QinQ报文技术浅析

1、QinQ 报文技术浅析摘 要： QinQ 技术通过在以太帧中堆叠两个 802.1Q 报头，有效地扩展了 VLAN 数目，使 VLAN 的数目最多可 达 4096x4096 个。同时， 多个 VLAN 能够被复用到一个核心 VLAN中。MSP通常为每个客户建立一个 VLAN模型，用 通用属性注册协议 /通用 VLAN 注册协议( GARP/GVRP )自 动监控整个主干网络的 VLAN ，并通过扩展生成树协议(STP)来加快网络收敛速度，从而为网络提供弹性。关键词：以太网帧；报头；协议；收敛中图分类号： TP139 文献标识码： A 文章编号： 1674-7712 ( 2015) 02-0000

2、-02QinQ 技术1 (也称 Stacked VLAN 或 Double VLAN ) 是指将用户私网 VLAN 标签封装在公网 VLAN 标签中，使 报文带着两层 VLAN 标签穿越运营商的骨干网络， 在公网中 只根据外层 VLAN 标签传播，私网 VLAN 标签被屏蔽，这 样，不仅对数据流进行了区分， 而且由于私网 VLAN 标签被 透明传送， 不同的用户 VLAN 标签可以重复使用， 只需要外 层 VLAN 标签的在公网上唯一即可， 实际上也扩大了可利用 的 VLAN 标签数量。QinQ 的标准是 IEEE802.1ad ( IEEE802.1ad 的全称是：Virtual Bridg

3、ed Local Area Networks Amendment4 ： Provider Bridges ）该标准是在 2006 年 5 月份才形成正式标准的，所 以当前我们常见的各厂商实现的 QinQ 和该标准有较大的不 同，但各厂商的实现均大同小异。一、QinQ 的产生 随着三层交换机的不断成熟和大量应用，许多企业网和 小型城域网用户都倾向于使用三层交换机来搭建骨干网，由 于以下三个原因， 这些用户一般都不愿意使用基于 MPLS 或 者 IP 协议的 VPN ：（1）配置、维护工作相对比较繁杂；（ 2）许多厂商的三层交换机不支持 MPLS 功能，如果 用户搭建基于 MPLS 的 VPN ，

4、势必要淘汰这些设备， 浪费资 源；（ 3）支持 MPLS 功能的单板一般价格昂贵，小型用户 难以承受。而 QinQ 可以提供一种廉价、 简洁的二层 VPN 解决方案， 不需要信令协议的支持，可以通过纯静态配置实现，而且只 需要网络边缘设备支持 QinQ ，内部只需要可以支持 802.1Q2 的设备即可，所以越来越多的小型用户倾向于使用该功能构 建自己的 VPN 网络。此外运营商在通过 Ethernet 提供 Internet 接入业务时需 要对客户标识， 做到精细化管理， 而且随着新业务的开展 （如 Triple-Play 、Wholesale、VPN ），运营商还需要对业务进行细分，以区别提

5、供不同的管道、 QoS 策略。原有基于 802.1Q 只有 4096 个 vlan 标识不能满足这样的需要， QinQ 正好可以 扩展这样的标识， 同时还可以利用不同的 VLAN 来区分运营 商的服务和不同的客户。利用 QinQ 提供接入时具用以下的优点：1）可以解决日益紧缺的公网VLAN ID 资源问题；（2）用户可以规划自己的私网公网 VLAN ID 冲突；VLAN ID ，不会导致与3）提供一种较为简单的二层VPN 解决方案；（4）使用户网络具有较高的独立性，在服务提供商升级网络时，用户网络不必更改原有的配置；5）可以按不同层次的 VLAN ID 来区分不同的业务；6） QinQ 技术上

6、完全可以多层嵌套，没有限制，仅受Ethernet 报文长度的限制，具有很好的扩充性。二、QinQ 报文封装QinQ的报文封装就是在原有 802.1Q报文中的TAG头上再加上一层 TAG 封装 3 ，用来扩展 VLAN 的范围，如图 1 所示：三、QinQ 的报文转发过程在通过 QinQ 实现简单的二层 VPN 过程中报文是按如下 方式转发：图 2 中在运营商网中使用 VLAN20 来标识客户 A、 VLAN30标识客户B ,当客户A的报文到达运营商的边缘交 换机时，边缘交换机均给客户 A 的报文打上一个外层标签 （VLAN20 ），然后在 VLAN20 中转发，报文在离开运营商 网络时再剥离掉

7、外层的标签，从而实现一个简单二层 VPN 功能。四、QinQ 报文的 TPID 值可调功能TPID（Tag Protocol Identifier ，标签协议标识） 4是 VLAN Tag中的一个字段，IEEE 802.1Q协议规定该字段的取值为 0x8100 o IEEE 802.1Q协议定义的以太网帧的Tag报文结构如图 3 所示：通常在 QinQ 中设备的内外层标签的 TPID 值均采用协议 规定的0x8100，但是某些厂商的设备将 QinQ报文外层Tag 的TPID值设置为0x9100或0x9200,为了和这些设备兼容， 并提供较高的灵活性，我司支持 QinQ 功能的交换机基本上 均提

8、供了 QinQ 报文 TPID 值可调功能（需要注意有的设备整 机支持， 有的设备是端口支持） ，能修改 QinQ 设备的外层标 签的TPID值。（在本文的802.1ad部分我们将会看到 802.1ad 所规定的TPID为0x88a8，所以当设备同标准 802.1ad设备 作 QinQ 对接时也需要 TPID 可调功能）。六、灵活的 QinQ 在前面我们所讲的 QinQ 中，通常是以物理端口来划分 用户或用户网络， 当多个不同用户以不同的 VLAN 接入到同 一个端口时则无法区分用户。另外前面的 QinQ 方案是一种 简单二层 VPN 的应用，在运行营商接入环境中往往需要根 据用户的应用或接入

9、地点(设备)来区分用户，基于这种应 用产生了灵活 QinQ 方案。简单讲灵活 QinQ 就是根据用户报文的 Tag 或其他特征(IP/MAC等)，给用户报文打上相应的外层Tag，以达到区分不同用户或应用的目的。当前灵活 QinQ 主要应用在运营商的接入网络中，在运营商网络中给接入用户分配一 个 VLAN ，以达到便于问题追踪和防止不同用户间互访，用 外层标签区分用户的应用；或在接入的环境中用外层标签来 区分不同的接入地点，用内外两层标签唯一标识出一个接入 用户。在这样的应用中需要 BRAS/SR 设备支持 QinQ 的应用(能够终结双 Tag)。因此，灵活 QinQ 得到了更多的支持， 802

10、.1ad 就是其一， 如同当前常见的灵活 QinQ 基本一致，在 802.1ad 中提供了两 种确定用户所属 S-VLAN 的方式：(1) 基于端口( Port-based service interface),在这种模 式下用户是根据接入的端口来选择 S-VLAN ( Service Instance)的。(2) 基于 C-VLAN ( C-Tagged service interfaces)，在这 种模式下是根据用户使用的 C-VID 来先择 S-VLAN ( Service Instance)，即同当前我们所见的灵活 QinQ类似。七、结束语在以上基础上，衍生出灵活 QinQ5 ，实现方

11、式一种是 基于端口的 QinQ ，一种是基于流分类的灵活 QinQ 。基于端 口的 QinQ 的实现机理如下：当该设备端口接收到报文，无 论报文是否带有 VLAN Tag ，交换机都会为该报文打上本端 口缺省 VLAN 的 VLAN Tag 。这样，如果接收到的是已经带 有 VLAN Tag 的报文，该报文就成为双Tag 的报文；如果接收到的是 untagged 的报文，该报文就成为带有端口缺省 VLAN Tag 的报文。由于基于端口的 QinQ 比较容易实现， 所以业界主流厂家的三层交换机都支持。基于端口的 QinQ 的缺点是外层 Vlan Tag 封装方式死板， 不能根据业务种类选 择外层

12、 Vlan Tag 封装的方式， 从而很难有效支持多业务的灵 活运营。基于流分类的灵活 QinQ 实现机理如下：基于流的 QinQ 特性( Selective QinQ )，可灵活根据流分类的结果选择 是否打外层 VLAN tag 、打上何种外层 VLAN tag ：如根据用 户 Vlan tag 、 MAC 地址、 IP 协议、源地址、目的地址、优先 级、或应用程序的端口号等信息实施灵活 QinQ 特性。借助 上述流分类方法，实际实现了根据不同用户、不同业务、不 同优先级等对报文进行外层 VLAN tag 封装，对多种业务实 施不同承载的方案。参考文献：1马安龙利用QINQ技术构建扁平化网络J电脑知识与技术， 2012（ 05）2 阎琦.关于QINQ技术的探讨J.制造业自动化，2010 （11）.3 刘小红 .分析 QinQ 技术特点及其在城域网中的应用J.信息通信， 2013（07） .4 陈卫民.基于QinQ技术的高校校园网研究J.湖