基于三层交换机协议栈的Voice VLAN设计

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【摘要】 利用IP 数据包，通过专线点对点联结进行语音通信的VoIP（voice over IP）技术，因即能保证通话的服务等级、质量，又节省单独信道使用成本，成为大多数运营商采用的一种技术。本文着重介绍了一种保证点对点联结的语音技术Voice Vlan，并对其在三层交换机中的实现进行了详细论述，最后对voice vlan的前景进行展望。

【关键词】 语音VLAN 组织唯一标识符 应用程序接口 访问控制链表

一、Voice VLAN背景

Voice VLAN属于一种辅助VLAN（Virtual Local Area Network虚拟局域网），其主要目的在于将语音和数据通过VlAN隔离出来，防止突发数据流量对Voice VLAN内的语音流量的冲击，提供可靠的语音和视频服务。设备通过识别端口的语音流，将对应的接入端口加Voice Vlan中，使得语音数据集中在Voice VLAN中进行传输，对语音流进行有针对性的QOS（Quality of Service，服务质量）配置，提高语音流量的传输优先级，保证通话质量[1]。

二、Voice VLAN设计原理

图1所示Voice VLAN拓扑参考结构，PC1机通过与VoIP 1串连后接入交换机A的Ethernet1/1端口，PC2机通过与VoIP 2串连后接入交换机A的Ethernet1/2端口。其中VoIP 1支持发出的是Tag语音流（携带有Voice VLAN的VLAN Tag），VoIP 2发出的是Untag语音流。Voice VLAN设为VLAN2，用来传输语音数据， VLAN4、6为业务数据VLAN。端口Ethernet1/1和Ethernet1/2识别语音数据与数据业务，分配服务通道将业务不同QOS发送到交换机B，交换机B将语音及数据业务分别发送至语音网关和服务器。

Voice Vlan在交换机A上转发的具体流程设计如下：①交换机A全局配置VLAN2、4、6， VLAN2为Voice Vlan，VLAN4、6为数据VLAN，预设OUI地址：000f-e234-1234、000f-2200-0000。②VoIP1为自动获取IP 地址和Voice VLAN 信息的IP 电话，Ethernet1/1端口加入VLAN2、4，设置PVID（PORT VLAN ID， 端口VLAN标识）为数据VLAN4，由于VoIP1设备是支持自动获取Voice VLAN设备，可设为自动模式。当收到的Tag语音，根据Tag 中的VLAN ID将报文在相应的VLAN 内进行转发。对于Untag数据报文，在默认VLAN4中传输。在自动模式时，如果一段时间后，该端口没有再次收到源MAC地址符合OUI地址的报文，将自动退出Voice VLAN，这段时间也称为Voice VLAN的老化时间。③Voip2为手工配置IP 地址的电话，发送不带VLAN Tag 的语音报文，Ethernet1/2端口加入VLAN2、6。由于自动模式的端口不支持接收不带Tag 的语音流，所以Ethernet1/2 端口只能配置为手动模式，同时将缺省VLAN 2 设置为Voice VLAN。当报文通过时，端口将根据OUI，对符合OUI的报文，在Voice VLAN中传播，源地址不合法的报文将直接被丢弃（包括一些认证报文，如802.1x认证报文）。因此在手动Voice VLAN中同时传输Untag语音和数据业务，使能安全模式，数据业务会被丢弃，如要传输数据，只能转发带Tag的数据报文。

三、Voice VLAN程序设计

利用三层交换机中协议栈中的访问控制链表进行实现图2所示voice vlan拓扑功能。

3.1 主要数据结构

在整个voice vlan函数中，我们需要生成Voice Vlan全局状态变量，及端口状态变量用来记录交换机及端口的最新状态。

3.2 主要API接口功能

3.2.1 Voice vlan全局状态查询API接口

此API接口函数调用Voice Vlan全局状态变量，流程图2通过不同分支跳转查取当前交换机Voice vlan状态信息。

3.2.2 Voice vlan设置全局状态API接口

此API接口函数主要对voice vlan全局状态控制，如流程图3所示，设置ID标识，voice vlan信号量，ACL访问控制链表，老化时间等状态。

3.2.3 voice vlan端口状态查询API接口

此API接口函数调用Voice Vlan端口状态变量，图4通过不同分支跳转查取当前端口的Voice vlan状态信息。

3.2.4 voice vlan端口设置API接口

此API接口函数主要对voice vlan端口状态控制，如流程图5所示，使能voice vlan端口控制，端口ACL访问控制链表加载，端口模式设置，端口安全等级设置等。

四、voice valn配置实现

针对图1的拓扑结构，我们可进行如下配置以实现Voice VLAN通信功能[3]

交换机A全局配置：使能Vlan2、4、6，Vlan2设为Voice Vlan，设置1800s的老化时间，预设OUI地址

五、结束语

Voice Vlan作为VLAN的衍生技术，用户只需要在全局和端口下进行简单的配置，开启Voice VLAN功能，即可对语音数据进行分类处理，而不需要配置复杂的二层ACL 和QoS，也不必关心各规则的匹配顺序以及下发至端口造成的其他问题，保证用户的通话质量。

本程序模块在设计中参照IEEE 802.1Q Virtual Bridged Local Area Network标准，目前已在三层交换机协议栈上应用。

参 考 文 献

[1] H3C Voice_VLAN技术白皮书（V1.00）

[2] FHN 张鹏 Voice VLAN软件详细设计说明书

[3] FHN 张鹏 Voice VLAN软件概要设计说明书