《保证一篇搞懂QinQ》[理论+2实验]

原创 已于 2024-11-28 22:28:54 修改 · 898 阅读 · 24 ·
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#网络 #面试 #计算机网络 #tcp/ip #服务器

于 2024-11-28 22:25:50 首次发布

QinQ理论

一、技术背景

  • 在大型局域网或城域网中，存在 vlan 数量不够用的情况。

  • 某些企业的多个分支机构需要通过运营商网络来透传 vlan 信息。

二、定义

  • 802.1Q in 802.1Q，是一种简易的实现基于 vlan 的二层 vpn 技术。

  • 将一层 vlan Tag 封装到私网报文上，使报文携带两层 VLAN Tag 穿越运营商网络，从而让运营商能够利用一个 VLAN 来为包含多个 VLAN 的用户网络提供服务。

三、技术优势

  • 缓解公网 VLAN 资源不足，使私网 vlan 可以重复使用。

  • 隔离公网与私网 vlan。

  • 用户不感知公网 vlan，维护管理简便。

四、工作原理

  • 用户私网报文携带自身私网 vlan tag 进入运营商网络。

  • 运营商设备为该报文再封装一个公网 VLAN Tag，不同用户的报文封装上不同的公网 VLAN；运营商设备根据公网进行传输。

  • 报文离开运营商网络前剥离公网 vlan tag，使之还原为原始私网报文，发送至另一侧用户网络。

五、QinQ 报文结构

img

  • 目的 MAC 地址。

  • 源 MAC 地址。

  • Service VLAN Tag：

    • 公网 VLAN Tag。

  • Customer VLAN Tag：

    • 私网 vlan Tag，在公网中被屏蔽。

  • DATA。

  • FCS。

  • Tag。

六、Qinq 分类

  • 基本 QinQ

    • 无论该端口收到的报文是否携带 VLAN Tag，设备都会为其打上本端口 PVID 的 Tag。

    • 如果收到携带 VLAN Tag 的帧，则该帧会形成双 Tag 帧；如果收到未携带 Tag 的帧，则该帧会形成只携带一层 Tag 的帧。

  • 灵活 QinQ

    • 对于从同一个端口收到的报文，可以根据 Customer VLAN 的不同，打上不同 Service VLAN 的 Tag。

    • 可根据报文内层 VLAN Tag 的 802.1q 优先级来标记外层 VLAN Tag 的 802.1q 优先级。

七、VLAN 透传功能

  • 在基本 QinQ 中，可以配置不为用户私网报文添加公网 vlan Tag，而直接传输用户私网 vlan 报文，适用于企业专线业务。

  • 注意事项

    • 配置 VLAN 透传功能时，需要在报文传输路径的所有端口上都配置允许透析 vlan 通过。

    • 配置了用户侧端口对指定 vlan 报文进行透析后，不要在该端口上对在这些 vlan 再进行修改报文 vlan 的相关配置。

    • 同一接口上透传 vlan 和 vlan 映射表中的外层 vlan 不允许相同。

八、BPDU 透传

  • 技术背景

    • BPDU 使用组播发送，交换机默认广播处理，不区分 VLAN，会导致运营商网络连接的所有用户的私有网络都运行在同一个 STP 下，造成网络混乱。

  • 技术原理

    • PE（运营商边缘设备）收到 BPDU 后，把目的 MAC 地址从 0180-C200-0000 修改为特殊的组播 MAC 地址，一般默认修改为 010F-E200-0003，使得运营商网络设备把 BPDU 当作普通数据帧进行传输。

    • BPDU 离开运营商网络前，PE 将目的 MAC 地址还原为 0180-C200-0000，转发至指定用户的网络。

九、VLAN Mapping

  • vlan 映射，也称 vlan 转换，通过配置映射关系，实现对报文 vlan id 的修改，或添加指定 VLAN Tag。

  • 1:2 映射

    • 为本身携带有一层 VLAN Tag 的报文添加指定的外层 VLAN Tag，使报文携带两层 vlan tag。

    • 主要用于实现 QinQ，应用很广泛。

HCL实验

基本QinQ

  • 实验拓扑

    image-20241128211845396

  • 注意:

    • 此实验需要在模拟器中使用交换机型号 S6850

  • 实验需求:

    1. 按照图示配置IP地址

    2. 在 CE1和 CE2上配置连接 PC 的接口加入 VLAN 10和VLAN20

    3. 在 PE1和PE2 上配置基本 QinQ，为收到的来自 VLAN 10和VLAN20 的帧打上 VLAN 100 的 Tag，并在发出时剥离 Tag，分别实现两端 VLAN 10 和VLAN20各自的 PC 互通

  • 实验解法

    1. 配置IP地址

    2. 如图在 CE1和 CE2 上创建 VLAN 10和VLAN20，把连接 PC 的接口以 Access 类型加入对应的 VLAN 10和VLAN20，连接上行交换机的接口配置为 Trunk，并允许 VLAN 10 和 VLAN20通过，步骤略

    3. 配置 QinQ，为收到的来自 VLAN 10 和 VLAN20 的帧打上 VLAN 100 的 Tag，并在发出时剥离 Tag，实现两端 VLAN 10和VLAN20 各自的 PC 互通

      步骤 1：在 PE上创建 VLAN 100，配置连接 用户 的接口类型为 Trunk，允许 VLAN 100 通过，并把接口 PVID 设置为 VLAN 100。并在该端口上使能 QinQ
步骤 2：在 PE 上配置连接 P设备 的接口类型为 Trunk，运行 VLAN 100 通过
步骤 3：在 P设备 上创建 VLAN 100，把连接 PE 和 SW3 的接口都配置为 Trunk，并允许 VLAN 100 通过
​
[PE1]int g1/0/1
 port link-type trunk
 port trunk permit vlan  100
 port trunk pvid vlan 100 把接口PVID设置成100
 qinq enable  --在接口上使能qinq
[PE1]int g1/0/2
 port link-type trunk
 port trunk permit vlan  100
 
[PE2]int g1/0/2
 port link-type trunk
 port trunk permit vlan 100
 port trunk pvid vlan 100
 qinq enable
[PE2]int g1/0/1
 port link-type trunk
 port trunk permit vlan  100
 
 
[P]vlan 100
[P]int range g1/0/1 g1/0/2
[P-if-range]port link-type trunk 
[P-if-range]port trunk permit vlan 100

  • 验证效果:

    • 在PE连接P设备的链路上开启抓包,让PC6pingPC8,PC7pingPC9,发现icmp报文分别被封装了VLAN10,VLAN20的内层tag和VLAN100的外层tag

      image-20241128213705319

      image-20241128213805776

灵活QinQ

  • 实验拓扑

    image-20241128213853170

  • 注意

    • 此实验需要在模拟器中使用交换机型号 S6850

  • 实验需求

    1. 按照图示配置IP地址

    2. 按照图示在 CE 上配置连接 PC 的接口分别加入 VLAN 10 和 VLAN 20

    3. 在 PE上通过 VLAN Mapping 方式配置灵活 QinQ，为收到的来自 VLAN 10 的帧打上 VLAN 100 的 Tag，来自 VLAN 20 的帧打上 VLAN 200 的 Tag，实现两端 VLAN 10 和 VLAN 20 的 PC 互通

  • 实验解法

    1. 配置 IP 地址部分略

    2. 在 CE 上创建 VLAN 10 和 VLAN 20，把连接 PC6 和 PC8 的接口以 Access 类型加入 VLAN 10，连接 PC7 和 PC9 的接口加入 VLAN 20，连接上行交换机的接口配置为 Trunk，并允许 VLAN 10 和 VLAN 20 通过，步骤略

    3. 配置灵活 QinQ，为收到的来自 VLAN 10 的帧打上 VLAN 100 的 Tag，来自 VLAN 20 的帧打上 VLAN 200 的 Tag，实现两端 VLAN 10 和 VLAN 20 的 PC 互通

      步骤 1：在 PE上创建 VLAN 10、VLAN 20、 VLAN 100 和 VLAN 200，配置连接CE 的接口类型为 Hybrid，Tagged 放行 VLAN 10 和 VLAN 20，Untagged 放行 VLAN 100 和 VLAN 200
步骤 2：在 PE的接口上配置 VLAN Mapping，把 VLAN 10 映射至 VLAN 100，VLAN 20 映射至 VLAN 200
步骤 3：配置 PE连接P 的接口类型为 Trunk，允许 VLAN 100 和 VLAN 200 通过
步骤 4：在 P上创建 VLAN 100 和 VLAN 200，把连接 SW1 和 SW3 的接口都配置为 Trunk，并允许 VLAN 100 和 VLAN 200 通过
​
[PE1]
[PE1]vlan 10 
[PE1-vlan10]vlan 20
[PE1-vlan20]vlan 100
[PE1-vlan100]vlan 200
[PE1-vlan200]int g1/0/1
[PE1-GigabitEthernet1/0/1]port link-type hybrid 
[PE1-GigabitEthernet1/0/1]port hybrid vlan 10 20 tagged 
[PE1-GigabitEthernet1/0/1]port hybrid vlan 100 200 untagged 
​
[PE1-GigabitEthernet1/0/1]vlan mapping nest single 10 nested-vlan 100
[PE1-GigabitEthernet1/0/1]vlan mapping nest single 20 nested-vlan 200
​
[PE1]int g1/0/2
[PE1-GigabitEthernet1/0/2]port link-type trunk 
[PE1-GigabitEthernet1/0/2]port trunk permit vlan 100  200
​
​
[PE2]
[PE2]vlan 10 
[PE2-vlan10]vlan 20
[PE2-vlan20]vlan 100
[PE2-vlan100]vlan 200
[PE2-vlan200]int g1/0/2
[PE2-GigabitEthernet1/0/2]port link-type hybrid 
[PE2-GigabitEthernet1/0/2]port hybrid vlan 10 20 tagged 
[PE2-GigabitEthernet1/0/2]port hybrid vlan 100 200 untagged 
​
[PE2-GigabitEthernet1/0/2]vlan mapping nest single 10 nested-vlan 100
[PE2-GigabitEthernet1/0/2]vlan mapping nest single 20 nested-vlan 200
​
[PE2]int g1/0/2
[PE2-GigabitEthernet1/0/1]port link-type trunk 
[PE2-GigabitEthernet1/0/1]port trunk permit vlan 100  200
​
[P]
[P]vlan 100
[P-vlan100]vlan 200
[P]int range g1/0/1 g1/0/2
[P-if-range]port link-type trunk 
[P-if-range]port trunk permit vlan 100 200

  • 验证效果：在 PE连接P的链路上开启抓包后，使用 PC6 Ping PC8，可以发现 ICMP 报文分别被封装了 VLAN 10 和 VLAN 100 的 Tag；使用 PC7 Ping PC9，可以发现 ICMP 报文分别被封装了 VLAN 20 和 VLAN 200 的 Tag

    image-20241128215856300

    image-20241128215925321

基本 QinQ 实验
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