LTE基础：LTE网络中的IP地址分配

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LTE网络全IP化，数据均在IP包内传输。当UE连接LTE网络，为了和PDN（Packet Data Network）建立连接，一个PDN地址会分配给UE，同时，会在UE和P-GW之间建立默认承载（default bearer），默认承载会保持连接直到UE分离（detach）LTE网络。

LTE网络为每一个用户APN建立默认承载，为每一个APN分配一个唯一的IP地址，这些IP地址可以是IPv4，IPv6，或者IPv4/IPv6类型。

本文将介绍当UE附着网络时，LTE如何为用户分配IP地址？

IP地址分配的类型

当UE initial Attach LTE网络，它请求一个PDN连接，为此，P-GW会分配一个IP地址给UE，并在默认承载建立的同时将IP地址传送给UE。有了这个IP地址，UE才能使用通过PDN提供的服务。

P-GW分配两种类型IP地址：动态和静态IP地址。动态IP地址下，UE每次接入网络，系统会自动分配一个IP地址给UE。静态IP地址下，每一次会分配一指定的IP地址。

动态IP分配

网络首先在P-GW提供一个IP池（IP pool），当UE initial Attach LTE网络，PGW会动态分配一个IP地址给UE。

静态IP地址分配

网络会分配一个永久的IP地址给UE，用户的静态IP信息存储在HSS（Home Subscriber Server，用户归属地服务器），当UE initial Attach网络，P-GW从HSS获取UE静态IP地址，并转发给UE。

动态IP地址分配

流程如下（点击放大看）：

P-GW IP分配

在P-GW，会提供一个包含IP地址的IP pool，以及DNS服务器IP地址。

1. [UE ->MME] Requesting for PDN（internet）Connectivity

UE发送 PDN Connectivity Request （PDN type=IPv4，PCO=DNS Server IPv4 Address Request）消息到MME，请求一个UE的IPv4地址和DNS 服务器IP地址（通过PCO域）。PDN Connectivity Request是一个ESM消息，该消息包含在Attach Request的ESM Message container内。

2~3.  [MME->S-GW->P-GW] Requesting for Session Creation

MME从HSS获取用户属性（subscription profile），发送 Create Session Request（IMSI，PDN Type=IPv4，PDN Adress=0.0.0.0，PCO=DNS Server IPv4 Address Request）消息到P-GW。因为这是动态IP地址分配，用户信息并不包含IP地址。在Create Session Request消息中，PDN地址域设置为0.0.0.0。

4.  [P-GW] 分配PDN地址和DNS服务器地址

P-GW检查PDN类型和PDN地址（0.0.0.0），知道需要分配IPv4地址，它从IPv4 pool里选择一个IP 地址（比如：UE IP=1.1.1.5）分配给UE。同时相应分配DNS服务器地址。

5~6.  [MME<-S-GW<-P-GW] Responding to Create Session Request

作为对2~3步骤请求的响应，P-GW发送Create Session Response 消息给MME。这一消息包含了在PDN地址域的UE IP地址（由本地P-GW动态分配）和在PCO域的DNS服务器地址。

7.  [UE<-MME]  Requesting for Activation of Default Bearer Context

MME发送UE Activate Default EPS Bearer Context Request (PDN Type=IPv4，PDN Address=UE IP （1.1.1.5），PCO={Primary DNS IP，Secondary DNS IP}）消息以激活默认承载内容。这一EMS消息包含DNS服务器IP地址和UE IP地址，当传送时嵌入Attach Accept消息内。

8. [UE] Obtaining Dynamic IP Address for using PDN service

UE获得动态IP地址（1.1.1.5）和DNS 服务器IP地址（Primary DNS IP=10.1.1.1，Secondary DNS IP=10.1.1.2）。默认承载在UE和P-GW间建立。UE现在可以连接PDN（internet），可以通过自己的动态IP地址使用internet服务。

静态IP地址分配

流程如下（点击放大）：

HSS

HSS提供每个用户的用户属性（subscription profile），这些属性信息包括用于PDN连接的PDN类型和PDN地址。

P-GW

P-GW已设置好DNS服务器IP地址

当用户开机，UE开始initial Attach LTE网络。

1.  [UE->MME]  Requesting for PDN(Internet) Connectivity

UE发送 PDN Connectivity Request （PDN type=IPv4，PCO=DNS Server IPv4 Address Request）消息到MME，请求一个UE的IPv4地址和DNS 服务器IP地址（通过PCO域）。

2.  [MME->HSS] Requesting the LTE Network for Registration

MME发送Update Location Request 消息通知HSS，MME1下有UE请求注册LTE网络。

3. [MME<-HSS] Forwarding Subscription Profile

HSS确认UE在MME1注册后，通过Update Location Answer（IMSI，PDN Type=IPv4，PDN Address = Static UE IP(1.1.1.1)）消息发送UE 用户属性到MME1 。这一用户属性中包含了分配给UE的静态IP地址。

4~5.  [MME->S-GW->P-GW]  Requesting for Session Creation

当MME从HSS接收到用户属性后，MME知道了UE的静态IP地址(1.1.1.1)。MME准备Create Session Request（IMSI，PDN Type=IPv4，PDN Adress=Static UE IP(1.1.1.1)，PCO=DNS Server IPv4 Address Request）消息，并发送到P-GW。这一消息包含了在PDN域的静态IP地址。

6~7. [MME<-S-GW<-P-GW] Responding to Create Session Request

作为对4~5步骤请求的响应，P-GW发送Create Session Response （IMSI，PDN Type=IPv4，PDN Adress=Static UE IP(1.1.1.1)，PCO={Primary DNS IP，Secondary DNS IP}）消息给MME。这一消息包含在PDN地址域的静态UE IP地址和在PCO域的DNS服务器IP地址。

8.  [UE<-MME]  Requesting for Activation of Default Bearer Context

MME发送UE Activate Default EPS Bearer Context Request (PDN Type=IPv4，PDN Address=Static UE IP(1.1.1.1)，PCO={Primary DNS IP，Secondary DNS IP}）消息以激活默认承载内容。这一EMS消息包含DNS服务器IP地址和UE IP地址(1.1.1.1)，当传送时嵌入Attach Accept消息内。

9.  [UE] Obtaining Dynamic IP Address for using PDN service

UE获得静态IP地址（1.1.1.1）和DNS 服务器IP地址（Primary DNS IP=10.1.1.1，Secondary DNS IP=10.1.1.2）。默认承载在UE和P-GW间建立。UE现在可以连接PDN（internet），可以通过自己的静态IP地址使用internet服务。

当用户完成有效网络注册后，PDN地址（IP地址）和默认承载会一直保留给用户，即使用户不在使用Internet服务，这叫为用户提供“always-on IP connectivity”。