QuidwayS3500系列交换机之VPN解决方案

概述

Internet和ip技术的发展为提高企业内部的信息化程度提供了极大的便利。对于企业来说，实现不同地点网络的内部互联有两种选择，一种是建立自己的专用网络，但对于广大的中小企业来说，专网方式高昂的费用难以承受。另一种方式是虚拟专用网络，即VPN方式。

VPN是中小企业从自建专网向利用运营网络的重要途径。通过部署VPN，可利用广泛覆盖、高带宽的骨干运营网络来实现企业网的互连，可为企业节省大量的建设费用。

传统的IP VPN技术包括GRE/IPSec、L2TP等，主要采用的网络设备是路由器。近年来，随着三层交换机的不断成熟和大量应用，许多企业网和小型城域网用户都倾向于使用三层交换机来搭建骨干网，与路由器相比，三层交换机能够提供更高的转发速率且具有更加优越的性价比。然而，由于目前大部分交换机使用的Asic芯片都无法提供实现VPN所需的复杂功能，对于VPN这一蓬勃兴起的市场，中低端交换机一直只能袖手旁观。

Quidway S3552系列交换机的出现彻底改变了这一状况。凭借其采用的高性能Asic所提供的QinQ功能（或称作Nested VLAN），可以在公网上覆盖实现一个专用的二层网络，能够使运营商给客户提供便捷的VPN接入方式（VLAN VPN方式）。

QinQ是对802.1Q的扩展，其核心思想是将用户私网VLAN tag封装到公网VLAN tag上，报文带着两层tag穿越服务商的骨干网络，从而为用户提供一种较为简单的二层VPN隧道。其特点是简单而易于治理，不需要信令的支持，仅仅通过静态配置即可实现，非凡适用于小型的，以三层交换机为骨干的企业网或小规模城域网。

QinQ的基本原理

 图1基于802.1 Q协议的互联模式

图1为基于传统的802.1Q协议的网络，假设某用户的网络1和网络2位于两个不同地点，并分别通过服务提供商的PE1、PE2接入骨干网，假如用户需要将网络1的VLAN200-300和网络2的VLAN200-300互联起来，那么必须将CE1、PE1、P和PE2、CE2的相连端口都配置为Trunk属性，并答应通过VLAN200-300，这种配置方法必须使用户的VLAN在骨干网络上可见，不仅耗费服务提供商宝贵的VLAN ID资源（一共只有4094个VLAN ID资源），而且还需要服务提供商治理用户的VLAN号，用户没有自己规划VLAN的权利。

为了解决上述问题，QinQ协议向用户提供一个唯一的公网VLAN ID，这个非凡的VLAN ID被称作Customer-ID，将用户私网VLAN tag封装在这个新的Customer-ID中，依靠它在公网中传播，用户私网VLAN ID在公网中被屏蔽，从而大大地节省了服务提供商紧缺的VLAN ID资源，如图2所示。

图2 QinQ模式的基本原理

在QinQ模式下，PE上用于用户接入的端口被称作用户端口。在用户端口上使能QinQ功能，并为每个用户分配一个Customer-ID，此处为3，不同的PE上应该为同一网络用户分配相同的Customer-ID。当报文从CE1到达PE1时，带有用户内部网络的VLAN tag 200-300，由于使能了QinQ功能，PE上的用户端口将再次为报文加上另外一层VLAN tag，其ID就是分配给该用户的Customer-ID。此后该报文在服务提供商网络中传播时仅在VLAN 3中进行且全程带有两层VLAN tag（内层为进入PE1时的tag，外层为Customer-ID），但用户网络的VLAN信息对运营商网络来说是透明的。当报文到达PE2，从PE2上的客户端口转发给CE2之前，外层VLAN tag被剥去，CE2收到的报文内容与CE1发送的报文完全相同。PE1到PE2之间的运营商网络对于用户来说，其作用就是提供了一条可靠的二层链路。

可见，使用QinQ组建VPN具有如下特点：

l         无需信令来维持隧道的建立，通过简单的静态配置即可实现，免去了繁杂的配置，维护工作。

l         运营商只需为每个用户分配一个Customer-ID，提升了可以同时支持的用户数目；而用户也具有选择和治理VLAN ID资源的最大自由度（从1-4096中任意选择）。

l         在运营商网络的内部，P设备无需支持QinQ功能，即传统的三层交换机完全可以满足需求，极大地保护了运营商的投资。

l         户网络具有较高的独立性，在服务提供商升级网络时，用户网络不必更改原有的配置。

因此，无论是对于运营商还是用户来说，采用QinQ方式组建VPN都是一种低成本，简便易行，易于治理的理想方式。

QinQ典型组网

下面通过一个典型的组网方案来说明QinQ的应用。

如图3所示，该网有两个用户，用户1需要将自己在A点的VLAN 1-100和D点的VLAN 1-100连接起来，用户2需要将自己在B点的VLAN 1-200和C点的VLAN 1-200连接起来，传统的802.1Q组网是不可能实现这一需求的，因为两个用户所使用的VLAN ID号有冲突，但是利用QinQ却可轻易地实现这一需求。

图3 QinQ的典型组网范例

在图3中，中间的网络为服务提供商的网络，它由四台S3552实现VPN用户的接入（网络中可能还有其它交换机，此处为简单起见，略去），相互之间通过环状千兆链路连接实现链路备份，使能STP协议。这四台设备之间通过Trunk端口连接，可透传任意VLAN报文，为了达到自动VLAN学习的目的，还可启动GVRP协议。需要注重的是，所有这些二层协议只能在网络侧的端口使能，而不能在用户接入端口上使能，避免用户私有网络受到服务提供商网络的干扰。

用户1使用Customer-ID 30的QinQ端口进行接入，用户2使用Customer-ID 40的QinQ端口进行接入，保证它们在公网上通过Trunk端口进行传输，互不影响。

用户可在私网内部运行STP协议，实现链路备份。例如,用户1的A点使用了两条链路连到S3552，STP可自动地将一条链路断开，避免形成环路。注重，此时S3552的两个QinQ接入端口均不能使能STP协议，这是因为它们属于用户私网拓扑，与公网无关。

QinQ对其它特性的影响

由于在用户接入端口使能了QinQ，导致VPN用户的报文在网络上传播时带有两层VLAN tag，此时三层交换机的三层交换功能对于这种非凡的报文失效，因为交换机无法正确地获取报文内携带的IP地址等信息。但我们不必为此担心，因为VPN报文只在Customer-ID对应的VLAN内作二层转发，根本无需使用三层信息进行转发。而对于运营商网络内的其它普通报文，由于属于不同的VLAN，三层转发不会受到影响。

在使能QinQ的用户接入端口，仍然可以使用acl规则对报文进行流分类，流限速，重定向等qos/acl操作，这无疑有利于运营商面向不同用户提供不同层次的差别服务。对于用户来说，选择适合自己需求的服务能够节省开支；而运营商也可以借此吸引更广泛的用户对象。

总结

Quidway S3552的QinQ功能为小型城域网或企业网提供了一种轻量极的，简洁的二层VPN解决方案。该方案具有组网简单，网络投资小，用户治理灵活等多种优点，适用于以三层交换机为核心设备的网络。随着三层交换机的普及，QinQ将有更为广阔的应用空间。