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QinQ封裝及終結詳解

瀏覽次數(shù)：發(fā)布時間：2019-10-14

 

       QinQ最初主要是為擴展VLAN ID空間而產(chǎn)生的，但隨著城域以太網(wǎng)的發(fā)展以及運營商精細化運作的要求，QinQ的雙層標簽又有了進一步的使用場景。它的內(nèi)、外層標簽可以代表不同的信息，如內(nèi)層標簽代表用戶，外層標簽代表業(yè)務。另外，QinQ數(shù)據(jù)幀帶著兩層標簽穿越運營商網(wǎng)絡，內(nèi)層標簽透明傳送，也可以看作是一種簡單、實用的VPN技術。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。由于QinQ方便易用的特點，現(xiàn)在已經(jīng)在各運營商中得到了廣泛的應用，如QinQ技術在城域以太網(wǎng)解決方案中和多種業(yè)務相結合。特別是靈活QinQ（Selective QinQ/VLAN Stacking）的出現(xiàn)，使得QinQ業(yè)務更加受到了運營商的推崇和青睞。

       我們知道，普通VLAN中的一個VLAN標簽是用來區(qū)分用戶的，但如果想要同時區(qū)分用戶和業(yè)務類型，那么怎么辦呢？如圖7-11是一個總公司下面連接了兩個分支子公司，而各分支子公司中已對不同部門的員工采用了VLAN進行區(qū)分，但兩個子公司的部門VLAN ID規(guī)劃是重疊的。這樣如果數(shù)據(jù)幀中只采用一層VLAN標簽，總公司就無法區(qū)分數(shù)據(jù)是來自哪個子公司的也就無法針對不同子公司的數(shù)據(jù)進行任何處理了。

圖7-11 QinQ典型應用示例

圖7-11 QinQ典型應用示例

       為了解決這個問題，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(shù)據(jù)幀后再在數(shù)據(jù)幀外面添加一層VLAN標簽（此時數(shù)據(jù)幀中就有兩層VLAN標簽了，原來的VLAN標簽稱之為內(nèi)層VLAN標簽，新添加的稱之為外層VLAN標簽），如為子公司1和子公司2的數(shù)據(jù)幀分別添加的外層VLAN標簽為VLAN 10和VLAN 20，這樣就可實現(xiàn)在總公司中對來自不同子公司的數(shù)據(jù)進行區(qū)分了，也可以對來自這兩個子公司的數(shù)據(jù)提供不同的服務，即差分服務了。

       另外，在基于傳統(tǒng)的802.1Q協(xié)議的二層局域網(wǎng)互聯(lián)模式中，當兩個用戶網(wǎng)絡需要通過服務提供商（ISP）互相訪問時（如在城域以太網(wǎng)中），ISP必須為每個接入用戶創(chuàng)建不同的VLAN。這種配置方法一方面使得用戶的VLAN在骨干網(wǎng)絡上可見，存在一定的安全隱患，同時因為一一對應的VLAN ID，也消耗了大量服務提供商的VLAN ID資源。這對較大的ISP來說是無法承受的，因為只有4094個VLAN ID可用），當接入的用戶數(shù)目很多時可能使ISP網(wǎng)絡的VLAN ID不夠用。另外，采用這種普通VLAN部署方式下，不同的ISP接入用戶就不能使用相同的VLAN ID，否則就無法實現(xiàn)不同接入用戶間的隔離，這時用戶的VLAN ID只能由ISP統(tǒng)一規(guī)劃，導致用戶沒有自己規(guī)劃VLAN的權利。

       通過QinQ技術可以有效地解決以上問題，因為它可以為許多不同內(nèi)層VLAN標簽用戶使用同一個外層VLAN標簽進行封裝，解決了ISP的VLAN ID資源不足的問題。另外，通過外層VLAN標簽對內(nèi)層VLAN標簽的屏蔽作用，使得用戶自己的內(nèi)層VLAN ID部署可以由用戶自己作主，而不必由ISP來統(tǒng)一部署。

        這個雙層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(nèi)層私網(wǎng)VLAN可以作為數(shù)據(jù)來傳輸，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標簽來使用（如在本章后面將要介紹的2 to 2的VLAN映射中），整個數(shù)據(jù)幀中的VLAN標簽由內(nèi)、外雙層VLAN標簽共同決定，這樣一來，就相當于可以使用的VLAN ID數(shù)量達到了4094×4094個了，以此來達到擴展VLAN空間的目的。通過這樣的雙層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VLAN ID的安全性問題和由用戶自己規(guī)劃私網(wǎng)VLAN ID的需求問題，又解決了ISP的VLAN ID空間不足的問題，因為在ISP中可以為需要相互訪問的用戶配置相同的外層VLAN，也只需為來自同一用戶網(wǎng)絡的不同VLAN提供一個VLAN ID。

7.3.2 QinQ封裝和終結

QinQ是在傳統(tǒng)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(tǒng)的802.1Q幀多了四個字節(jié)，即新增的802.1Q VLAN標簽。

圖7-12 傳統(tǒng)802.1Q幀和QinQ幀格式比較

圖7-12 傳統(tǒng)802.1Q幀和QinQ幀格式比較

     QinQ幀封裝的過程就是把單層802.1Q標簽的數(shù)據(jù)幀轉換成雙層802.1Q標簽的數(shù)據(jù)幀。封裝過程主要發(fā)生在城域網(wǎng)側連接用戶的交換機端口上進行的。根據(jù)不同的VLAN標簽封裝依據(jù)，QinQ可以分為“基本QinQ”和“靈活QinQ”兩種類型。具體說明如下。

1.    基本QinQ封裝

     “基本QinQ封裝”是將進入一個端口的所有流量全部封裝一個相同的外層VLAN標簽，是一種基于端口的QinQ封裝方式，也稱“QinQ二層隧道”。開啟端口的基本QinQ功能后，當該端口接收到已經(jīng)帶有VLAN標簽的數(shù)據(jù)幀時，則該數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)幀，則該數(shù)據(jù)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(qū)分不同的用戶業(yè)務，因為它對進入同一個交換機端口的所有數(shù)據(jù)幀都封裝相同的外層VLAN標簽。但在需要較多的VLAN時，可以使用這個基本QinQ功能，這樣可以減少對VLAN ID的需求，因為進入同一個端口的所有數(shù)據(jù)幀都封裝同一個外層VLAN標簽。

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

      在PE1上，對于進入端口Port1和Port2的用戶（都屬于部門1）數(shù)據(jù)幀都封裝外層VLAN 10，對于進入端口Port3中用戶（屬于部門2）數(shù)據(jù)幀都封裝外層VLAN 20。

      在PE2上，對于進入端口Port1和Port2的用戶（都屬于部門2）數(shù)據(jù)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的用戶數(shù)據(jù)幀通過，以便實現(xiàn)連接在PE1的Port3上部門2的用戶與連接在PE2的Port1和Port2上部門2的用戶互通。

     這種基本QinQ封裝就相當于用一個外層的VLAN標簽映射同類用戶的多個內(nèi)層VLAN標簽，以減少ISP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的一種更靈活的實現(xiàn)，是基于端口封裝與基于VLAN封裝的結合方式。除了能實現(xiàn)所有基本QinQ的功能外，靈活QinQ對于同一個端口接收的數(shù)據(jù)幀還可以根據(jù)不同的內(nèi)層VLAN標簽執(zhí)行不同的外層標簽封裝。它又可分為以下三個子類：

       基于VLAN ID的靈活QinQ：它是基于數(shù)據(jù)幀中不同的內(nèi)層標簽的VLAN ID來添加不同的外層標簽。即具有相同內(nèi)層標簽的幀添加相同的外層VLAN標簽，具有不同內(nèi)層標簽的幀添加不同的外層VLAN標簽。這就要求不同用戶的內(nèi)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(shù)據(jù)幀中不同的內(nèi)層標簽的802.1p優(yōu)先級來添加不同的外層標簽。即具有相同內(nèi)層VLAN 802.1p優(yōu)先級的幀添加相同的外層標簽，具有不同內(nèi)層VLAN 802.1p優(yōu)先級的幀添加不同的外層標簽。這就要求不同用戶的內(nèi)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(jù)所定義的QoS策略為不同的數(shù)據(jù)幀添加不同的外層標簽?；诹鞑呗缘撵`活QinQ是基于端口與VLAN相結合的方式實現(xiàn)的，能夠針對業(yè)務類型提供差別服務。基于流策略的靈活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。

      當同一用戶的不同業(yè)務需要使用不同的VLAN ID時，可以根據(jù)VLAN ID區(qū)間進行分流。現(xiàn)假設PC上網(wǎng)的VLAN ID范圍是101~200；IPTV的VLAN ID范圍是201~300；大客戶的VLAN ID范圍是301~400。面向用戶的端口在收到用戶數(shù)據(jù)后根據(jù)用戶VLAN ID范圍，對PC上網(wǎng)業(yè)務封裝上外層標簽100，對IPTV封裝上外層標簽300，對大客戶封裝上外層標簽500。

     【說明】QinQ封裝一般在交換式端口上進行，但也可以在路由子接口上進行（QinQ終結只能在路由子接口上進行）。此種方法可以通過一個子接口來透傳多個標識用戶的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)務結合起來才有意義，不支持三層轉發(fā)功能。

      在如圖7-14所示的網(wǎng)絡中，企業(yè)的部門1有多個辦公地，部門2也有多個辦公地。部門1的網(wǎng)絡中使用VLAN 2~VLAN 500；部門2的網(wǎng)絡中使用VLAN 500~VLAN 4094。PE1的Port1端口會同時收到兩個部門不同VLAN區(qū)間的用戶數(shù)據(jù)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

          此時可根據(jù)圖中標識的各辦公地的用戶VLAN ID范圍在PE1和PE2上通過如下思路配置基于VLAN的靈活QinQ功能，使得每個部門的各個辦公地網(wǎng)絡可以互通，但兩個部門之間不能互通。具體配置思路如下：

對于進入PE1的Port1端口的用戶數(shù)據(jù)幀，依據(jù)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；

對于進入PE1的Port2端口的用戶數(shù)據(jù)幀，如果VLAN ID在100~500之間，則封裝VLAN ID為10的外層標簽；

對于進入PE2的Port1端口的用戶數(shù)據(jù)幀，如VLAN ID在1000~4094之間，則封裝VLAN ID為20的外層標簽；

對于進入PE2的Port2端口的用戶數(shù)據(jù)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，以便實現(xiàn)連接在PE1的Port1端口下連接的部門2用戶與連接在PE2的Port1和Port2的部門2的用戶互通。

      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(jù)用戶數(shù)據(jù)幀中的原來的VLAN ID范圍來確定封裝不同的外層標簽，這樣更有方便了對相同網(wǎng)絡中不同業(yè)務的用戶數(shù)據(jù)流提供差分服務。

3.    QinQ/Dot1q終結子接口

      QinQ/Dot1q終結是指設備對數(shù)據(jù)幀的雙層或者單層VLAN標簽進行識別，根據(jù)后續(xù)的轉發(fā)行為對幀中的雙層或者單層VLAN標簽進行剝離，然后繼續(xù)傳送。也就是這些VLAN標簽僅在此之前生效，后面的數(shù)據(jù)傳輸和處理不再依據(jù)幀中的這些VLAN標簽。
     【經(jīng)驗之談】VLAN終結的實質包括兩個方面：
       對接口收到的VLAN報文，去除VLAN標簽后進行三層轉發(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型及其數(shù)據(jù)發(fā)送規(guī)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(zhí)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(shù)據(jù)幀的單層VLAN標簽終結，那么該子接口稱為Dot1q 終結子接口；如果路由子接口是對數(shù)據(jù)幀的雙層VLAN標簽終結，那么該子接口稱為QinQ終結子接口。QinQ終結子接口根據(jù)終結的用戶VLAN標簽的類型，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(nèi)、外層標簽都為一個VLAN ID范圍值。
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