宽带接入与无线网络（学习笔记二）——QinQ原理

1.QinQ概述

QinQ（802.1Q-in802.1Q）协议基于IEEE802.1Q技术的一种二层隧道协议。由于在公网中传递的帧有两层802.1Q Tag(一个是公网Tag，一个私网Tag)，所以称之为QinQ协议。

QinQ解决了如下几个问题

1.缓解日益紧缺的公司VLAN ID资源问题；

2.用户可以规划自己的私网VLAN ID，不会导致和公网VLAN ID冲突；

3.为小型城域网或企业网提供一种较为简单的二层VPN解决方案

1.1 QinQ产生的背景

一、解决日益紧缺的公网VLAN ID资源问题

·4094个VLAN不能满足大规模的网络需求

·运营商需要根据VLAN ID对接入用户进行区分

二、用户希望可以规划自己的私网VLAN ID，而不会与公网WLAN冲突

·由于QinQ带着两层VLAN标签，穿越运营商的网络。内层标签代表用户；外层标签代表业务，这已经在运营商中得到了广泛的应用。

我们可以通过下图，了解QinQ诞生的必要

如图中所示，总公司连接两个个子公司，而各个子公司要对不同部门的员工采用VLAN进行区分，但两个个子公司的VLAN ID 号是重叠的！如果数据帧中，只采用一层的VLAN标签，那么总公司就无法区分数据是来自于哪个子公司。

所以，为了解决的这样的问题，可以在总公司的交换机上，为各个子公司创建不同的VLAN。当连接对应子公司的总公司交换机的端口收到数据帧后，再在数据帧的外面，添加一层VLAN标签。

例如，子公司1和子公司2的数据帧，分别添加到外层VLAN标签VLAN 10和VLAN 20，这样就可以实现在总公司中对于来自不同子公司的数据进行区分了。也可以对来自这两个子公司的数据提供不同的服务，以及差分服务。
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1.2 QinQ基本思想

·QinQ，又称VLAN嵌套，是对基于IEEE802.1Q封装的隧道协议的形象称呼；

·QinQ技术 是在原有VLAN标签（内层标签）之外再增加一个VLAN标（外层标签），外层标签可以将内层标签屏蔽起来。

·QinQ不需要协议的支持，通过他可以实现简单的L2VPN（二层虚拟专用网），特别适合以三层交换机为骨干的小型局域网。

2.QinQ报文结构

在标准的802.1Q以太网帧中再插入一层VLAN标签，由此可见，QinQ以太网帧比原有的帧多了4个字节。靠近原地址的是外层标签；靠近类型的是内层标签。

3.QinQ报文封装

·QinQ封装的过程就是把单层802.1Q标签的数据帧转换成双层的802.1Q标签的数据帧。封装过程主要发生在城域网侧连接用户的交换机端口上进行的。
·根据不同的的VLAN标签封装依据，QinQ可分为：
1.“基本QinQ”。
2.“灵活QinQ”。

3.1 基本的QinQ封装

“基本QinQ封装”是将进入一个端口的所有流量全部封装一个相同的外层VLAN标签，是一种基于端口的QinQ封装方式，也成为“QinQ二层隧道”。

开启端口的基本QinQ功能后，当该端口接收到已经带有VLAN标签的数据帧时，则该数据帧就将封装成双层标签的帧；如果接收到的是不带VLAN标签的数据帧，则该数据帧将封装成为带有端口缺省VLAN的一层标签的帧。

如图所示，部门1 有两个办公地，部门2 有三个办公地，两个部门的各办公地分别和网络中的PE1、PE2相连，部门1和部门2可以任意规划自己的VLAN。在配置QinQ二层隧道功能后，每个部门的各个办公地网络可以互通，但两个部门之间不能互通。

·在PE1上，对进入端口Port1和Port2的用户（同为部门1）数据帧都封装外层VLAN 10，对于进入端口Port3中用户（属于部门2）数据帧都封装外层VLAN 20。

·在PE2上，对于进入端口Port1和Port2的用户（都属于部门2）数据帧都封装外层VLAN 20。

·PE1上的 端口Port4 和PE2上的 端口Port3 允许VLAN 20的用户数据帧通过，以便实现连接在PE1的Port3上部门2的用户与连接在PE2的Port1和Port2上部门2的用户互通。

以上这种封装方式，不够灵活，很难有效的区分不同用户业务，不适于运营商的网络。

3.2 灵活的QinQ封装

“灵活QinQ”是对QinQ的一种更灵活的实现，它是基于端口封装与基于VLAN封装的结合方式。灵活QinQ对于同一个端口接收的数据帧还可以根据不同的内层VLAN标签执行不同的外层标签封装。它又可分为以下三个子类：

1.基于VLAN ID的灵活QinQ： 它是基于数据帧中不同的内层标签的VLAN ID来添加不同的外层标签。（要求不同用户的内层VLAN ID或VLAN ID范围不能重叠或交叉）

2.基于802.1p优先级的灵活QinQ： 它是基于数据帧中不同的内层标签的802.1p优先级来添加不同的外层标签。（要求不同用户的内层VLAN的802.1p优先级或802.1p优先级范围不能重叠或交叉）

3.基于流策略的灵活QinQ： 它是根据所定义的QoS策略为不同的数据帧添加不同的外层标签。基于流策略的灵活QinQ是基于端口与VLAN相结合的方式实现的，能够针对业务类型提供差别服务。

如图所示，有甲乙两个用户,采用FTTH的接入方式，开通了电话、上网、IPTV业务，加重了ONU经过ODN网络，连接到OLT上，OLT上层连接了S9300交换机，S9300交换机上层分别连接了SR和BRAS，每个用户分配了3个VLAN,每个VLAN对应一种业务。 例如，OLT1下的用户甲分配了3个VLAN，上网是VLAN 1001，电话是VLAN 2001，电视是VLAN 3001。

用户甲	内层VLAN
上网	VLAN 1001
电话	VLAN 2001
电视	VLAN 3001

每个VLAN对应不同的业务。在业务进入S9300交换机的下行端口后，下行端口启用灵活的QinQ功能，根据用户的VLAN ID 打上不同的VLAN标签。如下表

用户甲	内层VLAN	外层VLAN
上网	VLAN 1001	VLAN 2401
电话	VLAN 2001	VLAN 1700
电视	VLAN 3001	VLAN 2601

当用户数据内层为 VLAN 1001时，直接在内层增加公网唯一标签 2401，业务进入到S9300交换机上的宽带上网VLAN 1001 ，数据会分流到BRAS设备，相同的是，如果用户数据内层为 VLAN 2001 或 3001 ，外层为VLAN 1700 或 VLAN 2601时，数据会分流到SR设备。 同理，用户乙也是如此。

5.QinQ终结功能

·对QinQ的双层tag进行识别。

·然后根据后续的转发行为对双层tag进行剥离或者继续传送。

·不允许在QinQ终结的外层vlan上面再启动普通三层业务功能。

注：
·灵活QinQ只能用在hybrid接口，trunk口无法实现。

·基本QinQ可配置多层，而灵活QinQ只能配置两层，想要配多层，第三层开始得结合配置基本QinQ。

参考文献

1.H3C QinQ技术介绍 http://www.h3c.com/cn/d_200805/605855_30003_0.htm
2.QinQ基础知识 https://blog.csdn.net/qq_38265137/article/details/80404320