QINQ在扁平化改造中的應用

薛建 曲守寧

摘要：本文首先簡要介紹QinQ的技術原理，然后對校園網扁平化改造進行概述，最后對如何利用QinQ解決扁平化改造中遇到的技術問題進行了分析。

關鍵詞：校園網；QINQ；扁平化網絡；BRAS

中圖分類號： TP391 文獻標識碼： A

The application of QINQ in flattening deployment

XUE Jian， QU Shouning

（Network Information Center， University of Jinan， Jinan 250022， China）

Abstract： This paper firstly describes the principles of QinQ ， and generally proposes the overview of flattening deployment in current campus network. Based on the aboved， the paper analyzes how to adopt QINQ to solve the technical problems that will be encountered in the Flattening deployment，

Key words：campus network；QINQ；flattened network；BRAS

0 引言

扁平化改造是近年來校園網建設的熱點話題，許多高校校園網完成了從傳統三層結構向大二層的改造，使得校園網在易維護性、可升級擴容性以及用戶的精細化管理等方面均已取得了顯著改進與提升。

校園網尤其是規模龐大、結構復雜的校園網，其扁平化改造過程絕非一蹴而就。僅從技術角度就面臨眾多挑戰：各種業務系統如何實現網絡隔離、原有應用如何平滑遷移到新的網絡環境以及因現存VLAN非全網規劃可能帶來的VLAN號沖突等等。本文致力于尋求利用QINQ技術解決上述問題的途徑。

1 QINQ簡介

QinQ是802.1Q-in-802.1Q的簡稱，也叫做Double VLAN，由IEEE 802.1ad標準提供形式定義。QINQ的報文結構如圖1所示，其在原有的802.1Q報文包頭上又增加了一層802.1Q標簽（VLAN tag），通過雙層標簽，QINQ使VLAN的數量可以增加到4 096*4 096個。

QINQ分為基本QINQ和靈活QINQ。其中，基本QINQ只能根據交換機的物理端口區分不同用戶并標記不同的外層標簽；靈活QinQ可以根據報文的Vlan tag、MAC地址、IP協議、源地址、目的地址、優先級或應用程序的端口號等信息對數據流進行分類，對不同類別的流添加不同的VLAN標簽，從而實現了根據不同用戶、不同業務、不同優先級等對報文采取相應的處理方式。

QINQ現廣泛應用于城域網，實現將用戶私網VLAN Tag（C-VLAN）封裝在公網VLAN Tag（S-VLAN）中，使報文帶著兩層VLAN Tag穿越運營商的骨干網絡（公網）。為用戶提供了一種易于實現的二層VPN隧道技術。

2 校園網扁平化改造概述

隨著校園網規模日趨可觀、用戶高度密集以及承載網絡應用的豐富獲取數量，傳統校園網架構與管理模式正逐步涌現眾多現實應用難題：新業務如IPV6、組播等難以在全網部署；網絡升級難度大、升級費用高；IP地址管理困難，arp類病毒、IP地址盜用、DHCP假冒等網絡攻擊無法實現有效遏制；無法達成用戶的精細化管理以及由此引起的網絡無序使用等等。

針對上述狀況，高校網絡管理者們正在探索新型的校園網絡架構體系以及相應的管理模式，時下的許多高校開始借鑒運營商大規模網絡發展的經驗，將扁平化網絡的技術應用于校園網的升級改造工程中并取得了明顯的成效。

扁平化的網絡架構，是放棄傳統的網絡3層結構（核心層、匯聚層、接入層），將網絡設備劃分為承載業務控制和網絡接入兩個層面。業務控制層為居于網絡核心的設備，提供穩定、復雜、快速而效的業務控制功能。而網絡接入層則為接入和匯聚設備，提供基本的網絡接入功能。

具體地，網絡接入層只完成網絡接入功能，而不負責IPV4、IPV6和PPPOE等的功能運行終結，通常將其全部交由業務控制層來定制操作并核心實施完成。

業務控制層更重要的功能是實現用戶的控制與管理，及用戶接入的認證、授權、計費和管理功能。

一個典型的扁平化校園網拓撲如圖2所示。

3 QinQ技術為扁平化改造提供保障

扁平化改造過程中將遭遇眾多技術難題，如各種業務系統如何實現網絡隔離、原有應用如何平滑遷移到新的網絡環境以及如何屏蔽不同樓宇的VLAN號規劃沖突等等。

在校園網改造的過程中進一步發現，采用QINQ技術可以重點有效地解決上述技術問題。QINQ在校園網的扁平化改造過程中的作用體現可作如下概論綜述。

3.1 用戶隔離

QINQ通過雙層標簽，使VLAN的數量可以增加到4 096*4 096個，理論上可以為校園網（園區網）的各位用戶提供唯一、專一的VLAN，實現最細粒度的用戶隔離。對于規模超長、用戶數量優勢增長的學生公寓，QINQ完全滿足了用戶隔離的需求。

但是對于校園網中的辦公網絡，具體實施時可以適當地把握設置粒度，從隔離網絡風暴的角度看，每位用戶配備獨自VLAN實際上也是沒有必要的。

3.2 網絡扁平化改造時用于屏蔽舊網絡中的VLAN號的沖突

采用傳統3層結構的校園網，不同匯聚點的VLAN規劃很有可能是沖突的，因為舊網絡中匯聚交換機的3層終結可以隔離這些VLAN號的沖突，最終并不會給網絡帶來異常。

但若實行扁平化改造時，VLAN號沖突就會造成潛在隱患，因為匯聚節點在去掉3層協議終結功能的同時，也隨即失去了屏蔽內部VLAN號的功能。綜合當下研究可知，若采用QINQ即可將不同匯聚節點的數據幀分配以不同的外層標簽，從而妥善解決了不同匯聚節點下VLAN號沖突的問題。

3.3 在校園網中實現2層VPN

校園網中有很多相對獨立且對網絡安全要求較高的網絡，如財務網絡、校園卡網絡、安防網絡。這些網絡基本上不會和其它的系統發生橫向流量，而且與其它業務相比對網絡安全的要求更高。還需提及，這些業務的節點大多遍及校園網的四方各處，因此通過VLAN來隔離也并不現實。

經由研究探討可知，VPN（Virtual Private Network）是實現這種隔離的最佳方案。一般情況下，傳統校園網多是采用MPLS VPN，但同時必然引入BGP動態路由協議，在很大程度上增加了校園網的復雜度。

分析至此，若引入了QINQ，這一問題即會獲得全面解決：對不同業務的數據附配不同的外層標簽，在BRAS上根據不同的外層標簽賦予不同的網絡權限，從而實現了不同業務網絡的隔離。事實上，通過QINQ實現二層的VPN已在城域網上拓展呈現有大量的應用。

4 結束語

網絡是不斷發展的，在不同的時段會出現不同的需求和解決方案。扁平化因其易于擴展新業務、網絡升級改造成本較低、便于用戶及設備管理等能力優勢，必將成為校園網技術發展的趨勢。QINQ為校園網扁平化改造提供了一項實施“利器”，可以高效解決校園網扁平化改造過程中遇到的諸多技術問題。

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