VLAN(Virtual LAN)은 개별 LAN(Local Area Network)들을 잇는 브리지가 브리지로 이어진 네트워크와 함께 제공하는 가상 LAN으로, IEEE 802.1Q-2022가 이 브리지를 정한다.[1] 프레임이 속한 VLAN은 VLAN 태그에 실린 식별자로 나타내고, 브리지는 VLAN마다 프레임을 내보낼 포트를 따로 둔다.[2][3] VLAN은 스테이션의 논리적 그룹을 관리하기 쉽게 하며, 같은 VLAN의 스테이션은 한 LAN에 있는 것처럼 통신하고 VLAN 사이의 트래픽은 제한된다. VLAN 브리지와 스테이션을 관리해 스테이션을 VLAN에 더하거나 빼거나 VLAN 사이로 옮긴다.[4]
VLAN 태그
IEEE 802.1Q-2022는 VLAN 태그를 정한다. C-VLAN(Customer VLAN) 태그는 EtherType 0x8100을 쓴다.[2][5] 태그가 프레임의 어디에 들어가는지는 이더넷 프레임에서 다룬다.
태그 안에서 프레임의 우선순위를 0부터 7까지의 값으로 나타내는 3비트 필드를 PCP(Priority Code Point)라 한다.[2] 프레임의 drop_eligible 파라미터를 싣는 필드를 DEI(Drop Eligible Indicator)라 한다.[3] 프레임이 속한 VLAN을 가리키는 12비트 값을 VID(VLAN Identifier)라 한다.[2]
VLAN 태그는 두 필드가 차례로 이어진 것이다. 앞의 TPID(Tag Protocol Identifier)는 태그의 종류를 가리키는 EtherType을 담은 2옥텟(16비트) 필드이고, 뒤의 TCI(Tag Control Information)는 2옥텟 필드로 VLAN 태그에서는 PCP, DEI, VID를 담는다. 이 표준의 Annex G가 보이는 IEEE 802.3 프레임의 예에서, TPID와 TCI를 합친 4옥텟은 출발지 주소 바로 뒤에 온다.[4]
VLAN을 가리키는 VID는 1부터 4094까지이고, 0과 4095(0xFFF)는 VLAN 번호로 쓰지 않는다. 그래서 쓸 수 있는 VID는 4094개다.[2] 이 표준은 VID 0을 null VID로 두며, 태그가 우선순위 정보만 싣고 프레임에 VID가 없다는 뜻이다.[4]
IEEE 802.1Q-2005는 태그의 TCI에서 PCP와 VID 사이의 1비트를 CFI(Canonical Format Indicator)로 두었고[6], IEEE 802.1Q-2022는 태그에 DEI를 둔다.[3] 이 표준은 DEI를 TCI 첫 옥텟의 비트 5인 1비트로 두는데, 이 비트는 이전 판들이 C-VLAN 태그에서 CFI로 쓰던 비트다. DEI는 포트의 Use_DEI 파라미터가 참이면 drop_eligible 파라미터를 싣는다. Use_DEI의 기본값은 거짓이고, 거짓이면 DEI를 0으로 보내고 받을 때는 무시한다. 큐에서 drop_eligible이 참인 프레임을 지울 확률은 거짓인 프레임보다 낮으면 안 되고, 큐 관리 알고리즘은 drop_eligible이 참인 프레임을 먼저 버리는 것이 권장된다.[4]
IEEE 802.3-2022는 태그 없는 basic frame의 최대 길이를 1518옥텟으로, VLAN 태그를 넣은 Q-tagged frame의 최대 길이를 1522옥텟으로 정하고[7], 이더넷 MAC(Medium Access Control)과 스위치 칩도 이 두 길이까지를 정상 길이로 받는다.[8][9]
IEEE 802.1ad-2005는 서비스 제공자가 IEEE 802.1Q의 구조와 프로토콜로 여러 고객에게 서로 분리된 LAN에 해당하는 서비스를 제공하게 하는 provider bridge를 정했다.[10] S-VLAN(Service VLAN) 태그는 EtherType 0x88A8을 쓴다.[2][5] 이 값은 IEEE 802.1ad가 처음 들였고, IEEE 802.1Q-2011에 합쳐졌다.[2] provider bridge 네트워크는 C-VLAN 태그와 S-VLAN 태그를 함께 단 프레임을 코어로 나를 수 있고, 이때 S-VLAN 태그 뒤의 데이터는 C-VLAN 태그로 시작한다. C-VLAN 태그를 코어로 나르지 않는 provider bridge 네트워크도 있다.[4] KSZ9477S는 서비스 제공자가 고객의 태그 위에 둘째 태그를 덧붙이는 double tagging(Q-in-Q)을 지원하며, 바깥 태그는 출발지 주소 바로 뒤에 오고 TPID가 안쪽 태그와 다르다.[8]
포트와 VLAN 분류
개별 LAN 위의 서로 다른 VLAN의 프레임은 VLAN 태그로 구분된다. 브리지 포트는 VLAN 태그가 있는 프레임의 VLAN을 태그의 VID 값으로 정하고, VID 변환 표를 지원하면 이 값을 변환해 쓸 수 있다. VLAN을 모르는 단말은 태그 없는 프레임만 주고받으며, 그 프레임의 VID는 프레임을 분류하는 브리지 포트가 정한다.[4] 브리지는 이런 태그 없는 프레임과 우선순위만 태그된 프레임을 받으면, 받은 포트에 설정된 PVID(Port VLAN Identifier)의 VLAN에 넣는다.[11]
KSZ9477S는 802.1Q VLAN 모드에서 태그의 VID로 VLAN 테이블을 찾고, 태그 없는 프레임이나 null VID 프레임은 들어온 포트의 기본 VID로 찾는다.[8]
IEEE 802.1v-2001은 데이터 링크 계층의 프로토콜 식별로 들어오는 프레임을 분류하는 규칙을 IEEE 802.1Q에 더했다.[12]
태그를 붙이고 떼기
IEEE 802.1Q-2022는 VID마다 프레임을 내보낼 포트의 집합(member set)과, 그 가운데 태그 없이 내보낼 포트의 집합(untagged set)을 둔다.[3][11] 이 표준은 브리지가 프레임의 VID에 대한 member set에 들지 않는 포트를 프레임을 내보낼 후보 포트에서 빼도록 정한다.[4]
KSZ9477S는 VLAN 기능을 켜면 들어온 태그 없는 프레임에 포트의 기본 태그를 붙이고, VLAN 테이블 항목에서 untag를 켠 포트로 프레임이 나갈 때 태그를 뗀다. Egress VLAN Filtering 비트를 켜면 주소 조회로 정한 포트 가운데 VLAN 테이블의 port membership에 든 포트로만 보내며, 이 비트의 기본값은 0이다.[8]