作者：胡濱

    在當前的城域網領域，以太網已經是最熱門的解決技術之一。

    事實上，當前很多運營商都在城域網上實施以太網業務。然而，以太網技術向城域網延伸必然要面臨和解決許多棘手的問題，例如突破4096個VLAN數的限制、透明LAN業務連接、服務質量保證等一系列問題。在城域以太網中有三種“服務透傳”技術原理和服務模式，即IEEE802.1QVLAN、Q-in-QVLAN和MAC-in-MAC（或 M-in-M）技術。

    基于IEEE802.1QVLAN技術

    IEEE802.1Q是虛擬橋接局域網的正式標準，它定義了同一個物理鏈路上承載多個邏輯子網VLAN的方法。IEEE802.1Q在標準的IEEE802.3以太幀結構中加入4個字節，這4個字節統稱為虛擬局域網標簽（VLANTag）。

    從服務的角度來看，我們對VLANTag標簽中最感愛好的是VLANID和UserPRiority（優先級）兩個域，其中VLAN ID是一個12位的域，可以支持4096個VLAN實例，User Priority是一個3位的幀優先級，共有8種優先級，0－7。企業利用VLAN技術來設計他們的內部網絡，以太數據幀能夠通過非凡的標識符和優先級，即是VLAN ID和User Priority來區別不同的網絡流量。當以太網向城域網延伸和擴展時，基于IEEE 802.1Q VLAN技術在VLAN配置的透明性和VLAN數擴展性上帶來了極大的限制，然而它依然是以太網“服務透傳”技術中非常重要的不可缺少的技術。

    （注：文中將在使用的術語前面添加“C-”或著“P-”，分別表示用戶網絡或者運營商網絡的以太幀。例如，C-VLANID表示用戶網絡以太幀的VLANID；P-VLANID表示運營商網絡以太幀的VLAN Tag；E-LAN Service表示基于以太網的多點到多點的連接服務（Any-to-Any）； E-Line Service表示基于以太網的點到點的連接服務。）

    基于Q-in-QVLAN技術

    IEEE802.1QVLAN技術的透明性問題直接導致了Q-in-Q技術的產生，目的就是讓城域以太網運營商提供對用戶VLAN配置完全透明的服務。當運營商在UNI處收到用戶發出的以太網幀后，就把一個P-VLANTag標簽添加到用戶IEEE 802.1Q Tag 標簽標記的以太幀。

    P-VLANTag標簽是嵌在以太網源MAC地址和目的MAC地址之后。每個P-VLAN Tag標簽包含一個12位的P-VLAN ID，可支持4096個VLAN實例；P-VLAN CoS域包含3位，支持8個級別的優先級；P-EtherType域通常使用除8100h之外的數值, 表明這一個 P-VLAN Tag標簽不是一個標準的IEEE 802.1Q VLAN Tag標簽。P-CFI域設定為零。

    用戶網絡中C-VLAN的治理

    在基于Q-in-Q網絡中，運營商為每個VLAN服務實例分配一個P-VLANID，然后把用戶的C-VLANID實例映射到這些P-VLANID上。因此，用戶的C－VLAN ID就被保護起來。例如，假定一個用戶希望使用C-VLAN ID 50，51和52通過E-Line Service服務，穿透運營商的網絡連接另一物理位置的用戶網絡。運營商為承擔這種穿透服務，分配了P-VLAN ID 100來完成此項接入工作。運營商會把用戶的C-VLAN ID 50、51和52通過UNI接口映射到P-VLAN ID 100。

    結果，用戶能夠根據業務的要求自由地分配自己網絡中的C-VLAN數目和設置這些C-VLANCoS域的優先級。

    用戶/運營商網絡MAC地址的隔離和學習

    Q-in-Q技術不支持在運營商網絡和用戶網絡之間進行MAC地址隔離。當把Q-in-Q作為E-LANService服務使用時，運營商的交換機必須要學習網絡中所有的MAC地址,無論他們是否來自運營商網絡還是用戶網絡。當一臺新的主機被增加到用戶的網絡時，這個新的MAC地址必定被運營商網絡的交換機學習得到。這將使得運營商網絡和用戶網絡被連通，使得運營商網絡看起來如同一臺巨大的交換機。

    用戶/運營商網絡控制協議的透傳性

    用戶網絡開啟使用的大部分以太網控制協議，不能夠與運營商的網絡設備相互作用。例如，用于用戶網絡的生成樹協議(SpanningTreeProtocol，STP)實例不能與被用于運營商網絡的STP 實例相互作用。因此,運營商網絡需要提供“隧道”讓用戶的STP BPDU（Bridge Protocol Data Unit）得以通過。BPDUs可以被看作能被目的MAC地址識別，但不能被VLAN Tag標簽關聯的數據包。例如，生成樹協議（STP）能被目的 MAC 地址1-80-C2-00-00-00識別。 Q-in-Q協議不提供區別用戶網絡和運營商網絡的BPDUs，因為每個實體的BPDUs可能包含有相同的MAC地址，并且相同的MAC地址是不被支持的。這樣，將會引起不可預知的網絡行為，因為運營商的網絡設備不能夠區分用戶網絡和運營商自己的（BPDUs）。目前，IEEE工作組正在尋找取消這種限制的解決辦法，使得運營商網絡的BPDUs，能夠使用放置不同位置的目的（用戶）MAC地址。

    服務的區分和擴展性

    從用戶使用一個UNI接口連接3個不同的服務來看，用戶通過C-VLANID來區分不同的用戶C-VLAN，他們被分別映射到相應的運營商網絡P-VLAN實例中。但是，每個P-VLAN實例要求具有唯一的P-VLANID號，而每個P-VLANID域由12位構成，所以運營商網絡也僅僅能夠支持建立4096個服務實例。為了提高城域以太網絡的可擴展性，致使一種隧道技術用于重疊Q-in-Q P-VLAN ID。按照這樣的思路，4096VLAN實例中的每一個實例，在相互隔離隧道中，可以通過并穿過聚集網絡，在這樣的網絡結構里，將需要OAM(Operation運行，Administration治理，Maintenance維護)工具來高效治理這些重疊的P-VLAN ID。

    流量工程

    使用P-VLAN的CoS域來指明以太幀的優先級，支持8個不同的優先級。

    Q-in-Q網絡保持用戶網絡傳遞的C-VLANTag標簽不被改變。運營商把分配給用戶的P-VLANID和P-VLANCoS映射到用戶網絡規定的C-VLAN ID和C-VLAN CoS，而P-VLAN ID和P-VLAN CoS一般來說分別用于識別服務和服務性能（CoS）。

    運營商網絡使用P-VLANID3000映射用戶網絡端聚集的C-VLAN組，即是C-VLANID 50號－69號，并透傳這些用戶VLAN到運營商網絡另一端;P-VLAN ID 3001映射用戶網絡端聚集的C-VLAN組，即是C-VLAN ID 70號－79號，并透傳到廣域網的另一端；最后，使用P-VLAN ID 4000映射用戶網絡端C-VLAN，即是C-VLAN IDs 100號，并透傳到運營商網絡的因特網網絡接口，提供因特網接入服務。

    用戶的C-VLAN中優先級域（CoS）的賦值能夠保持不被改變，并且能夠被映射到運營商的P-VLAN中幀優先級域（CoS）。例如，假定WANE-LineService服務提供三個級別的優先級——高級服務、貴賓服務和標準服務，分別對應P-VLANCoS域中6、4、2這3個賦值。用戶也可以在他們的網絡中使用這3個優先級為用戶C-VLAN的CoS域賦予不同的值。注重，用戶網絡同組的多個C-VLAN CoS域（優先級域）的值，可以配置為映射到運營商網絡中的同一個P-VLAN的CoS域（優先級域）。

    網絡互聯

    Q-in-Q技術可以點到點方式穿越多個AS域連接用戶，使用物理位置上分散的網絡。在用戶網絡接口（UNI）處，Q-in-Q網絡在用戶的以太幀中嵌入P-VLANTag標簽，并保持用戶的C-VLANTag標簽的完整性。假定用戶網絡有少于4096個VLAN實例，這些以太幀通過用戶網絡接口（UNI）所連接的城域接入網絡的P-VLANID，作為中繼經過城域聚集網絡，到達與另一個AS域（自治域）網絡相連接的網絡，再到網絡的接口（NNI）。在NNI處，這些以太幀可以經過隧道越過WAN網。

    基于MAC-in-MAC的隧道技術

    一種被稱為MAC-in-MAC（M-in-M）的隧道技術可以彌補Q-in-Q技術的不足。它包括用戶網絡／運營商網絡的MAC地址隔離、用戶網絡控制協議透傳性、服務的區分和擴展性等問題。M-in-M技術也同樣具有流量工程的能力。運營商網絡在用戶網絡接口（UNI）處，首先在來自用戶網絡的以太幀中，嵌入運營商網絡的源地址、目標地址、P-VLANTag標簽和ServiceLabel服務標簽等域。

    在M-in-M里P-VLANTag標簽與在Q-in-Q中的格式是一樣的，P-VLANID域仍然用于識別P-VLAN以及被它所映射的用戶C-VLANID。P-VALN CoS域確定幀優先級并支持流量工程。最后，服務標簽（Service Label）的Service ID域用于標識運營商網絡的服務實例，可提供1600百萬個服務實例。

    M-in-M網絡是基于運營商網絡MAC地址的數據交換和發送。因為交換和傳輸數據幀是在運營商網絡內部進行，用戶的以太幀等被封裝在M-in-M的隧道里，僅僅作為數據被傳輸，所以這項技術解決了答應用戶MAC地址和運營商網絡MAC地址的重疊。因為用戶的以太幀是經過隧道傳輸，而用戶和運營商網絡是分開和隔離的。

    用戶VLAN的治理

    運營商使用M-in-M技術在隧道中透明傳送用戶的以太幀通過運營商的網絡。在用戶網絡接口處，運營商把來自用戶的以太幀攜帶的C-VLANID和C-VLANCoS的值映射到規定的服務實例上，即與服務實例的ServiceID和P-VLAN CoS的值映射。結果，用戶能夠在自己的網絡中不受限制地分配C-VLAN ID和確定每一個C-VLAN的優先級（CoS）以符合自己的業務需要。

    運營商網絡的VLAN

    在M-in-M網絡中，P-VLANID答應把網絡劃分成相互隔離的區域或范圍并實施簡單的流量工程。這些VLAN能夠支持用戶網絡多個連接的服務實例。

    用戶網絡／運營商網絡MAC地址的隔離和學習

    基于M-in-M的隧道能夠隔離和區分用戶和運營商的MAC地址。因此，運營商網絡的MAC地址僅僅需要從運營商網絡范圍內的節點獲得。當運營商在自己的網絡中添加新的交換機，或在已存在的交換機上添加接口時，MAC地址的學習就會發生，這種學習MAC地址的方法更具有可預期性，使得運營商網絡運行得更加穩定,廣播幀會明顯減少，結果是用戶能夠使用更多的有效帶寬。

    服務的區分和擴展性

    M-in-M網絡中服務的識別分為兩部分：一部分是在用戶網絡接口（UNI）處被ServiceID識別,一個或多個用戶的C-VLANIDs被一個非凡的服務映射；另一部分是P-VLANID 識別，是在前面的服務實例識別結束后，由運營商的P-VLAN來識別并負責傳輸用戶以太幀。基于M-in-M技術的網絡分別能支持4096個P-VLAN實例和1600萬個服務實例。

    流量工程

    M-in-M使用P-VLANTag標簽來實施流量工程。在M-in-M網絡中，運營商能夠使用服務激活方式通過對P-VLANID和P-VLANCoS的控制操作網絡來支持不同等級的服務，并且每個P-VLAN都被設計成滿足不同的服務需求。因此，服務激活不同于傳統的網絡配置方式，它降低了網絡治理的復雜性，提高了一致性。運營商能夠快速把握服務激活的使用，因為它僅僅是一些圖形化的簡單操作。

    用戶網絡C-VLANTag標簽的保持和映射

    由于用戶的以太幀只是簡單的通過隧道穿越網絡,所以M-in-M網絡能夠保持用戶C-VLANTag標簽，運營商網絡能透明地傳送用戶的以太幀。假設規定某ServiceID作為指定的服務實例，那么運營商則分別把用戶提供的C-VLAN ID映射到該Service ID，把用戶的C-VLAN CoS映射到運營商指定的P-VLAN實例 CoS域上。假如進一步假定運營商使用P-VLAN 3000上開啟E-Line Service服務工作，并使用CoS域提供3個優先級——高級服務、貴賓服務和標準服務，用6、4和2分別映射用戶C-VLAN 的CoS域表示的優先級值5、6、7，3、4和0、1、2。

    用戶網絡控制協議的透傳

    既然用戶網絡的以太幀利用M-in-M隧道進行傳輸，那么它所有的網絡控制協議，也通過隧道透明地穿越運營商的網絡，這些控制協議在使用時，不受用戶網絡和運營商網絡的限制。基于用戶端網絡啟用的生成樹協議實例不能與運營商網絡啟用的生成樹協議相互作用，運營商必須使用“隧道”，讓用戶的生成樹協議的BPDUs通過網絡。以M-in-M技術的觀點來看，用戶的STPBPDUs以太幀通過隧道穿越運營商的網絡。因此，運營商和用戶都能夠同時在運營商的交換設備上，使用標準的STP目的MAC地址而沒有其他的附加條件。同時，答應運營商在現有網絡中的交換設備上，使用標準的BPDUMAC地址。

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    對“學習”和“BPDU”的解釋

    “學習”一詞起源于以太網環境中對透明網橋的主要功能的總體描述，因此在以太網中“學習”一詞是一個專有名詞。網橋既然是基于目標MAC地址作出轉發決定，因此文中“學習”一詞可理解是基于目標MAC地址主動學習功能：獲取、轉發、過濾和消除循環等功能。

    BPDU（BridgeProtocolDataUnit，網橋協議數據單元)是以太網交換機中一種非凡的以太幀，網橋為了讓其他網橋知道它的存在，必須向其他端口傳送這些小的信息包，網橋接收到這些BPDUs后便利用STA計算，網橋就可知道網絡上是否存在循環。

    BPDUs表示連續的多個網橋協議數據單元以太幀。