IEEE 802.1Q
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1. 개요
IEEE 802.1Q는 이더넷 프레임에 VLAN (Virtual LAN) 정보를 추가하기 위한 표준으로, 프레임에 32비트의 태그를 삽입하여 최대 4,094개의 VLAN을 지원한다. 이 태그는 TPID(Tag Protocol Identifier), PCP(Priority Code Point), DEI(Drop Eligible Indicator), VID(VLAN Identifier) 필드로 구성되며, 프레임의 우선순위와 VLAN 식별 정보를 제공한다. 802.1Q는 이중 태깅(Double Tagging)을 지원하여 ISP(Internet Service Provider)가 고객의 VLAN 트래픽을 처리할 수 있게 하며, MVRP(Multiple VLAN Registration Protocol)를 통해 브리지 간 VLAN 설정을 동적으로 협상한다. 또한, 1998년에 처음 출시된 이후 여러 차례 개정을 거쳐, STP, MSTP, PFC, SPB 등 다양한 기능을 포함하며 지속적으로 발전하고 있다.
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IEEE 802.1D는 IEEE 802.1 워킹 그룹에서 표준화한 MAC 브리지의 표준 규격으로, 브리지 연결 및 스패닝 트리 프로토콜(STP) 등을 포함하며, 여러 버전이 존재한다.
| IEEE 802.1Q | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | IEEE 802.1Q |
| 설명 | IEEE 네트워킹 표준, VLAN 지원 |
| 발표 기관 | IEEE |
| 기능 | |
| 주요 기능 | 가상 LAN (VLAN) 지원 |
| VLAN 멤버십 결정 | 프레임의 포트 또는 포트/프로토콜 조합 (포트 기반 또는 포트-프로토콜 기반 VLAN 분류에 따라 다름) |
| 기술 정보 | |
| 표준 | IEEE 802.1 |
2. 프레임 포맷
802.1Q는 원래 프레임을 실제로 캡슐화(encapsulate)하지 않는다. 그 대신 이더넷 프레임에 대하여 출발지 MAC 주소와 원래 프레임의 이더타입/길이 필드들 사이에 32비트 필드를 추가하여 최소 및 최대 프레임 크기를 64 및 1,518 바이트 (옥텟)에서 64 및 1,522 바이트로 확장한다.[25] TPID (태그 프로토콜 식별자, tag protocol identifier)를 위해 두 개의 바이트가 사용되며 다른 2바이트는 TCI(태그 제어 정보, tag control information)를 위해 쓰인다. TCI 필드는 더 나아가 PCP, DEI, VID로 분리된다.[25]
| 16 비트 | 3 비트 | 1 비트 | 12 비트 |
|---|---|---|---|
| TPID | TCI | ||
| PCP | DEI | VID | |
- TPID: IEEE 802.1Q 태그 프레임으로서 프레임을 식별하기 위해 0x8100의 값으로 설정된 16비트 필드. 이 필드는 태그되지 않은 프레임에서 이더타입/길이 필드와 동일한 위치에 있으므로, 태그되지 않은 프레임과 일반 프레임을 구별하는데 사용할 수 있다.
- TCI
- * PCP(Priority Code Point): IEEE 802.1p 우선 순위를 가리키는 3비트 필드. 프레임의 우선 순위를 가리킨다. 값은 0(최고 작용)부터 7(가장 높음)까지이다. 1은 가장 낮은 우선 순위를 가리킨다.
- * DEI(Drop Eligible Indicator): 1비트 필드.(이전에는 CFI[26][27]) PCP와는 별도로, 또는 결합해서 쓰이며 트래픽이 혼잡해질 때 제거되기 적합한 프레임들을 가리키는데 사용된다.[28]
- * VID(VLAN Identifier): VLAN이 어느 프레임에 속하는지를 결정하는 12비트 필드. 0x000, 0xFFF의 값이 예비로 보존된다. 다른 모든 값들은 VLAN 식별자들로 사용될 수 있으며 최대 4,094개의 VLAN까지 허용한다. 예비값 0x000은 프레임이 어떠한 VLAN에도 속하지 않음을 나타낸다. 이 경우 802.1Q는 우선 순위만 지정하고 이를 우선 순위 태그(''priority tag'')로 참조한다. 브리지에서는 VLAN 1 (기본 VLAN ID)이 관리 VLAN을 위해 예비로 자주 보존되며, 이는 업체에 따라 다르다.
2. 1. 태그 구조
802.1Q 태그는 이더넷 프레임의 출발지 MAC 주소와 이더타입/길이 필드 사이에 삽입되는 32비트 필드이다.[25] 이 태그는 TPID(Tag Protocol Identifier)와 TCI(Tag Control Information) 두 부분으로 구성된다.
| 16 비트 | 3 비트 | 1 비트 | 12 비트 |
|---|---|---|---|
| TPID | TCI | ||
| PCP | DEI | VID | |
- '''TPID(Tag Protocol Identifier):''' IEEE 802.1Q 태그 프레임으로서 프레임을 식별하기 위해 0x8100의 값으로 설정된 16비트 필드이다.[25] 이 필드는 태그되지 않은 프레임에서 이더타입/길이 필드와 동일한 위치에 있으므로, 태그되지 않은 프레임과 일반 프레임을 구별하는데 사용할 수 있다.
- '''TCI(Tag Control Information):''' 16비트 필드로, 다음과 같은 하위 필드를 포함한다.[25]
- * '''PCP(Priority Code Point):''' IEEE 802.1p 우선 순위를 가리키는 3비트 필드이다. 프레임의 우선 순위를 나타내며, 값은 0(최고 작용)부터 7(가장 높음)까지이다. 1은 가장 낮은 우선 순위를 가리킨다.
- * '''DEI(Drop Eligible Indicator):''' 1비트 필드이다. (이전에는 CFI[26][27]) PCP와는 별도로, 또는 결합해서 쓰이며 트래픽이 혼잡해질 때 제거되기 적합한 프레임들을 가리키는데 사용된다.[28]
- * '''VID(VLAN Identifier):''' VLAN이 어느 프레임에 속하는지를 결정하는 12비트 필드이다. 0x000, 0xFFF의 값이 예비로 보존된다. 다른 모든 값들은 VLAN 식별자들로 사용될 수 있으며 최대 4,094개의 VLAN까지 허용한다. 예비값 0x000은 프레임이 어떠한 VLAN에도 속하지 않음을 나타낸다. 이 경우 802.1Q는 우선 순위만 지정하고 이를 우선 순위 태그(''priority tag'')로 참조한다. 브리지에서는 VLAN 1 (기본 VLAN ID)이 관리 VLAN을 위해 예비로 자주 보존되며, 이는 업체에 따라 다르다.
2. 1. 1. TPID (Tag Protocol Identifier)
TPID는 IEEE 802.1Q 태그 프레임으로서 프레임을 식별하기 위해 0x8100의 값으로 설정된 16비트 필드이다.[25] 이 필드는 태그되지 않은 프레임에서 이더타입/길이 필드와 동일한 위치에 있으므로, 태그되지 않은 프레임과 일반 프레임을 구별하는데 사용할 수 있다.| 16 비트 | 3 비트 | 1 비트 | 12 비트 |
|---|---|---|---|
| TPID | TCI | ||
| PCP | DEI | VID | |
2. 1. 2. TCI (Tag Control Information)
TCI(Tag Control Information)는 16비트 필드로, VLAN 관련 제어 정보를 담고 있다.[25]
| 16 비트 | 3 비트 | 1 비트 | 12 비트 |
|---|---|---|---|
| TPID | TCI | ||
| PCP | DEI | VID | |
TCI 필드는 다음과 같이 세분된다.
- PCP(Priority Code Point): IEEE 802.1p 우선 순위를 가리키는 3비트 필드이다. 프레임의 우선 순위를 나타내며, 값은 0(최고 작용)부터 7(가장 높음)까지이다. 1은 가장 낮은 우선 순위를 가리킨다.
- DEI(Drop Eligible Indicator): 1비트 필드이다.(이전에는 CFI[26][27]) PCP와는 별도로, 또는 결합해서 쓰이며 트래픽이 혼잡해질 때 제거되기 적합한 프레임들을 가리키는데 사용된다.[28]
- VID(VLAN Identifier): VLAN이 어느 프레임에 속하는지를 결정하는 12비트 필드이다. 0x000, 0xFFF의 값이 예비로 보존된다. 다른 모든 값들은 VLAN 식별자들로 사용될 수 있으며 최대 4,094개의 VLAN까지 허용한다. 예비값 0x000은 프레임이 어떠한 VLAN에도 속하지 않음을 나타낸다. 이 경우 802.1Q는 우선 순위만 지정하고 이를 우선 순위 태그(''priority tag'')로 참조한다. 브리지에서는 VLAN 1 (기본 VLAN ID)이 관리 VLAN을 위해 예비로 자주 보존되며, 이는 업체에 따라 다르다.
2. 2. 이중 태깅 (Double Tagging)
IEEE 802.1ad 표준은 이중 태깅을 지원한다. 이중 태깅은 인터넷 서비스 제공자(ISP)가 이미 VLAN 태그가 있는 고객의 트래픽을 처리하면서, 내부적으로 VLAN을 사용할 수 있게 해준다. 외부 S-TAG(서비스 태그)는 ISP VLAN을 나타내며 소스 MAC 주소 다음에 오고, 그 뒤에 내부 C-TAG(고객 태그)가 온다. 802.1ad는 서비스 제공자의 외부 S-TAG에 대해 0x88a8의 TPID를 지정한다.
3. 관련 프로토콜
IEEE 802.1Q는 다중 VLAN 등록 프로토콜(MVRP)을 정의하며, 이는 브리지들이 특정 링크에서 사용할 VLAN 집합을 협상할 수 있게 한다. MVRP는 2007년에 IEEE 802.1ak-2007 개정판을 통해 GARP VLAN 등록 프로토콜(GVRP)을 대체했다. 2003년 표준 개정판은 다중 스패닝 트리 프로토콜(MSTP)을 처음으로 포함했는데, 이는 원래 IEEE 802.1s에서 정의되었다.
4. 개정 이력
IEEE 802.1Q는 다중 VLAN 등록 프로토콜(MVRP)을 정의하며, 이는 다중 등록 프로토콜의 응용으로, 브리지들이 특정 링크에서 사용할 VLAN 집합을 협상할 수 있도록 한다. MVRP는 2007년에 IEEE 802.1ak-2007 개정판을 통해 더 느린 GARP VLAN 등록 프로토콜(GVRP)을 대체했다.
IEEE 802.1Q는 추가 확장 프로젝트가 활발하게 진행되고 있으며, 각 그룹이 정리한 사양을 모두 포함하는 형태로 개정을 계속하고 있다. 2023년 현재, 다음과 같은 판이 있다.
- IEEE 802.1Q-1998: "가상 브리지 로컬 영역 네트워크(Virtual Bridged Local Area Networks)"로 초판 출시
- IEEE 802.1Q-2003
- IEEE 802.1Q-2005
- IEEE 802.1Q-2011
- IEEE 802.1Q-2014: "브리지 및 브리지 네트워크(Bridges and Bridged Networks)"로 개칭
- IEEE 802.1Q-2018
- IEEE 802.1Q-2022
1998년 초판에서는 태그 VLAN의 사양이 규정되었다. 이 사양은 규격 명칭에서 "Dot-1Q VLAN"이라고 불리기도 한다.
2002년에 IEEE 802.1s에서는 STP(스패닝 트리 프로토콜)를 VLAN용으로 확장한 MSTP (Multiple STP)가 규정되었다. 이 기능은 2003년 판에 포함되었다.
2005년에 IEEE 802.1ad에서는 VLAN의 이중 태그가 규정되었다. 이 기능은 2011년 판에 포함되었다.
2007년에 IEEE 802.1ak로 규정된 Multiple Registration Protocol(MRP)과 그 VLAN 버전인 MVRP (Multiple VLAN Registration Protocol)에서는 트렁크 포트를 사용하는 각 VLAN에 대해 동적으로 등록 및 삭제가 가능하게 되었다. 기존 GARP (Generic Attribute Registration Protocol) 및 GVRP (VLAN용 GARP)보다 빠른 처리가 가능한 것으로 제안되었다. 이 기능은 2011년 판에 포함되었다.
2011년에 IEEE 802.1Qbb로 규정된 PFC (Priority-based Flow Control)에서는 우선 순위별 흐름 제어가 가능하게 되었다. 이 기능은 2014년 판에 포함되었다.
2012년에 IEEE 802.1aq로 규정된 SPB(최단 경로 브리징)에서는 다중 경로 연결 및 경로 부하 분산이 가능해졌으며, 4096×4096개의 VLAN을 처리할 수 있게 되었다. 이 기능은 2014년 판에 포함되었다.
2014년 판에서는 IEEE 802.1D에 포함되어 있던 다음 내용이 모두 포함되었으며, 이후에도 802.1Q로 유지 관리되고 있다.
- MAC 브리지 기본 동작: 프레임 송수신, 전송 처리, 주소 학습, 필터링
- MAC 브리지 관리 기능: MAC 주소 엔트리, 전송 통계, 필터링 엔트리, STP 상태
- 스패닝 트리 프로토콜: RSTP 사양, BPDU 형식
4. 1. 주요 개정 내용
IEEE 802.1Q는 다중 VLAN 등록 프로토콜(MVRP)을 정의하며, 이는 다중 등록 프로토콜의 응용으로, 브리지들이 특정 링크에서 사용할 VLAN 집합을 협상할 수 있도록 한다. MVRP는 2007년에 IEEE 802.1ak-2007 개정판을 통해 더 느린 GARP VLAN 등록 프로토콜(GVRP)을 대체했다.IEEE 802.1Q는 추가 확장 프로젝트가 활발하게 진행되고 있으며, 각 그룹이 정리한 사양을 모두 포함하는 형태로 개정을 계속하고 있다. 2023년 현재, 다음과 같은 판이 있다.
- IEEE 802.1Q-1998: "가상 브리지 로컬 영역 네트워크(Virtual Bridged Local Area Networks)"로 초판 출시
- IEEE 802.1Q-2003
- IEEE 802.1Q-2005
- IEEE 802.1Q-2011
- IEEE 802.1Q-2014: "브리지 및 브리지 네트워크(Bridges and Bridged Networks)"로 개칭
- IEEE 802.1Q-2018
- IEEE 802.1Q-2022
1998년 초판에서는 태그 VLAN의 사양이 규정되었다. 이 사양은 규격 명칭에서 "Dot-1Q VLAN"이라고 불리기도 한다.
2002년에 IEEE 802.1s에서는 STP(스패닝 트리 프로토콜)를 VLAN용으로 확장한 MSTP (Multiple STP)가 규정되었다. 이 기능은 2003년 판에 포함되었다.
2005년에 IEEE 802.1ad에서는 VLAN의 이중 태그가 규정되었다. 이 기능은 2011년 판에 포함되었다.
2007년에 IEEE 802.1ak로 규정된 Multiple Registration Protocol(MRP)과 그 VLAN 버전인 MVRP (Multiple VLAN Registration Protocol)에서는 트렁크 포트를 사용하는 각 VLAN에 대해 동적으로 등록 및 삭제가 가능하게 되었다. 기존 GARP (Generic Attribute Registration Protocol) 및 GVRP (VLAN용 GARP)보다 빠른 처리가 가능한 것으로 제안되었다. 이 기능은 2011년 판에 포함되었다.
2011년에 IEEE 802.1Qbb로 규정된 PFC (Priority-based Flow Control)에서는 우선 순위별 흐름 제어가 가능하게 되었다. 이 기능은 2014년 판에 포함되었다.
2012년에 IEEE 802.1aq로 규정된 SPB(최단 경로 브리징)에서는 다중 경로 연결 및 경로 부하 분산이 가능해졌으며, 4096×4096개의 VLAN을 처리할 수 있게 되었다. 이 기능은 2014년 판에 포함되었다.
2014년 판에서는 IEEE 802.1D에 포함되어 있던 다음 내용이 모두 포함되었으며, 이후에도 802.1Q로 유지 관리되고 있다.
- MAC 브리지 기본 동작: 프레임 송수신, 전송 처리, 주소 학습, 필터링
- MAC 브리지 관리 기능: MAC 주소 엔트리, 전송 통계, 필터링 엔트리, STP 상태
- 스패닝 트리 프로토콜: RSTP 사양, BPDU 형식
참조
[1]
웹사이트
802.1Q-2014 - Bridges and Bridged Networks
http://www.ieee802.o[...]
[2]
간행물
Minimum PDU size
IEEE 802.1Q Annex G.2.3
[3]
웹사이트
Inter-Switch Link and IEEE 802.1Q Frame Format
https://www.cisco.co[...]
Cisco Systems
2019-09-26
[4]
간행물
IEEE 802.1Q-2011 clause 9.6
[5]
간행물
I.4 Traffic types and priority values
IEEE 802.1Q
[6]
간행물
IEEE 802.1Q-2005 clause 9.6
[7]
간행물
IEEE 802.1Q-2011 clause 6.9.3
[8]
간행물
VLAN Tag Control Information
IEEE 802.1Q-2005, 9.6
[9]
간행물
Tag Protocol Identifier (TPID) formats
IEEE 802.1Q-2011 clause 9.4
[10]
citation
Understanding Baby Giant/Jumbo Frames Support on Catalyst 4000/4500 with Supervisor III/IV
http://www.cisco.com[...]
[11]
웹사이트
802.1Q-2014 - Bridges and Bridged Networks
http://www.ieee802.o[...]
[12]
간행물
MSTP overview
IEEE 802.1Q-2022, Clause 13.5
[13]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 9.5
[14]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 11.2
[15]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 8.5
[16]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 8.6
[17]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 8.7
[18]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 8.8
[19]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 12.5
[20]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 12.6
[21]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 12.7
[22]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 8.10
[23]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 13.4
[24]
간행물
IEEE 802.1Q-2022, Clause 14
[25]
간행물
IEEE 802.1Q-2011 clause 9.6
[26]
문서
[27]
간행물
IEEE 802.1Q-2005 clause 9.6
[28]
간행물
IEEE 802.1Q-2011 clause 6.9.3
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