【YD通讯标准】 基于端口信息下发的双栈接入技术要求

ICS01.040.33
中华人民共和国通信行业标准
YD/T2809-2015
基于端口信息下发的双栈接入技术要求Technical requirementfordual stackaccesswithportrangeassigned
2015-04-30发布
2015-07-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前言
1范围
2规范性引用文件
3术语、定义与缩略语·
3.1术语和定义
3.2缩略语
4双栈A+P模型.
4.1背景及模型概述
4.2模型组成··
4.3接入实现
5接入过程
5.1接入类型…
PPPoE接入·
5.3IPoE接入
功能要求·
家庭网关.
主机功能要求·
6.4AAA功能要求·
中电电中电电
YD/T2809-2015
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本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任本标准由中国通信标准化协会提出并归口。本标准起草单位：中国电信集团公司、中兴通讯股份有限公司、华为技术有限公司。本标准主要起草人：李阳春、朱永庆、邹洁、李忠超、李小洋、袁博傅
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1范围
基于端口信息下发的双栈接入技术要求YD/T2809-2015
本标准规定了基于端口信息下发的双栈接入技术的接入模型、接入过程以及各部分的功能要求。本标准适用于共享IPv4地址的双栈接入的有线宽带接入中的家庭网关、BNG等设备中。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IETFRFC2472
IETFRFC2865
IETFRFC2866
IETFRFC3163
IETFRFC4339
JETFRFC4818
IETFRFC4862
IETFRFC6346
IETFRFC6431
IETFRFC6724
IPv6 PPP (IP version 6 overPPP)远端用户拨入鉴权服务（Remoteauthenticationdialinuserservice(Radius)）Radiu计费（Radius accounting）ISO/IEC9798-3认证的SASL机制（ISO/IEC9798-3AuthenticationSASLMechanism)
IPv6主机配置DNS服务器地址的方法（IPv6hostconfigurationofDNSserverinformaiton approaches)
RADIUSDelegated-IPv6-Prefix属性（RADIUSDelegated-IPv6-PrefixAttribute）IPv6无状态地址自动配置（IPv6statelessaddressautoconfiguration）地址加端口解决IPv4地址短缺的方法（Theaddressplusport(A+P）approachtotheIPv4 address shortage)
华为端口范围配置选项在IPCP中的定义（Huaweiportrangeconfigurationoptionsfor PPP P control protocol (IPCP))IPv6缺省地址选择方法（DefaultaddressselectionforInternetprotocolversion6（IPv6））
3术语、定义与缩略语
3.1术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
终端Terminal
接入网络的用户侧设备。在宽带接入中通常指家庭网关（CPE）或PC主机等。3.1.2
A+P AplusP
BNG、DHCP等系统分配给终端的IPv4地址和端口块（或端口范围）。端口范围与IPv4地址一起标识终端或用户。
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双栈A+PDualStackAplusP
BNG等系统提供的双栈接入方式，为终端同时分配（IPv4地址，端口范围）和IPv6地址或前缀。3.1.4
端口块PortRange
TCP/UDP端口范围。采用IETFRFC6431的描述方式，即端口范围值/端口范围掩码；或者采用[Ps,Pe]的描述形式，Ps，Pe分别表示开始和结束端口号。3.1.5
[Ps,Pe] [Ps,Pe]
TCP/UDP端口范围或端口块的描述形式。Ps，Pe分别表示开始端口号和结束端口号。一个端口号大于或等于Ps，同时小于或等于Pe，则该端口号属于该端口块。3.1.6
（端口范围值，端口范围掩码）PortRangeValue，PortaRangeMaskTCP/UDP端口范围或端口块的描述形式。端口范围值表示端口范围的初始值，端口范围掩码指定端口范围值的有效位，其余位可以为0或1。一个端口号属于该端口块，则与端口范围值具有相同的有效位。3.1.7
DHCPv6PDDHCPv6prefixdelegatedDHCPv6前缀代理，用于为路由型家庭网关的LAN侧分配IPv6前缀。3.1.8
PD前缓PrefixDelegatedbyDHCPv6PDOption通过DHCPv6PDoption协商的IPv6前缀，通常用于为路由型家庭网关的LAN侧端口生成IPv6地址。3.1.9
路由型家庭网关RoutingTypeCPE运行三层功能（如路由功能）的家庭网关设备。在宽带接入中，路由型家庭网关发起PPPoE拨号，提交认证信息，获得IP地址、DNS服务器地址等配置信息，并负责转发用户上网的数据报文。3.1.10
桥接型家庭网关BridgedCPE
只运行桥接功能的家庭网关。在宽带接入中，桥接型家庭网关只运行二层功能，透传三层报文。3.1.11
路由型网关RoutingTypeGateway路由型网关设备。运行路由功能，负责网络互连。3.1.12
路由型接入RoutingTypeAccess
采用路由型网关的接入方式。在PPPoE接入中，由路由型网关发起PPPoE拨号和用户认证，获取IP4地址、IPv6地址/前缀，代理主机申请IPv6前缀，并为接入路由型网关的终端分配IP地址、前缀。在IPoE接入中，路由型网关运行报文存储转发功能。3.2缩略语
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下列缩略语适用于本文件。
DS-Lite
NAT444
RADIUS
Authentication, Authorization, AccountingBroadband Network Gateway
Customer premises equipment
Dynamic host configuration protocolDual Stack Lite/Lightweight Dual StackInternet Control Message ProtocolInternet Protocol Version 4
Internet Protocol Version6
LightweightAddressFamilyTransitionforIPv6Network Address Translation
Private Network Dual Stack AccessPersonal Computer
Remote Authentication Dial In User ServiceTransfer Control Protocol
User Datagram Protocol
4双栈A+P模型
4.1背录及模型概述
认证、授权、计费
宽带网络网关
用户端设备
动态主机配置协议
轻型双栈接入
网际控制报文协议
网际协议第四版
网际协议第六版
轻量级IPv6过渡
网络地址转换
私网双栈接入
个人电脑
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远程认证拨号用户服务
传输控制协议
用户数据报协议
在IPv6过渡中，NAT444、DS-Lite、LAFT6等过渡技术提供双栈接入能力，终端设备从网络侧获得IPv4地址或IPv6地址/前缀。与此同时，NAT444、DS-Lite、LAFT6等技术采用IPv4地址共享技术，由多个终端共用一个IPv4地址、并通过不同端口范围区分不同终端，解决了IPv4地址短缺的问题。在这些技术中，NAT444引入了CGN、DS-Lite引入了AFTR、LAFT6了引入TI/TC等设备或功能模块，不仅增加了网络部署的复杂性，难度和成本，其至改变现有接入流程，不利于基于网络结构的平滑演进基于端口信息下发的双栈接入技术利用已经成熟的PPPoE和IPoE等接入技术，由BNG向终端设备下发IPv4地址、端口范围等配置参数，实现IPv4地址共享，同时提供IPv4和IPv6接入能力。在本标准中，基于端口信息下发的双栈技术又称为双栈A+P。这种技术既借鉴了IETFRFC6346中A+P技术思想，又力求简单，避免在网络侧引入新的设备或功能模块。双栈A+P技术具有如下特点：为终端分配IPv4公有地址、IPv6地址或前缀：一支持IPv4公有地址共享，在分配IPv4地址时指定端口范围：利用现有接入技术和接入机制，用IPCPoption为PPPoE拨号终端下发IPv4地址、DNS服务器地址等信息，同时携带端口范围；通过DHCPoption为IPoE终端下发IPv4地址、DNS服务器地址和端口块范围等信息：bzxz.net
-BNG设备升级软件支持双栈A+P接入方式，不需新增网络侧设备：-终端应采用支持双栈A+P的软件。4.2模型组成
在基于端口信息下发的双栈接入（或称双栈A+P）中，终端发起PPPoe拨号，从网络侧设备BNG获得（IPv4公有地址，端口块）和IPv6地址或前缴，实现IPv4和IPv6双栈接入。终端的IPv4地址由多个终端共3
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享，并用不同的端口块区分不同的用户。不同终端采用不同的IPv6地址或前缀，使用缺省的端口范围[0,65535]。
双栈A+P模型由终端（如路由型家庭网关CPE、PC等）、BNG、AAA服务器等设备和系统组成。其模型如图1所示。
日A服务器
互联网
图1基于端口信息下发的双栈接入模型终端（如PC、路由型家庭网关CPE等）：PC或路由型家庭网关CPE运行IPv4或IPv6协议栈，发起连接请求，获得并配置（IPv4地址，端口块）和IPv6地址/前缀。路由型家庭网关CPE运行IPv4和IPv6协议栈发起连接请求，对IPv4实现端口范围受限的地址转换：桥接型CPE仅提供二层功能，无路由功能，由PC发起连接请求，并从获得的端口块中选择端口号访问应用服务器。BNG：运行IPv4和IPv6协议栈，配合AAA完成用户认证、授权和计费：为终端提供IPv4和IPv6宽带接入，分配（IPv4地址，端口块）和IPv6地址或前缀：维护终端接入的端口块信息。AAA：维护用户信息，负责用户认证、授权和计费：支持对特定用户下发（IPv4公有地址，端口块）等配置参数：支持基于（IPv4公有地址，端口号）的用户溯源，对IPv6同时支持基于IPv6地址或前缀的IPv6溯源。
4.3接入实现
4.3.1终端接入
在PPPoE接入中，终端发起PPP连接，提交认证信息：BNG把认证信息转发到AAA服务器：AAA服务器接收认证信息，完成用户认证，并认证结果返回BNG：由BNG向终端下发配置参数。这些配置参数包括：
-IPv4地址、端口范围：
-IPv6地址和前缀：
-DNS服务器地址。
当AAA服务器为终端指定IPv4地址、端口范围、IPv6地址/前缀等配置参数，AAA服务器返回的配置参数由Access-accept报文携带：当AAA服务器不需要为终端指定配置参数，AAA服务器在access-accept报文中携带认证结果，不携带终端的配置参数。BNG根据access-accept报文携带的信息为终端下发配置参数。当AAA服务器指定配置参数，BNG下发AAA服务器指定的配置参数；当AAA服务器未指定配置参数，BNG从本地资源池选择参数下发给终端。在配置终端完成后，BNG通过accounting-request(start)消息携带用户配置参数，启动用户计费。
在IPoE接入中，终端通过DHCP和DHCPv6从BNG或DHCP服务器获得配置参数。这些配置参数与PPPoE接入终端的配置参数相同。在完成配置后，经过终端的访问再触发用户认证。当认证通过，BNG允许用户访问互联网：否则，BNG拒绝用户访问互联网。在完成用户认证后，BNG通过accounting-request(start)消息携带用户配置参数，启动用户计费。4
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4.3.2应用访问
4.3.2.1域名解析
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当终端只获得IPv4DNS服务器地址时，通过IPv4报文发起域名解析，支持解析type-A、tyPe-AAAA的记录。
当终端只获得IPv6DNS服务器地址，通过IPv6报文发起域名解析，支持解析type=A、type=AAAA的记录。
当终端同时获得IPV4和IPv6DNS服务器地址，终端应支持IETFRFC6724按照缺省策略选择DNS服务器地址发起域名解析：终端可以支持通过IPv4报文发起type=A的域名解析，同时通过IPv6报文发起type-AAAA的域名解析。
4.3.2.2报文转发
4.3.2.2.1概述
双栈A+P的流量发送分上行和下行。对于上行报文，路由型家庭网关运行地址转换功能（如NAT），转换后的端口号只能从获得的端口块中选择；对下行报文，由于引入了IPv4地址共享，一个IPv4公有地址被多个终端共用。向这些终端发送的报文的目的地址相同，网络设备（如BNG）只能通过端口块等信息区分不同的终端，才能把报文发送到正确的目的地址。IPv6报文的源地址、目的地址都采用全局前缴，不要求做地址转换或协议转换，按照标准的存储转发方式发送报文。
4.3.2.2.2上行报文
上行报文转发指双栈A+P接入的终端向BNG发送的IPv4报文。对于桥接接入的主机，上行报文的源地址是BNG分配的IPv4公有地址，从BNG分配的[Ps，Pe]或（端口范围值，端口范围掩码）定义的端口块中选择端口号作为报文源端口。对于路由型家庭网关接入的主机，主机发送的报文源地址是主机配置的私有源地址和源端口。报文到达路由型家庭网关后，路由型家庭网关执行如下步骤：第1步：从BNG分配的端口块中选择端口号。端口块可以采用[Ps，Pe]或（端口范围值，端口范围掩码）等描述方式：
第2步：用BNG下发的IPv4公有地址作为源地址、选择的端口号作为源端口，执行地址转换功能，并把报文转发到BNG。
BNG接收到终端发送的报文后，按照目的地址寻路和转发报文4.3.2.2.3下行报文
下行报文转发指BNG向终端发送的IPv4报文。在双栈A+P中，多个终端共享同一个Pv4公有地址，并通过不同的端口块区分不同的终端。当报文到达BNG设备，BNG查询路由表，得到多个终端对应的下一跳。为了确定用户报文的真正下一跳，BNG应支持基于端口号的寻路，即把端口号用于报文选路。BNG应该支持两种选路机制之一：次路由查询选路：基于IPv4公有地址、端口号选路。用IPv4公有地址、端口号作为查询条件，确定报文的下一跳：
两次路由查询选路。根据IPv4公有地址完成第1次查询，获得共享地址IPv4公有地址的所有终端：第2次查询用端口号与第一次查询结果比较，确定端口号归属的端口块及其下一跳。4.3.3用户溯源
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4.3.3.1概述
在双栈A+P的用户溯源中，终端的配置参数，如（IPv4公有地址，端口范围）、IPv6地址/前缀等参数，被用于确定用户信息，完成用户溯源。（IPv4公有地址，端口块）可以用于唯一确定用户。IPv6地址/前缀也可以唯一确定用户。对于同一用户，（IPv4公有地址，端口块）和IPv6地址/前缀确定的用户信息应一致。4.3.3.2IPv4用户溯源
当IPv4地址和端口号用于用户溯源时，AAA服务器接收IPv4地址和端口号，并根据如下条件唯一确定用户信息：
IPv4地址与用户终端分配的IPv4地址相同：端口号属于用户终端从网络侧获得端口范围。4.3.3.3IPv6用户溯源
当IPv6地址或IPv6前缀用于用户溯源时，AAA服务器接收IPv6地址，并根据如下条件之一唯一确定用户信息：
IPv6地址与用户终端分配的IPv6地址相同：-IPv6地址与用户终端分配的IPv6地址的/64前缀相同：-IPv6地址与用户终端分配的IPv6地址的/56前缀相同。5接入过程
5.1接入类型
双栈A+P接入可以分成PPPoE接入和IPoE接入等过程。5.2PPPoE接入
5.2.1概述
终端（如PC、路由型CPE等）发起PPPoE拨号，与BNG建立PPP连接。BNG把认证信息送到AAA进行用户认证：AAA完成用户认证，并把认证结果返回BNG：当认证成功，AAA为用户终端指定或BNG为终端分配（IPv4公有地址，端口块）和IPv6地址/前缀；当认证失败，BNG拆除与终端的PPP连接。在完成地址分配后，BNG向AAA上报用户计费开始消息，携带用户信息：终端可以访问互联网。终端接入的过程如图2所示。
①建立PPP连接
③为用户分配（IPv4地址，端口块）”为用户分配IPv6地址或前缓
②完成用户认证授权
①计费信息上报
③与应用服务器通信
图2PPPoE双栈接入过程
应用服务器
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PPP连接分别由PPPLCP和PPPIPCP两个协议建立。在LCP阶段，不区分IPv4和IPv6：在IPCP阶段，终端通过IPCP协议获得IPv4地址、端口块、DNS服务地址等配置信息；终端通过IPv6CP完成与终端的接口ID的协商。
IPCP的选项（option）携带和协商终端的IP地址、端口块、DNS服务器等配置信息。IPv6CP的选项（option）用于协商接口D（InterfaceIdentifier）。5.2.2IPV4地址和配
在IPv4地址分配和配置信息下发中，BNG采用IPCP协议选项(IPCPoption)携带IP地址、DNS服务器地址、端口块等信息，过程如下：第1步：终端发起IPCP配置请求(configurationrequest)，并在IPCPoption中设置IP地址、服务器地址、端口块信息初始值如下：
IP地址：0.0.0.0：
-DNS服务器地址：0.0.0.0；
端块：[o,o]或[port rangemask，port rangevalue]第2步：BNG接收configurationrequest，返回configurationNak，携带准备分配给终端使用的IP地址、DNS服务器地址、端口块信息：
IP地址：a.b.c.d：
DNS服务器地址：c.d.e.f;
端块信息：[Ps,Pe]或[portrangemask，port rangevalue]。第3步：终端发送configurationrequest，携带BNG提供的IP地址、DNS服务器地址、端口块信息：—IP地址：a.b.c.d;
-DNS服务器地址：c.d.e.f
端口块信息：[Ps,Pe]或[portrangemask，portrangevalue]。第4步：BNG接收configurationrequst，返回configurationack确认分配的IP地址、DNS服务器地址、端口块信息，完成终端的IPv4地址分配和配置。5.2.3IPv6地址和配重
在IPv6地址分配中，PPPIPv6CP仅仅协商接口D（interfaceidentifier）。IETFRFC2472定义了通过IPv6CP协商IPv6接口ID的过程。在完成接口D协商后，终端和BNG进一步协商IPv6前缀和DNS服务器地址，主要步骤如下：第1步：获取/64IPv6前缀或/128的IPv6地址。/64前缴用于与接口ID一起生成IPv6地址，分配方式可以采用无状态地址分配方式（SLAAC，见IETFRFC4862）。/128IPv6地址通常采用DHCPv6方式分配。对于采用路由型CPE接入的终端，IPv6CP协商的接口ID，第一步分配的/64前缀生成128位的IPv6地址或者通过DHCPv6分配的128位IPv6地址用于路由型CPE的WAN口地址。对于桥接型CPE接入的主机，IPv6CP协商的接口ID、第一步分配的/64位前缀生成128位的IPv6地址，或者由DHCPv6分配的/128地址，作为主机地址。
第2步：分配IPv6DNS服务器地址。终端获取IPv6DNS服务器地址支持IETFRFC4339的定义，应优先支持DHCPv6option下发方式，其次支持RAoption和IPv6anycast方式指定IPv6DNS服务器地址。7
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第3步：路由型CPE通过DHCPv6PD从BNG获取路由型CPE的LAN侧主机所用的IPv6前缀，前缀长度通常为/56。
5.2.4IPCP协议option扩展
为了支持IPv4地址共享，IPCP协议扩展option携带端口块信息。端口块应支持采用指定开始端口号和结束端口号的方式表示端口块，可以支持用端口范围值（portrangevalue）和端口范围掩码（portrangemask）的表示方式。指定范围的端口块用[Ps，Pe]表示。Ps、Pe分别表示开始端口号和结束端口号。Ps，Pe大于等于O，小于等于65535，并且Ps应小于Pe。一个端口号p属于该端口块时，端口号p应大于或等于Ps，小于或等于Pe。在IPCP协议扩展的option中，定义两个扩展optionStartportnumber：携带开始端口号：Lastportnumber：携带结束端口号。端口范围值（portrangevalue）和端口范围掩码（portrangemask）由IETFRFC6431定义，并采用IETFRFC6431的端口块描述方式。IPCP协议扩展option中，定义两个扩展option：Portrangevalue携带portrange的初始值：Portrangemask：表示portrangevalue中有意义的位（bit）。当一个端口号属于一个端口范围，它与portrangevalue在portrangemask指定的位上是相同的。5.2.5AAA指定IP地址和端口块
当完成用户认证后，对于特定用户终端，AAA服务器支持IETFRFC2865、IETFRFC3163和IETFRFC4818，为终端指定IPv4地址/掩码、IPv6前缀和接口ID等配置参数。对于端口块的不同表示方式，Radius协议定义如下扩展属性用于携带端口块信息。对于指定范围的端口块，Radius协议扩展属性：Framed_startport：携带开始端口号：Framed_Lastport：携带结束端口号。对于端口范围值和端口范围掩码描述的端口块，Radius协议扩展属性：Framed_Portrange_value:携带portrange的初始值；-Framed_Port_range_mask：携带端口范围的掩码值。Radius协议扩展属性采用type/length/value的格式，由access-accept携带，返回BNG，并由BNG下发给终端设备。
5.2.6DNS服务器地址
在双栈A+P接入中，终端获得IPv4DNS服务器地址或IPv6DNS服务器地址。在协商IPv4地址、端口块信息时，终端与BNG同时协商IPv4DNS服务器地址。IPv6DNS服务器地址采用正ETFRFC4339定义的方式下发，优先支持采用DHCPv6option携带DNS服务器地址，其次采用RAoption和IPv6anycast方式指定IPv6DNS服务器地址。在路由型接入中，路由型网关从BNG获得IPv4DNS服务器地址和IPv6DNS服务器地址。对IPv4，路由型网关支持IPv4DNS代理（IPv4DNSproxy）功能：对IPv6，路由型网关支持IPv6DNS代理（IPv6DNSProxy）功能，允许支持IPv6DNS中继（IPv6DNSrelay）功能。8
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在DNS代理功能中，主机的域名解析报文的目的地址是路由型网关。路由型网关代理主机向外发起域名解析请求，并把解析结果返回主机。在DNS中继功能中，路由型网关把DNS服务器地址（如IPv6地址）下发给主机，主机的域名解析报文的目的地址是DNS服务器地址。路由型网关只中继域名解析报文。5.2.7计费信息上报
在下发终端的配置参数后，BNG向AAA服务器上报计费信息。BNG支持IETFRFC2866的计费上报过程，支持如下功能：
上报IPv4地址、IPv6地址/前缀、IPv6PD前缀：上报端口块信息，包括携带开始端口号ps，结束端口号pe或端口范围值、端口范围掩码等参数，BNG采用第5.1.4小节定义的Radius扩展属性上报端口块信息；一允许在accounting-start消息中只携带IPv4地址或者IPv6地址/前缀、IPv6PD前缀；允许在accounting-update消息中携带IPv4地址或者IPv6地址/前缀、IPv6PD前缀。5.3IPoE接入
5.3.1概述
在IPoE接入中，终端通过DHCP获得IPv4地址，通过DHCPv6获取IPv6地址。为了支持IPv4地址共享，DHCPoption扩展携带端口块信息。5.3.2DHCP端口块
端口块的描述方式如4.1。
对于指定范围的端口块，DHCP协议扩展定义两个option：Startportnumber：携带开始端口号：Lastportnumber：携带结束端口号。对于端口范围值和掩码定义的端口块，DHCP协议扩展定义两个optionPortrangevalue：携带portrange的初始值Portrangemask：指定portrangevalue中有意义的位（bit）。5.3.3终端接入
IPoE接入应支持每用户每Vlan的用户接入。6功能要求
BNG的功能包括终端接入、寻路和报文转发、计费上报等方面的功能要求。BNG在终端接入方面的功能要求如下：一支持PPPoE拨号的用户认证；
一支持通过IPCP协议分配IPv4地址、端口块、DNS服务器地址等配置信息和参数：支持IPCP扩展option携带端口块信息：支持开始端口号、结束端口号扩展属性：支持端口范围值、端口范围掩码扩展option；支持DHCPoption扩展携带端口块信息：支持开始端口号、结束端口号扩展属性：支持端口范围值、端口范围掩码扩展option；一支持IPv6CP协商接口D；
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