同一网段的IP地址（X.Y.Q.1）。

原则上，1个VLAN对应一个PW，1个基站的2个PW对应2个LSP（Layered Service Provider，分层服务提供程序）。

5 IP地址和VLAN规划分配方案

IP地址和VLAN ID划分的分配方案有两种：一个VLAN ID对应多个IP地址和一个VLAN ID对应一个IP地址。

5.1 一个VLAN ID对应多个IP地址

基站侧按1/4 C类地址段（/26位掩码）进行IP分配（可根据各城市网络规模及PTN厂家数量设置掩码的位数），核心网侧按29位掩码进行IP地址分配，跨厂家L3 PTN互联网关地址按29位掩码进行IP地址分配。基站与核心网主设备应处于不同子网。

基站设备接入分配X.Y.Q.H/26网段（H=1+64N，其中N∈Z且0≤N≤3），X.Y.Q.H作为PTN VRRP虚拟地址，X.Y.Q.（H+1）～（H+2）分配给主备PTN，X.Y.Q.（H+3）～（H+62）共59个地址分配给基站设备。

相同子网内基站采用相同VLAN ID，为了减小广播域，避免广播风暴，建议每个子网内基站个数不超过15个，且同一子网内的基站尽量在物理位置上靠近，便于X2信号就近转发。

核心网主设备接入分配X.Y.R.H/29（可根据核心网网元数量设置掩码的位数）网段（H=1+8N，其中N∈Z且0≤N≤31），X.Y.R.H作为PTN VRRP虚拟地址，X.Y.R.（H+1）～（H+2）分配给主备PTN，X.Y.R.（H+3）～（H+6）分配给核心网设备。

跨厂家互联网关端口地址分配X.Y.P.H/29网段（H=1+8N，其中N∈Z且0≤N≤31），X.Y.P.H/29和X.Y.P.H+1/29分别作为互联设备的端口地址。

方案一规划示例如图3所示。

5.2 一个VLAN ID对应一个IP地址

基站侧按C类地址段（/24位掩码）进行IP分配，核心网侧按29位掩码进行IP地址分配，跨厂家L3 PTN互联网关地址按29位掩码进行IP地址分配。基站与核心网主设备应处于不同子网。

L3 PTN设备作为网关，内部通过划分子接口连接子网，与该子网内的所有基站通信；同一子网内地址X.Y.Q.1/24作为PTN VRRP虚拟地址，X.Y.Q.2～3/24分配给主备PTN，X.Y.Q.4～254/24共251个地址分配给无线设备。无线网管地址分配原则相同，但处于不同的B类地址段。

一个基站规划一个VLAN ID，在核心节点内部通过不同的虚拟VLAN子接口终结E-Line，减小广播域，避免广播风暴。

LTE核心网接入地址和跨厂家PTN互联地址的分配方式同方案一。

方案二规划示例如图4所示。

以上两种方案无明显的优劣势对比，在实际应用中可根据各PTN厂家PTN设备是否支持VSI功能而选择。

6 实际应用中注意事项

以天津LTE扩大规模试验网为主要工程经验，经过与多专业、多厂家的沟通和交流，对IP地址和VLAN ID划分在实际应用中列出以下注意事项：

（1）需统筹考虑地市的目标LTE基站数，为每个地市分配连续的C类地址段，建议每个地市公司分配N（N为2的x次方，即2、4、8……）个连续的C类地址段，这些连续C类地址段应符合IP地址VLSM（Variable Length Subnet Mask，变长子网掩码）原则，以保证在地市出口能够聚合为一条。

（2）需与核心网专业及厂家确认核心网所需IP地址数量，并做充分的预留。

（3）各地市核实TD-SCDMA工程时VLAN ID的使用情况，同一VLAN ID不能重复分配给同一PTN设备承载的不同业务。

（4）需要熟悉不同厂家核心层L2进L3 PTN设备共享VLAN原则，确定其是一个单板共享VLAN还是一个物理接口共享VLAN，从而规划VLAN ID。

（5）网管地址分配原则同业务地址分配原则。

7 结束语

IP地址和VLAN ID分配是LTE网络建设中必要的环节，在分配中要考虑其连续性、可扩展性以及资源的节约性，因此IP地址和VLAN ID的分配应统一负责、统一管理，避免分配冲突。

未来TD-LTE网络将部署大量的eNodeB、支持L3的PTN以及EPC核心网设备，对于IP地址的需求是非常巨大的，按照全国一盘棋的方式统筹进行IP地址规划，可以确保LTE网络IP地址的唯一性，有利于网络的统一管理，同时也为后期网络建设预留充裕的地址空间。

参考文献：

[1] 中国移动通信集团公司. 中国移动TD-LTE扩大规模试验网工程传送网建设要求指导[Z]. 2012.

[2] 中国移动通信集团设计院有限公司. TD-LTE基站回传网络规划建设方案[Z]. 2012.

[3] 邵永平. LTE无线网络与核心网间网络组织及无线侧IP地址分配方案研究[J]. 电信工程技术与标准化， 2011（9）： 19-22.

[4] 魏占祯，姚栋，邱诚，等. 内部网中的IP地址规划[J]. 北京电子科技学院学报， 2002（2）： 7-9.

[5] 李妍莹，高勇. 宽带城域网内的IP地址规划方案[J]. 通信世界， 2001（30）： 35-36.★endprint

4.2 VLAN划分原则

VLAN的划分原则取决于核心层PTN设备L2进L3的桥接方案，主要有以下两种：

（1）VSI（Virtual Switch Interface，虚拟交换接口）方案

接入汇聚采用E-LAN组网，一组L2 ETH PW绑定到一个VSI。每个VSI通过绑定到一个L3 VE，进入L3 VPN的VRF进行路由处理。

（2）VLAN汇聚方案

接入汇聚采用E-Line组网，每个基站通过EVPL（Ethernet Virtual Private Line，以太网虚拟专线业务）接入到L2/L3桥接点。在L2/L3桥接点，把一组基站的EVPL业务通过VLAN汇聚的方式收敛到一个L3 VE，进入L3 VPN的VRF进行路由处理。

每个基站规划2个VLAN，其中1个VLAN分配给业务，1个VLAN分配给网管，业务VLAN ID范围为2～ 1 000，网管VLAN ID范围为1 002～2 000，且建议连续规划。在核心节点内部通过不同的虚拟VLAN子接口终结E-Line，减小广播域，避免广播风暴，每个虚拟VLAN子接口配置1个与相应基站在同一网段的IP地址（X.Y.Q.1）。

原则上，1个VLAN对应一个PW，1个基站的2个PW对应2个LSP（Layered Service Provider，分层服务提供程序）。

5 IP地址和VLAN规划分配方案

IP地址和VLAN ID划分的分配方案有两种：一个VLAN ID对应多个IP地址和一个VLAN ID对应一个IP地址。

5.1 一个VLAN ID对应多个IP地址

基站侧按1/4 C类地址段（/26位掩码）进行IP分配（可根据各城市网络规模及PTN厂家数量设置掩码的位数），核心网侧按29位掩码进行IP地址分配，跨厂家L3 PTN互联网关地址按29位掩码进行IP地址分配。基站与核心网主设备应处于不同子网。

基站设备接入分配X.Y.Q.H/26网段（H=1+64N，其中N∈Z且0≤N≤3），X.Y.Q.H作为PTN VRRP虚拟地址，X.Y.Q.（H+1）～（H+2）分配给主备PTN，X.Y.Q.（H+3）～（H+62）共59个地址分配给基站设备。

相同子网内基站采用相同VLAN ID，为了减小广播域，避免广播风暴，建议每个子网内基站个数不超过15个，且同一子网内的基站尽量在物理位置上靠近，便于X2信号就近转发。

核心网主设备接入分配X.Y.R.H/29（可根据核心网网元数量设置掩码的位数）网段（H=1+8N，其中N∈Z且0≤N≤31），X.Y.R.H作为PTN VRRP虚拟地址，X.Y.R.（H+1）～（H+2）分配给主备PTN，X.Y.R.（H+3）～（H+6）分配给核心网设备。

跨厂家互联网关端口地址分配X.Y.P.H/29网段（H=1+8N，其中N∈Z且0≤N≤31），X.Y.P.H/29和X.Y.P.H+1/29分别作为互联设备的端口地址。

方案一规划示例如图3所示。

5.2 一个VLAN ID对应一个IP地址

基站侧按C类地址段（/24位掩码）进行IP分配，核心网侧按29位掩码进行IP地址分配，跨厂家L3 PTN互联网关地址按29位掩码进行IP地址分配。基站与核心网主设备应处于不同子网。

L3 PTN设备作为网关，内部通过划分子接口连接子网，与该子网内的所有基站通信；同一子网内地址X.Y.Q.1/24作为PTN VRRP虚拟地址，X.Y.Q.2～3/24分配给主备PTN，X.Y.Q.4～254/24共251个地址分配给无线设备。无线网管地址分配原则相同，但处于不同的B类地址段。

一个基站规划一个VLAN ID，在核心节点内部通过不同的虚拟VLAN子接口终结E-Line，减小广播域，避免广播风暴。

LTE核心网接入地址和跨厂家PTN互联地址的分配方式同方案一。

方案二规划示例如图4所示。

以上两种方案无明显的优劣势对比，在实际应用中可根据各PTN厂家PTN设备是否支持VSI功能而选择。

6 实际应用中注意事项

以天津LTE扩大规模试验网为主要工程经验，经过与多专业、多厂家的沟通和交流，对IP地址和VLAN ID划分在实际应用中列出以下注意事项：

（1）需统筹考虑地市的目标LTE基站数，为每个地市分配连续的C类地址段，建议每个地市公司分配N（N为2的x次方，即2、4、8……）个连续的C类地址段，这些连续C类地址段应符合IP地址VLSM（Variable Length Subnet Mask，变长子网掩码）原则，以保证在地市出口能够聚合为一条。

（2）需与核心网专业及厂家确认核心网所需IP地址数量，并做充分的预留。

（3）各地市核实TD-SCDMA工程时VLAN ID的使用情况，同一VLAN ID不能重复分配给同一PTN设备承载的不同业务。

（4）需要熟悉不同厂家核心层L2进L3 PTN设备共享VLAN原则，确定其是一个单板共享VLAN还是一个物理接口共享VLAN，从而规划VLAN ID。

（5）网管地址分配原则同业务地址分配原则。

7 结束语

IP地址和VLAN ID分配是LTE网络建设中必要的环节，在分配中要考虑其连续性、可扩展性以及资源的节约性，因此IP地址和VLAN ID的分配应统一负责、统一管理，避免分配冲突。

未来TD-LTE网络将部署大量的eNodeB、支持L3的PTN以及EPC核心网设备，对于IP地址的需求是非常巨大的，按照全国一盘棋的方式统筹进行IP地址规划，可以确保LTE网络IP地址的唯一性，有利于网络的统一管理，同时也为后期网络建设预留充裕的地址空间。

参考文献：

[1] 中国移动通信集团公司. 中国移动TD-LTE扩大规模试验网工程传送网建设要求指导[Z]. 2012.

[2] 中国移动通信集团设计院有限公司. TD-LTE基站回传网络规划建设方案[Z]. 2012.

[3] 邵永平. LTE无线网络与核心网间网络组织及无线侧IP地址分配方案研究[J]. 电信工程技术与标准化， 2011（9）： 19-22.

[4] 魏占祯，姚栋，邱诚，等. 内部网中的IP地址规划[J]. 北京电子科技学院学报， 2002（2）： 7-9.

[5] 李妍莹，高勇. 宽带城域网内的IP地址规划方案[J]. 通信世界， 2001（30）： 35-36.★endprint

4.2 VLAN划分原则

VLAN的划分原则取决于核心层PTN设备L2进L3的桥接方案，主要有以下两种：

（1）VSI（Virtual Switch Interface，虚拟交换接口）方案

接入汇聚采用E-LAN组网，一组L2 ETH PW绑定到一个VSI。每个VSI通过绑定到一个L3 VE，进入L3 VPN的VRF进行路由处理。

（2）VLAN汇聚方案

接入汇聚采用E-Line组网，每个基站通过EVPL（Ethernet Virtual Private Line，以太网虚拟专线业务）接入到L2/L3桥接点。在L2/L3桥接点，把一组基站的EVPL业务通过VLAN汇聚的方式收敛到一个L3 VE，进入L3 VPN的VRF进行路由处理。

每个基站规划2个VLAN，其中1个VLAN分配给业务，1个VLAN分配给网管，业务VLAN ID范围为2～ 1 000，网管VLAN ID范围为1 002～2 000，且建议连续规划。在核心节点内部通过不同的虚拟VLAN子接口终结E-Line，减小广播域，避免广播风暴，每个虚拟VLAN子接口配置1个与相应基站在同一网段的IP地址（X.Y.Q.1）。

原则上，1个VLAN对应一个PW，1个基站的2个PW对应2个LSP（Layered Service Provider，分层服务提供程序）。

5 IP地址和VLAN规划分配方案

IP地址和VLAN ID划分的分配方案有两种：一个VLAN ID对应多个IP地址和一个VLAN ID对应一个IP地址。

5.1 一个VLAN ID对应多个IP地址

基站侧按1/4 C类地址段（/26位掩码）进行IP分配（可根据各城市网络规模及PTN厂家数量设置掩码的位数），核心网侧按29位掩码进行IP地址分配，跨厂家L3 PTN互联网关地址按29位掩码进行IP地址分配。基站与核心网主设备应处于不同子网。

基站设备接入分配X.Y.Q.H/26网段（H=1+64N，其中N∈Z且0≤N≤3），X.Y.Q.H作为PTN VRRP虚拟地址，X.Y.Q.（H+1）～（H+2）分配给主备PTN，X.Y.Q.（H+3）～（H+62）共59个地址分配给基站设备。

相同子网内基站采用相同VLAN ID，为了减小广播域，避免广播风暴，建议每个子网内基站个数不超过15个，且同一子网内的基站尽量在物理位置上靠近，便于X2信号就近转发。

核心网主设备接入分配X.Y.R.H/29（可根据核心网网元数量设置掩码的位数）网段（H=1+8N，其中N∈Z且0≤N≤31），X.Y.R.H作为PTN VRRP虚拟地址，X.Y.R.（H+1）～（H+2）分配给主备PTN，X.Y.R.（H+3）～（H+6）分配给核心网设备。

跨厂家互联网关端口地址分配X.Y.P.H/29网段（H=1+8N，其中N∈Z且0≤N≤31），X.Y.P.H/29和X.Y.P.H+1/29分别作为互联设备的端口地址。

方案一规划示例如图3所示。

5.2 一个VLAN ID对应一个IP地址

基站侧按C类地址段（/24位掩码）进行IP分配，核心网侧按29位掩码进行IP地址分配，跨厂家L3 PTN互联网关地址按29位掩码进行IP地址分配。基站与核心网主设备应处于不同子网。

L3 PTN设备作为网关，内部通过划分子接口连接子网，与该子网内的所有基站通信；同一子网内地址X.Y.Q.1/24作为PTN VRRP虚拟地址，X.Y.Q.2～3/24分配给主备PTN，X.Y.Q.4～254/24共251个地址分配给无线设备。无线网管地址分配原则相同，但处于不同的B类地址段。

一个基站规划一个VLAN ID，在核心节点内部通过不同的虚拟VLAN子接口终结E-Line，减小广播域，避免广播风暴。

LTE核心网接入地址和跨厂家PTN互联地址的分配方式同方案一。

方案二规划示例如图4所示。

以上两种方案无明显的优劣势对比，在实际应用中可根据各PTN厂家PTN设备是否支持VSI功能而选择。

6 实际应用中注意事项

以天津LTE扩大规模试验网为主要工程经验，经过与多专业、多厂家的沟通和交流，对IP地址和VLAN ID划分在实际应用中列出以下注意事项：

（1）需统筹考虑地市的目标LTE基站数，为每个地市分配连续的C类地址段，建议每个地市公司分配N（N为2的x次方，即2、4、8……）个连续的C类地址段，这些连续C类地址段应符合IP地址VLSM（Variable Length Subnet Mask，变长子网掩码）原则，以保证在地市出口能够聚合为一条。

（2）需与核心网专业及厂家确认核心网所需IP地址数量，并做充分的预留。

（3）各地市核实TD-SCDMA工程时VLAN ID的使用情况，同一VLAN ID不能重复分配给同一PTN设备承载的不同业务。

（4）需要熟悉不同厂家核心层L2进L3 PTN设备共享VLAN原则，确定其是一个单板共享VLAN还是一个物理接口共享VLAN，从而规划VLAN ID。

（5）网管地址分配原则同业务地址分配原则。

7 结束语

IP地址和VLAN ID分配是LTE网络建设中必要的环节，在分配中要考虑其连续性、可扩展性以及资源的节约性，因此IP地址和VLAN ID的分配应统一负责、统一管理，避免分配冲突。

未来TD-LTE网络将部署大量的eNodeB、支持L3的PTN以及EPC核心网设备，对于IP地址的需求是非常巨大的，按照全国一盘棋的方式统筹进行IP地址规划，可以确保LTE网络IP地址的唯一性，有利于网络的统一管理，同时也为后期网络建设预留充裕的地址空间。

参考文献：

[1] 中国移动通信集团公司. 中国移动TD-LTE扩大规模试验网工程传送网建设要求指导[Z]. 2012.

[2] 中国移动通信集团设计院有限公司. TD-LTE基站回传网络规划建设方案[Z]. 2012.

[3] 邵永平. LTE无线网络与核心网间网络组织及无线侧IP地址分配方案研究[J]. 电信工程技术与标准化， 2011（9）： 19-22.

[4] 魏占祯，姚栋，邱诚，等. 内部网中的IP地址规划[J]. 北京电子科技学院学报， 2002（2）： 7-9.

[5] 李妍莹，高勇. 宽带城域网内的IP地址规划方案[J]. 通信世界， 2001（30）： 35-36.★endprint