电信运营商城域网架构关键技术-QinQ双层标签

 

QinQ技术的应用场景：

       在运营商的网络中每一个用户都需要放入一个单独的VLAN中，以便实现进行各用户之间的隔离，但是由于802.1q中VLAN TAG只有12比特，导致 vlan数量最多只能有4096个无法满足城域网中大量用户的隔离需求，这时就用到了QinQ技术。

       QinQ技术是通过在原有的802.1q的基础上增加了一层802.1q标签来实现的，使得VLAN数量扩展到4094 * 4094个。如下图：

下面通过实验来详细说明，通过华为设备在运营商城域网中如何部署QINQ技术。

实验拓扑

使用eNSP模拟器（版本V100R002C00 1.2.00.370）

环境描述

       城域网用户的接入大致拓扑为：BRAS设备（理解为路由器，只是多了宽带接入功能）→OLT设备（理解为一个大交换机就行了）→分光器（纯物理层设备）→ONU设备（理解为用户接入交换机就行了）→家庭用户，如上图所示通过在ONU设备上划分VLAN对用户进行隔离，每个用户属于一个VLAN，如果这样的话，一台OLT下的VLAN ID明显不够用，图中只接了2个ONU设备，在真实环境下一台OLT的下面一定挂着很多ONU设备这时4096个VLAN肯定不够用的，这时可以使用QinQ技术解决OLT下VLAN ID不够的问题！因为两层标签的情况下，VLAN的数量可以达到4096*4096个，一台OLT设备下不可能挂这么多的用户的。

 

实验规划

Win7 （VLAN 100）：192.168.100.10/24

C2 （VLAN 200）：192.168.100.20/24

C3 （VLAN 300）：192.168.200.10/24

C4 （VLAN 400）：192.168.200.20/24

OLT  G0/0/1 （VLAN 10）

OLT  G0/0/2 （VLAN 20）

 

实验需求

1.在OLT设备上配置QinQ解决VLAN ID不够问

2.在BRAS设备上配置子接口脱两层标签终结VLAN

3.在BRAS设备上配置PPPOE拨号功能，模拟实现家庭用户拨号上网。

4.抓包分析PPPOE报文。

实验配置

SW1配置：都是基本的交换要常规配置

system-view

[SW1]vlanbatch 100 200

[SW1]inte0/0/1

[SW1-Ethernet0/0/1]portlink-type access

[SW1-Ethernet0/0/1]portdefault vlan 100

[SW1-Ethernet0/0/1]inte0/0/2

[SW1-Ethernet0/0/2]portlink-type access

[SW1-Ethernet0/0/2]portdefault vlan 200

[SW1-Ethernet0/0/2]intg0/0/1

[SW1-GigabitEthernet0/0/1]portlink-type trunk

[SW1-GigabitEthernet0/0/1]porttrunk allow-pass vlan 100 200

 

SW2配置：

system-view

[SW2]vlanbatch 300 400

[SW2]inte0/0/1

[SW2-Ethernet0/0/1]portlink-type access

[SW2-Ethernet0/0/1]portdefault vlan 300

[SW2-Ethernet0/0/1]inte0/0/2

[SW2-Ethernet0/0/2]portlink-type access

[SW2-Ethernet0/0/2]portdefault vlan 400

[SW2-Ethernet0/0/2]intg0/0/1

[SW2-GigabitEthernet0/0/1]portlink-type trunk

[SW2-GigabitEthernet0/0/1]porttrunk allow-pass vlan 300 400

 

OLT配置：

 

[OLT]vlanbatch 10 20

[OLT]intg0/0/1

[OLT-GigabitEthernet0/0/1]portlink-type dot1q-tunnel      //配置端口类型为dot1q-tunnel

[OLT-GigabitEthernet0/0/1]portdefault vlan 10               //配置外层VLAN ID（这里使用的是静态的外层VLAN标记技术，现网通常使用灵活QINQ技术打外层标签）

[OLT-GigabitEthernet0/0/1]intg0/0/2

[OLT-GigabitEthernet0/0/2]portlink-type dot1q-tunnel

[OLT-GigabitEthernet0/0/2]portdefault vlan 20

[OLT-GigabitEthernet0/0/3]portlink-type trunk                 //配置端口类型为TRUNK

[OLT-GigabitEthernet0/0/3]porttrunk allow-pass vlan 10 20    //允许VLAN 10 和 VLAN 20流量通过，简称上行口透传业务VLAN。

 

BRAS配置：

[BRAS]intg0/0/0.10             //配置子接口

[BRAS-GigabitEthernet0/0/0.10]qinqtermination pe-vid 10 ce-vid 100 to 200   //配置终结双层TAG  pe-vid为外层TAG，ce-vid为内层TAG

在最新版的华为模拟器中只有Router路由器支持终结多个内层VLAN，在AR系列路由器中是没有”to vlan-id”命令的。

[BRAS-GigabitEthernet0/0/0.10]ipadd 192.168.100.1 24

[BRAS-GigabitEthernet0/0/0.10]intg0/0/0.20

[BRAS-GigabitEthernet0/0/0.20]qinqtermination pe-vid 20 ce-vid 300 to 400

[BRAS-GigabitEthernet0/0/0.20]ipadd 192.168.200.1 24

 

用win7  ping BRAS设备，并在OLT的G0/0/3端口上抓包验证

 

会发现有2层VLAN 标签，外层为VLAN10，内层为VLAN100（PC1）

 

用C3 ping BRAS设备，并在OLT G0/0/3端口上抓包验证

如图外层为LAN 20，内层为VLAN 300（PC3）

通过以上验证说明QinQ配置生效，现在OLT设备上一个端口下就可以挂4094个VLAN（华为设备0和4095保留了）

 

这里思考一个问题：我用win 7ping BRAS的时候是双层TAG，那么BRAS回包的时候是否有TAG呢?如果有，那BRAS是如何区分内层TAG到底是VLAN 100 还是 VLAN 300 的呢？

 

抓取一个ICMP的reply报文

通过上图可以发现BRAS的回报依然是双层TAG，那么他是如何区分内层VLAN是VLAN 100 还是 VLAN 200 呢？

在BRAS上通过命令“display arp”来查看ARP表

通过上图可以得出结论如下结论

 

BRAS对于下行的数据流，根据ARP表项信息，对IP报文进行MAC地址及双层VLAN封装！

 

PPPOE配置：

BRAS配置

[BRAS]aaa

[BRAS-aaa]authentication-scheme test   //配置认证方案，名称为test

[BRAS-aaa-authen-test]authentication-mode local //配置认证模式为本地认证

[BRAS-aaa-authen-test]quit

[BRAS-aaa]domain pppoe                  //指定一个域名

[BRAS-aaa-domain-pppoe]authorization-schemetest   //配置域的认证方案，名称必须为已认证的方案名称

[BRAS-aaa-domain-pppoe]quit

[BRAS-aaa]local-user jack password cipherabc123   //创建一个拨号账号

[BRAS-aaa]local-user jack service-type ppp            //将账号类型设为PPP

[BRAS-aaa]quit    

[BRAS]ip pool pppoe                             //创建一个地址池

[BRAS-ip-pool-pppoe]gateway-list 10.10.10.1    //配置地址池出口的网关地址

[BRAS-ip-pool-pppoe]network 10.10.10.0 mask24   //配置地址池范围

[BRAS-ip-pool-pppoe]quit

[BRAS]interface Virtual-Template 1          //创建一个虚拟接口模板视图

[BRAS-Virtual-Template1]ip address 10.10.1.124  //配置虚拟接口地址，该地址必须和地址池内地址在同一段

[BRAS-Virtual-Template1]remote address poolpppoe //指定为客户机分配地址的地址池

[BRAS-Virtual-Template1]pppauthentication-mode pap domain pppoe

//配置验证方式为pap，指定用户采用pppoe域认证

[BRAS-Virtual-Template1]ppp ipcp dns 8.8.8.8  //配置DNS

[BRAS-Virtual-Template1]quit

[BRAS]interface g0/0/0.10

[BRAS-GigabitEthernet0/0/0.10]pppoe-serverbind virtual-template 1

//在接口上启用PPPOE协议并绑定虚拟接口认证

[BRAS-GigabitEthernet0/0/0.10]intg0/0/0.20

[BRAS-GigabitEthernet0/0/0.20]pppoe-serverbind virtual-template 1

Win7拨号验证

 

通过验证发现拨到的地址为地址池范围内的地址，DNS为BRAS指定的DNS说明配置生效。

 

抓包分析PPPOE报文

PPPOE分为“发现阶段和会话阶段”

发现阶段分为如下4个报文：

客户端广播请求PADI，查找网络中的服务器

服务器响应PADO，将自己的一些信息告知客户端

客户端向此服务器发送PADR，请求会话号

服务器端响应PADS，将分配的会话号告知对方

PPPOE发现阶段主要的任务就是请求会话号

四种报文

 

PADI

 

PADO

 

PADR

PADS

PPPOE会话阶段

会话阶段有三个过程：

LCP协商：完成二层的建链和参数协商

认证：主要使用PAP（明文）\CHAP（密文）\MSCHAP

NCP协商：使用IPCP协议，完成三层的配置

数据传输

LCP协商阶段

LACP认证

总结：通过本实验可以知道运营商的城域网，每个家庭用户之间是通过用户VALN（C-VLAN）相互隔离的，即使你家和邻居家连接到同一台ONU设备，由于VLAN不同也是相互隔离的。在上层的OLT或者汇聚层交换机上，为了保证VLAN数量够用，需要使用到第二层标签，称为运营商VLAN（P-VLAN）再次隔离。带着两层标签的用户业务数据到达路由器BRAS后，会通过终结两层标签的方式取出三层数据。同时运营商网络为了实现用户的身份验证和计费等操作，使用了PPPOE技术。