文章目录
- 为什么需要QinQ
- QinQ应用场景有哪些
- QinQ报文格式
- QinQ有哪些实现方式
- QinQ是如何工作的
- QinQ相关技术
QinQ（802.1Q-in-802.1Q），也叫做VLAN Stacking或Double VLAN，由IEEE 802.1ad标准定义，是一项扩展VLAN空间的技术，通过在802.1Q标签报文的基础上再增加一层802.1Q的Tag来达到扩展VLAN空间的目的。一般应用在骨干网中，通过将用户私网VLAN Tag封装在公网VLAN Tag中，使报文带着两层VLAN Tag穿越运营商的骨干网络（公网），扩充VLAN数量，实现对用户的精细化管理。
为什么需要QinQ
IEEE 802.1Q中定义的VLAN ID只有12个比特，仅能表示4096个VLAN域，随着网络规模的扩大，4096个VLAN域已无法满足网络扩容的需求，为此，IEEE 802.1ad中在原有的802.1Q报文的基础上增加一层802.1Q Tag（也叫做VLAN Tag或标签），使VLAN数量增加到4094×4094，这种双层Tag的报文就叫做QinQ报文。
随着以太网的进一步发展以及运营商精细化运作的要求，QinQ的双层Tag又有了新的应用场景。它的内外层Tag可以代表不同的信息，如内层Tag代表用户，外层Tag代表业务。另外，QinQ报文带着两层Tag穿越运营商网络，内层Tag透明传送，也是一种简单、实用的VPN技术。
所以，QinQ产生的两大背景是：一是解决日益紧缺的VLAN ID资源问题；二是满足业务精细化管理的需求。
QinQ应用场景有哪些
在企业网中，可以不同的业务封装不同VLAN Tag，使不同的业务按需获取不同的资源。如下图所示，PC、VOIP、IPTV由于应用场景和需求不同，在企业内部属于不同的VLAN，访问公网时，针对不同的内层VLAN Tag添加不同的外层VLAN Tag。
- PC：内层VLAN Tag对应的VLAN ID是101，外层VLAN Tag对应的VLAN ID是1001
- VOIP：内层VLAN Tag对应的VLAN ID是301，外层VLAN Tag对应的VLAN ID是2001
- IPTV：内层VLAN Tag对应的VLAN ID是501，外层VLAN Tag对应的VLAN ID是3001
不同业务添加不同VLAN Tag
在运营商网络中，为节省运营商公网VLAN ID资源，用户在使用运营商网络传输报文时，内层使用不同的VLAN ID区分不同部门，外层使用相同的VLAN ID。如下图所示，不同区域部门的用户需要跨越运营商网络相互通信，为节省运营商VLAN ID，用户报文在运营商网络中转发时，统一都添加一层VLAN ID为3的Tag。
不同部门添加相同VLAN Tag
QinQ报文格式
QinQ报文有固定的格式，就是在802.1Q的标签之上再打一层802.1Q标签，QinQ报文比802.1Q报文多四个字节。这四个字节用作外层标签，即运营商网络的公网VLAN Tag。原802.1Q的Tag用作内层标签，即私网VLAN Tag。QinQ报文封装格式如下图所示。
QinQ封装格式
如下图所示，通过对802.1Q封装和QinQ封装的报文抓包，可以明显看出QinQ报文比802.1Q多了一层802.1Q标签。
QinQ报文
QinQ有哪些实现方式
根据识别报文的方式和添加外层标签的位置，QinQ的实现方式可以分为下面两种。
基于接口的QinQ封装
也叫做基本QinQ或QinQ隧道（QinQ Tunnel），就是对接口收到的所有报文都添加一层VLAN ID相同的外层Tag。基于流的QinQ封装
也叫做灵活QinQ，首先对进入接口的报文根据指定规则分类，然后对于不同类型的报文选择封装何种外层Tag。
例如：当同一企业的不同业务使用不同的VLAN ID时，可以根据VLAN ID进行对报文进行分类。假设PC上网的VLAN ID范围是101～200；IPTV的VLAN ID范围是201～300；大客户的VLAN ID范围是301～400。设备收到业务报文后，可以根据VLAN ID范围对不同的业务添加不同的外层Tag。对PC上网业务封装上外层Tag 100，对IPTV封装上外层Tag 300，对大客户封装上外层Tag 500。
常见的对报文分类的方式包括如下几种：
- 根据报文原有的VLAN ID进行分类，即根据报文原有内层VLAN ID添加不同的外层VLAN Tag。
- 根据报文原有的VLAN Tag中的802.1p优先级进行分类，即根据报文原有内层VLAN的802.1p优先级添加不同的外层VLAN Tag。
- 根据流策略进行精细分类，即根据QoS策略添加不同的外层VLAN Tag。该方式能够针对业务类型提供差别服务。
QinQ是如何工作的
在QinQ典型组网中，有两个重要的设备角色：CE（Customer Edge）设备和PE（Provider Edge ）设备。CE设备与用户相连，对用户报文封装第一层VLAN Tag，即内层VLAN Tag；PE设备是CE设备的下游设备，对CE设备转发过来的报文封装第二层VLAN Tag，即外层VLAN Tag。
如下图所示，部门A和部门B分布在不同的办公点，部门A和部门B通过运营商网络相互通信，部门A和部门B分别使用VLAN 10和VLAN 20进行通信，该企业仅申请到一个公网VLAN 3。当CE1和CE3对应的部门A的用户相互通信时，CE1用户发送到CE3用户的报文，VLAN Tag的添加和剥离流程如下。
- CE1收到用户报文时，对用户报文封装第一层VLAN Tag，对应的VLAN ID是10。
- PE1收到CE1转发的用户报文时，对用户报文再封装一层VLAN Tag，对应的VLAN ID是3。
- 报文携带两层VLAN Tag（内层VLAN Tag的VLAN ID是10，外层VLAN Tag的VLAN ID是3），从PE1设备传输到PE2设备。
- PE2收到报文从对应出接口转发报文时，会剥离掉外层VLAN ID是3的VLAN Tag。
- CE3收到报文时，报文仅携带一层VLAN ID为10的VLAN Tag。CE3设备转发报文时，会剥离掉这层VLAN ID为10的 VLAN Tag。
CE3用户发送到CE用户的报文，VLAN Tag的添加和剥离流程正好与上面流程相反。
QinQ标签添加和剥离流程
QinQ相关技术
VLAN Mapping
如上描述，通过QinQ技术可以实现两个VLAN相同的二层用户网络通过骨干网络互联，但是通过QinQ技术需要增加额外的报文开销（增加一层VLAN Tag）。通过VLAN Mapping技术也可以实现两个VLAN相同的二层用户网络通过骨干网络互联。
一侧用户网络的带有VLAN Tag的二层报文进入骨干网后，骨干网边缘设备将用户网络的VLAN（称为C-VLAN）修改为骨干网中可以识别和承载的VLAN（称为S-VLAN），传输到另一侧之后，边缘设备再将S-VLAN修改为C-VLAN。这样就可以很好的实现两个用户网络二层无缝连接。
VLAN Mapping还可以应用在另一种场景中，如果由于规划的差异，导致两个直接相连的二层网络中部署的VLAN ID不一致。但是用户又希望可以把两个网络作为单个二层网络进行统一管理。此时也可以在连接两个网络的交换机上部署VLAN Mapping功能，实现两个网络之间不同VLAN ID的映射，达到二层互通和统一管理的目的。VLAN Mapping的相关信息，请参考VLAN Mapping配置（S系列交换机）。
VXLAN
VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network），也称为虚拟可扩展LAN，顾名思义，VXLAN是一种扩展VLAN的网络虚拟技术。VXLAN作为NVO3技术之一，本质上也属于一种VPN技术，能够在任意路由可达的网络上叠加二层虚拟网络，通过VXLAN网关实现VXLAN网络内部的互通，同时，也可以实现与传统的非VXLAN网络的互通。另外，VXLAN通过引入了类似VLAN ID的用户标识，VXLAN网络标识VNI（VXLAN Network Identifier），由24比特组成，支持多达16M的VXLAN段，解决云计算中海量租户隔离的问题。VXLAN的相关信息，请参考VXLAN配置指南（S系列交换机）。
