徐 蓓，肖萍萍

(武漢郵電科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074)

隨著NGN/3G的大規(guī)模部署，運(yùn)營商開始希望能夠在數(shù)據(jù)接入網(wǎng)上承載更加多樣化的業(yè)務(wù)，來降低運(yùn)營成本。但是隨著用戶數(shù)量的大規(guī)模增加和業(yè)務(wù)類型的多樣化，傳統(tǒng)的VLAN技術(shù)由于受VLAN數(shù)量的影響，已經(jīng)不能滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，為了滿足在傳統(tǒng)的接入網(wǎng)上承載具有不同QoS需求的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接入網(wǎng)具有有效的業(yè)務(wù)識別和業(yè)務(wù)隔離，QinQ技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)對VLAN(Virtual Local Area Network)數(shù)量進(jìn)行了有效擴(kuò)展，可以支持4096×4096的規(guī)模，進(jìn)而有效解決現(xiàn)階段VLAN技術(shù)中遇到的瓶頸［1］。

1 MSAP的介紹

MSAP(多業(yè)務(wù)接入平臺)是定位于城域網(wǎng)邊緣接入層，基于成熟的SDH技術(shù)，融合其他各種接入技術(shù)的綜合平臺，汲取了SDH傳輸平臺中組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便、保護(hù)可靠等優(yōu)點(diǎn)，通過EOS(Ethernet Over SDH)將成熟的SDH技術(shù)滲透到以太網(wǎng)應(yīng)用中，從而實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)安全可靠的傳送并有效保證運(yùn)營商接入層網(wǎng)絡(luò)具備較強(qiáng)的可持續(xù)發(fā)展能力和IP業(yè)務(wù)支撐能力。MSAP可以通過點(diǎn)對點(diǎn)透傳、L2匯聚+透傳和以太共享環(huán)這3種方式處理以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，其中匯聚加透傳是指MSAP可以在系統(tǒng)內(nèi)部提供2層交換功能，即在用戶的業(yè)務(wù)接口與傳輸網(wǎng)鏈路之間，提供基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的交換，并可以通過對各個(gè)用戶接口劃分VLAN的方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離，再將不同類型業(yè)務(wù)匯聚后的數(shù)據(jù)流通過點(diǎn)到點(diǎn)透傳至MSTP網(wǎng)的終結(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

2 QinQ原理

2.1 幀結(jié)構(gòu)

VLAN(虛擬局域網(wǎng))可以根據(jù)用戶不同需求將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分為一個(gè)個(gè)功能相對獨(dú)立的網(wǎng)段，而與設(shè)備的物理位置無關(guān)［2］。VLAN的規(guī)范由IEEE 802.1Q(后簡稱802.1Q)協(xié)議規(guī)定，它在普通的以太網(wǎng)幀格式(如圖1所示)的基礎(chǔ)上增加了4 byte用來表示IEEE 802.1Q的標(biāo)簽，如圖2所示，802.1Q標(biāo)簽中的前2 byte表示標(biāo)簽協(xié)議標(biāo)識(Tag Protocol Identifier，TPID)，由于幀長度和類型小于0x8100，所以當(dāng)MAC目的地址后面的字節(jié)是8100就能表明此數(shù)據(jù)包并非普通的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，而是帶802.1Q標(biāo)簽的數(shù)據(jù)幀。后2 byte表示標(biāo)簽控制信息(Tag Control Information TCI)，其中priorityzhe3位表示幀的優(yōu)先級，一共有23種優(yōu)先級，用戶可以針對不同業(yè)務(wù)的重要性設(shè)置不同的優(yōu)先級別［3］。VLAN Identified(vlanid)是一個(gè)12位域，一共212個(gè)［4］。QinQ的數(shù)據(jù)幀有固定的格式，在802.1Q的標(biāo)簽之上再打一層標(biāo)簽，QinQ的數(shù)據(jù)幀比802.1Q的標(biāo)簽幀多4 byte，如圖3所示。在雙層VLAN標(biāo)簽的以太網(wǎng)幀中，內(nèi)層VLAN標(biāo)簽的TPID根據(jù)不同廠家，有不同的取值。

2.2 按端口劃分VLAN

802.1 Q協(xié)議定義了基于端口的VLAN模型，根據(jù)對數(shù)據(jù)包標(biāo)簽的不同處理將端口的鏈路類型分為3種，即Access，Trunk 和 Hybrid［7］。

Access類型的端口只能屬于1個(gè)VLAN，一般定義它的pvid值就是該端口的vlanid，當(dāng)該端口接收到不帶VLAN標(biāo)示的數(shù)據(jù)包后，則在該數(shù)據(jù)包打上pvid的標(biāo)簽，當(dāng)端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，剝離標(biāo)簽，因此從Access端口出去的數(shù)據(jù)包都是不帶外層標(biāo)簽的，由于計(jì)算機(jī)端口不能識別標(biāo)簽，所以一般用于連接計(jì)算機(jī)的端口。

Trunk類型的端口可以屬于多個(gè)VLAN，其默認(rèn)的pvid為1，其pvid也可設(shè)置為端口所在VLAN的vlanid。當(dāng)接收不帶VLAN的數(shù)據(jù)包時(shí)，將數(shù)據(jù)包打上默認(rèn)pvid標(biāo)簽，在Trunk端口發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，不剝離標(biāo)簽，直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā);當(dāng)接收到帶VLAN的數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)識別數(shù)據(jù)包中帶的VLAN是否跟該端口所標(biāo)示的VLAN一致，如果是一致的則進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，如果不一致將丟棄該數(shù)據(jù)包。由于從Trunk端口出去的數(shù)據(jù)包都是帶標(biāo)簽的，一般用于交換機(jī)之間的連接端口。

Hybrid類型的端口可以屬于多個(gè)VLAN，可以接收和發(fā)送多個(gè)VLAN的數(shù)據(jù)包，其默認(rèn)的pvid為1，當(dāng)接收不帶標(biāo)簽的數(shù)據(jù)包時(shí)，將數(shù)據(jù)包打上默認(rèn)pvid標(biāo)簽，其與Trunk端口的區(qū)別在于，當(dāng)Hybrid端口發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，可以通過不同的設(shè)置選擇是否解標(biāo)簽，所以Hybrid端口既可以接計(jì)算機(jī)也可以接交換機(jī)。

3 QinQ在MASP中的實(shí)現(xiàn)方案

3.1 設(shè)計(jì)方案

在MSAP中業(yè)務(wù)卡由于本身局限性無法實(shí)現(xiàn)QinQ技術(shù)的情況下，通過對匯聚卡實(shí)現(xiàn)QinQ，將業(yè)務(wù)卡向匯聚卡匯聚，在匯聚卡的千兆網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)雙層標(biāo)簽的輸出。由于業(yè)務(wù)卡無法識別雙層標(biāo)簽數(shù)據(jù)包，所以必須保證雙標(biāo)簽經(jīng)過匯聚卡后，解掉外層標(biāo)簽。

本文主要是基于Marvell6095來驅(qū)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)靈活的QinQ。QinQ技術(shù)的封裝大致分為兩類，一類是基于端口的QinQ，通過對交換芯片端口的設(shè)置，完成不同的端口選擇加標(biāo)或者去標(biāo);另一類是基于數(shù)據(jù)流的QinQ，顧名思義就是不局限于端口的設(shè)置，而是根據(jù)不同業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行不同的設(shè)置［8］。本文是業(yè)務(wù)卡通過端口向GE卡匯聚實(shí)現(xiàn)QinQ，因此采用的是基于端口的QinQ。

業(yè)務(wù)卡通過機(jī)框的背板總線向匯聚卡作向上匯聚(如圖4所示)，不同槽號業(yè)務(wù)卡的MII口匯聚到Marvell6095不同的百兆口，最后匯聚業(yè)務(wù)通過Marvell6095的千兆口輸出。業(yè)務(wù)卡通過交叉連接盤配置業(yè)務(wù)、接SDH設(shè)備，再經(jīng)過E1協(xié)轉(zhuǎn)和光纖收發(fā)器將2M業(yè)務(wù)接到用戶端，用戶端接電腦時(shí)業(yè)務(wù)端口模式用Access，接交換機(jī)時(shí)端口模式用Trunk。具體實(shí)現(xiàn)步驟如圖5所示。

1)針對匯聚卡的兩個(gè)千兆口設(shè)置QinQ使能。由于匯聚卡的千兆口是與MSTP設(shè)備對接，針對不同的需求，用戶可能需要兩個(gè)千兆口對應(yīng)不同的業(yè)務(wù)，一個(gè)是雙層標(biāo)簽，一個(gè)是單層標(biāo)簽。

2)設(shè)置端口保護(hù)，千兆口業(yè)務(wù)量大，一旦鏈路發(fā)生問題，后果較嚴(yán)重，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置端口保護(hù)，一旦設(shè)置保護(hù)后，當(dāng)一個(gè)端口的業(yè)務(wù)出現(xiàn)問題，另外一個(gè)端口仍然可以正常工作，設(shè)置端口保護(hù)后，兩個(gè)千兆口的VLAN設(shè)置和QinQ設(shè)置自動(dòng)保持一致。

3)業(yè)務(wù)盤的MII上聯(lián)口加入內(nèi)層標(biāo)簽，匯聚盤的百兆口和千兆口既要加入內(nèi)層標(biāo)簽又要加入外層標(biāo)簽，且百兆口和千兆口加入外層標(biāo)簽時(shí)的模式不同，以保證從千兆口輸出的數(shù)據(jù)包是雙層標(biāo)簽，從百兆口出去的數(shù)據(jù)包是單層標(biāo)簽。

3.2 偽代碼

調(diào)用Marvell6095提供的API函數(shù)根據(jù)用戶設(shè)置外層標(biāo)簽還是外層標(biāo)簽，對端口做不同設(shè)置。

調(diào)用Marvell6095芯片的API函數(shù)設(shè)置內(nèi)層標(biāo)簽:

調(diào)用Marvell6095的API函數(shù)設(shè)置外層標(biāo)簽:

4 以太網(wǎng)測試儀抓包驗(yàn)證

以太網(wǎng)測試儀抓包驗(yàn)證截圖如圖6～圖11所示。

5 小結(jié)

QinQ技術(shù)的出現(xiàn)，不僅解決了傳統(tǒng)802.1Q VLAN數(shù)量緊缺的問題，而且大大減少VLAN規(guī)劃復(fù)雜性和標(biāo)簽的占用，通過對內(nèi)層標(biāo)簽和外層標(biāo)簽的設(shè)置，對業(yè)務(wù)進(jìn)行區(qū)分并分流，最終保證不同業(yè)務(wù)的QoS［4］。本實(shí)現(xiàn)方案已成功運(yùn)用在作者所屬單位的MSAP_622設(shè)備中。

本文的創(chuàng)新點(diǎn):1)在設(shè)備本身不具備QinQ功能的情況下，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)QinQ;2)在實(shí)現(xiàn)QinQ的基礎(chǔ)上，通過提供QinQ使能和端口保護(hù)，保證滿足不同用戶的多樣需求。

［1］胡逾峰.QinQ技術(shù)的原理及在上海電信的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，2007(3):27－28.

［2］王軍，林其偉.基于以太網(wǎng)的寬帶接入技術(shù)［J］.電視技術(shù)，2003，27(5):23－25.

［3］邊永濤.靈活QinQ技術(shù)在校園網(wǎng)中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2010(4):125－126.

［4］董喜明.QinQ技術(shù)在城域以太網(wǎng)組網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2005(6):18－20.

［5］IEEE802.1Q，Local and metropolitan area network virtual bridged local area network［S］.1998.

［6］IEEE802.1Q，Local and metropolitan area network virtual bridged local area network［S］.2006.

［7］邊永濤，左明.QinQ模式下標(biāo)簽透傳的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010(19):4158－4160.

［8］劉琪.基于Marvell芯片的全靈活QinQ的驅(qū)動(dòng)及研究［J］.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2011(3):92－94.