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QinQ封裝及終結詳解

瀏覽次數：發(fā)布時(shí)間：2019-10-14

 

       QinQ最初主要是為擴展VLAN ID空間而產(chǎn)生的，但隨著(zhù)城域以太網(wǎng)的發(fā)展以及運營(yíng)商精細化運作的要求，QinQ的雙層標簽又有了進(jìn)一步的使用場(chǎng)景。它的內、外層標簽可以代表不同的信息，如內層標簽代表用戶(hù)，外層標簽代表業(yè)務(wù)。另外，QinQ數據幀帶著(zhù)兩層標簽穿越運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )，內層標簽透明傳送，也可以看作是一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的VPN技術(shù)。因此它又可以作為核心MPLS VPN在城域以太網(wǎng)VPN的延伸，最終形成端到端的VPN技術(shù)。由于QinQ方便易用的特點(diǎn)，現在已經(jīng)在各運營(yíng)商中得到了廣泛的應用，如QinQ技術(shù)在城域以太網(wǎng)解決方案中和多種業(yè)務(wù)相結合。特別是靈活QinQ（Selective QinQ/VLAN Stacking）的出現，使得QinQ業(yè)務(wù)更加受到了運營(yíng)商的推崇和青睞。

       我們知道，普通VLAN中的一個(gè)VLAN標簽是用來(lái)區分用戶(hù)的，但如果想要同時(shí)區分用戶(hù)和業(yè)務(wù)類(lèi)型，那么怎么辦呢？如圖7-11是一個(gè)總公司下面連接了兩個(gè)分支子公司，而各分支子公司中已對不同部門(mén)的員工采用了VLAN進(jìn)行區分，但兩個(gè)子公司的部門(mén)VLAN ID規劃是重疊的。這樣如果數據幀中只采用一層VLAN標簽，總公司就無(wú)法區分數據是來(lái)自哪個(gè)子公司的也就無(wú)法針對不同子公司的數據進(jìn)行任何處理了。

圖7-11 QinQ典型應用示例

圖7-11 QinQ典型應用示例

       為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以設想在總公司的交換機上為各子公司創(chuàng )建了不同的VLAN。這樣當連接對應子公司的總公司交換機端口收到數據幀后再在數據幀外面添加一層VLAN標簽（此時(shí)數據幀中就有兩層VLAN標簽了，原來(lái)的VLAN標簽稱(chēng)之為內層VLAN標簽，新添加的稱(chēng)之為外層VLAN標簽），如為子公司1和子公司2的數據幀分別添加的外層VLAN標簽為VLAN 10和VLAN 20，這樣就可實(shí)現在總公司中對來(lái)自不同子公司的數據進(jìn)行區分了，也可以對來(lái)自這兩個(gè)子公司的數據提供不同的服務(wù)，即差分服務(wù)了。

       另外，在基于傳統的802.1Q協(xié)議的二層局域網(wǎng)互聯(lián)模式中，當兩個(gè)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )需要通過(guò)服務(wù)提供商（ISP）互相訪(fǎng)問(wèn)時(shí)（如在城域以太網(wǎng)中），ISP必須為每個(gè)接入用戶(hù)創(chuàng )建不同的VLAN。這種配置方法一方面使得用戶(hù)的VLAN在骨干網(wǎng)絡(luò )上可見(jiàn)，存在一定的安全隱患，同時(shí)因為一一對應的VLAN ID，也消耗了大量服務(wù)提供商的VLAN ID資源。這對較大的ISP來(lái)說(shuō)是無(wú)法承受的，因為只有4094個(gè)VLAN ID可用），當接入的用戶(hù)數目很多時(shí)可能使ISP網(wǎng)絡(luò )的VLAN ID不夠用。另外，采用這種普通VLAN部署方式下，不同的ISP接入用戶(hù)就不能使用相同的VLAN ID，否則就無(wú)法實(shí)現不同接入用戶(hù)間的隔離，這時(shí)用戶(hù)的VLAN ID只能由ISP統一規劃，導致用戶(hù)沒(méi)有自己規劃VLAN的權利。

       通過(guò)QinQ技術(shù)可以有效地解決以上問(wèn)題，因為它可以為許多不同內層VLAN標簽用戶(hù)使用同一個(gè)外層VLAN標簽進(jìn)行封裝，解決了ISP的VLAN ID資源不足的問(wèn)題。另外，通過(guò)外層VLAN標簽對內層VLAN標簽的屏蔽作用，使得用戶(hù)自己的內層VLAN ID部署可以由用戶(hù)自己作主，而不必由ISP來(lái)統一部署。

        這個(gè)雙層VLAN標簽可以當作單層VLAN標簽使用，即僅使用新添加的外層公網(wǎng)VLAN標簽，內層私網(wǎng)VLAN可以作為數據來(lái)傳輸，如在本章后面將要介紹的2 to 1的VLAN映射中；當然也可以作為雙層VLAN標簽來(lái)使用（如在本章后面將要介紹的2 to 2的VLAN映射中），整個(gè)數據幀中的VLAN標簽由內、外雙層VLAN標簽共同決定，這樣一來(lái)，就相當于可以使用的VLAN ID數量達到了4094×4094個(gè)了，以此來(lái)達到擴展VLAN空間的目的。通過(guò)這樣的雙層VLAN標簽封裝，可以使私網(wǎng)VLAN ID可以在公網(wǎng)上透傳，既解決了用戶(hù)VLAN ID的安全性問(wèn)題和由用戶(hù)自己規劃私網(wǎng)VLAN ID的需求問(wèn)題，又解決了ISP的VLAN ID空間不足的問(wèn)題，因為在ISP中可以為需要相互訪(fǎng)問(wèn)的用戶(hù)配置相同的外層VLAN，也只需為來(lái)自同一用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )的不同VLAN提供一個(gè)VLAN ID。

7.3.2 QinQ封裝和終結

QinQ是在傳統802.1Q VLAN標簽頭基礎上再增加一層新的802.1Q VLAN標簽頭，如圖7-12所示。由此可知，QinQ幀比傳統的802.1Q幀多了四個(gè)字節，即新增的802.1Q VLAN標簽。

圖7-12 傳統802.1Q幀和QinQ幀格式比較

圖7-12 傳統802.1Q幀和QinQ幀格式比較

     QinQ幀封裝的過(guò)程就是把單層802.1Q標簽的數據幀轉換成雙層802.1Q標簽的數據幀。封裝過(guò)程主要發(fā)生在城域網(wǎng)側連接用戶(hù)的交換機端口上進(jìn)行的。根據不同的VLAN標簽封裝依據，QinQ可以分為“基本QinQ”和“靈活QinQ”兩種類(lèi)型。具體說(shuō)明如下。

1.    基本QinQ封裝

     “基本QinQ封裝”是將進(jìn)入一個(gè)端口的所有流量全部封裝一個(gè)相同的外層VLAN標簽，是一種基于端口的QinQ封裝方式，也稱(chēng)“QinQ二層隧道”。開(kāi)啟端口的基本QinQ功能后，當該端口接收到已經(jīng)帶有VLAN標簽的數據幀時(shí)，則該數據幀就將封裝成雙層標簽的幀；如果接收到的是不帶VLAN標簽的數據幀，則該數據幀將封裝成為帶有端口缺省VLAN的一層標簽的幀。

      從以上介紹可以看出，基本QinQ的VLAN標簽封裝不夠靈活，很難有效地區分不同的用戶(hù)業(yè)務(wù)，因為它對進(jìn)入同一個(gè)交換機端口的所有數據幀都封裝相同的外層VLAN標簽。但在需要較多的VLAN時(shí)，可以使用這個(gè)基本QinQ功能，這樣可以減少對VLAN ID的需求，因為進(jìn)入同一個(gè)端口的所有數據幀都封裝同一個(gè)外層VLAN標簽。

      如在圖7-13所示的網(wǎng)絡(luò )中，企業(yè)部門(mén)1（Department1）有兩個(gè)辦公地，部門(mén)2（Department2）有三個(gè)辦公地，兩個(gè)部門(mén)的各辦公地分別和網(wǎng)絡(luò )中的PE1、PE2相連，部門(mén)1和部門(mén)2可以任意規劃自己的VLAN。這樣，可在PE1和PE2上通過(guò)如下思路配置QinQ二層隧道功能，使得每個(gè)部門(mén)的各個(gè)辦公地網(wǎng)絡(luò )可以互通，但兩個(gè)部門(mén)之間不能互通。

      在PE1上，對于進(jìn)入端口Port1和Port2的用戶(hù)（都屬于部門(mén)1）數據幀都封裝外層VLAN 10，對于進(jìn)入端口Port3中用戶(hù)（屬于部門(mén)2）數據幀都封裝外層VLAN 20。

      在PE2上，對于進(jìn)入端口Port1和Port2的用戶(hù)（都屬于部門(mén)2）數據幀都封裝外層VLAN 20。

      PE1上的端口Port4和PE2上的端口Port3允許VLAN 20的用戶(hù)數據幀通過(guò)，以便實(shí)現連接在PE1的Port3上部門(mén)2的用戶(hù)與連接在PE2的Port1和Port2上部門(mén)2的用戶(hù)互通。

     這種基本QinQ封裝就相當于用一個(gè)外層的VLAN標簽映射同類(lèi)用戶(hù)的多個(gè)內層VLAN標簽，以減少I(mǎi)SP端設備VLAN ID的使用量。

圖7-13 基本QinQ典型應用示例

圖7-13 基本QinQ典型應用示例

2.    靈活QinQ封裝

      “靈活QinQ”是對QinQ的一種更靈活的實(shí)現，是基于端口封裝與基于VLAN封裝的結合方式。除了能實(shí)現所有基本QinQ的功能外，靈活QinQ對于同一個(gè)端口接收的數據幀還可以根據不同的內層VLAN標簽執行不同的外層標簽封裝。它又可分為以下三個(gè)子類(lèi)：

       基于VLAN ID的靈活QinQ：它是基于數據幀中不同的內層標簽的VLAN ID來(lái)添加不同的外層標簽。即具有相同內層標簽的幀添加相同的外層VLAN標簽，具有不同內層標簽的幀添加不同的外層VLAN標簽。這就要求不同用戶(hù)的內層VLAN ID或VLAN ID范圍絕對不能重疊或交叉。華為S系列交換機中的S2700、S3700、S5700、S6700僅支持基于VLAN ID的靈活QinQ功能。

       基于802.1p優(yōu)先級的靈活QinQ：它是基于數據幀中不同的內層標簽的802.1p優(yōu)先級來(lái)添加不同的外層標簽。即具有相同內層VLAN 802.1p優(yōu)先級的幀添加相同的外層標簽，具有不同內層VLAN 802.1p優(yōu)先級的幀添加不同的外層標簽。這就要求不同用戶(hù)的內層VLAN的802.1p優(yōu)先級或802.1p優(yōu)先級范圍絕對不能重疊或交叉。基于802.1p優(yōu)先級的靈活QinQ在華為S系列交換機中僅S7700、S9300和S9700系列支持。

       基于流策略的靈活QinQ：它是根據所定義的QoS策略為不同的數據幀添加不同的外層標簽?；诹鞑呗缘撵`活QinQ是基于端口與VLAN相結合的方式實(shí)現的，能夠針對業(yè)務(wù)類(lèi)型提供差別服務(wù)?；诹鞑呗缘撵`活QinQ在華為S系列交換機中僅S7700、S9300和S9700系列支持。

      以上三種靈活QinQ的配置方法將在本章后面具體介紹。

      當同一用戶(hù)的不同業(yè)務(wù)需要使用不同的VLAN ID時(shí)，可以根據VLAN ID區間進(jìn)行分流?，F假設PC上網(wǎng)的VLAN ID范圍是101~200；IPTV的VLAN ID范圍是201~300；大客戶(hù)的VLAN ID范圍是301~400。面向用戶(hù)的端口在收到用戶(hù)數據后根據用戶(hù)VLAN ID范圍，對PC上網(wǎng)業(yè)務(wù)封裝上外層標簽100，對IPTV封裝上外層標簽300，對大客戶(hù)封裝上外層標簽500。

     【說(shuō)明】QinQ封裝一般在交換式端口上進(jìn)行，但也可以在路由子接口上進(jìn)行（QinQ終結只能在路由子接口上進(jìn)行）。此種方法可以通過(guò)一個(gè)子接口來(lái)透傳多個(gè)標識用戶(hù)的VLAN ID，這種子接口也叫QinQ Stacking子接口。這種封裝方式也是基于流的QinQ封裝方式，但QinQ Stacking子接口只能和L2VPN業(yè)務(wù)結合起來(lái)才有意義，不支持三層轉發(fā)功能。

      在如圖7-14所示的網(wǎng)絡(luò )中，企業(yè)的部門(mén)1有多個(gè)辦公地，部門(mén)2也有多個(gè)辦公地。部門(mén)1的網(wǎng)絡(luò )中使用VLAN 2~VLAN 500；部門(mén)2的網(wǎng)絡(luò )中使用VLAN 500~VLAN 4094。PE1的Port1端口會(huì )同時(shí)收到兩個(gè)部門(mén)不同VLAN區間的用戶(hù)數據幀。

圖7-14 靈活QinQ典型應用示例

圖7-14 靈活QinQ典型應用示例

          此時(shí)可根據圖中標識的各辦公地的用戶(hù)VLAN ID范圍在PE1和PE2上通過(guò)如下思路配置基于VLAN的靈活QinQ功能，使得每個(gè)部門(mén)的各個(gè)辦公地網(wǎng)絡(luò )可以互通，但兩個(gè)部門(mén)之間不能互通。具體配置思路如下：

對于進(jìn)入PE1的Port1端口的用戶(hù)數據幀，依據其VLAN ID的不同添加對應的外層VLAN標簽。如VLAN ID在2~500之間，則封裝VLAN ID為10的外層標簽；如VLAN ID在1000~2000之間，則封裝VLAN ID為20的外層標簽；

對于進(jìn)入PE1的Port2端口的用戶(hù)數據幀，如果VLAN ID在100~500之間，則封裝VLAN ID為10的外層標簽；

對于進(jìn)入PE2的Port1端口的用戶(hù)數據幀，如VLAN ID在1000~4094之間，則封裝VLAN ID為20的外層標簽；

對于進(jìn)入PE2的Port2端口的用戶(hù)數據幀，如果VLAN ID在500~2500之間，則封裝VLAN ID為20的外層標簽；

在PE1和PE2的Port3端口上允許VLAN 20的幀通過(guò)，以便實(shí)現連接在PE1的Port1端口下連接的部門(mén)2用戶(hù)與連接在PE2的Port1和Port2的部門(mén)2的用戶(hù)互通。

      從以上可以看出，靈活QinQ比基本QinQ的外層標簽封裝更加靈活，可可以根據用戶(hù)數據幀中的原來(lái)的VLAN ID范圍來(lái)確定封裝不同的外層標簽，這樣更有方便了對相同網(wǎng)絡(luò )中不同業(yè)務(wù)的用戶(hù)數據流提供差分服務(wù)。

3.    QinQ/Dot1q終結子接口

      QinQ/Dot1q終結是指設備對數據幀的雙層或者單層VLAN標簽進(jìn)行識別，根據后續的轉發(fā)行為對幀中的雙層或者單層VLAN標簽進(jìn)行剝離，然后繼續傳送。也就是這些VLAN標簽僅在此之前生效，后面的數據傳輸和處理不再依據幀中的這些VLAN標簽。
     【經(jīng)驗之談】VLAN終結的實(shí)質(zhì)包括兩個(gè)方面：
       對接口收到的VLAN報文，去除VLAN標簽后進(jìn)行三層轉發(fā)或其他處理。從設備其它接口轉發(fā)出去的報文是否帶有VLAN標簽由對應的端口類(lèi)型及其數據發(fā)送規則決定。
       對接口發(fā)送的報文，又將相應的VLAN標簽信息添加到報文中后再發(fā)送。

      終結一般在路由子接口上執行，即終結子接口，如我們在單臂路由中就要配置路由子接口的802.1Q的VLAN終結。如果路由子接口是對數據幀的單層VLAN標簽終結，那么該子接口稱(chēng)為Dot1q 終結子接口；如果路由子接口是對數據幀的雙層VLAN標簽終結，那么該子接口稱(chēng)為QinQ終結子接口。QinQ終結子接口根據終結的用戶(hù)VLAN標簽的類(lèi)型，通常分為兩種子接口：

      明確的QinQ終結子接口：兩層VLAN標簽為固定的值。

      模糊的QinQ終結子接口：兩層VLAN標簽為范圍值，即：終結的內、外層標簽都為一個(gè)VLAN ID范圍值。

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