[OSI 7 Layer] Layer2 - VLAN Trunk 동작

VLAN 기술 중 하나인 802.1q Trunk 동작원리에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

Switch Interlink 

 

스위치 두 대가 있고 각각의 vlan 1번, 2번, 3번 pc들이 연결되어 있는 상태에서 vlan 1번에 연결된 서버에서 frame을 전송을 하면 첫 번째 스위치는 내부에서 frame에 1번 tag를 붙이고 내보낼 때는 tag를 다시 떼고 1번 포트로 frame을 내보낼 것입니다. 그리고 2번 스위치의 1번 vlan 포트로 보내면 2번 스위치 내부에서는 1번 tag를 다시 붙이고 내보낼 때는 tag를 떼고 1번 포트로 frame을 내 보낸 후 서버로 전송할 것입니다. 

 

이렇게 vlan 정보를 떼고 frame만 내보는 포트 시스코에서는 엑세스 포트라고 이야기하고 다른 곳에서는 tag를 떼고 보낸다고 해서 untagged port라고도 합니다. 

 

Trunk Port의 필요성

 똑같이 스위치 두 대가 있고 각각의 vlan 1번, 2번, 3번 서버들이 연결되어 있는 상태에서 vlan 1번에 연결된 서버에서 frame을 전송을 하면 첫 번째 스위치는 내부에서 frame에 1번 tag를 붙이고 내보낼 때는 tag를 다시 뗄 것입니다 하지만 이때 첫 번째 스위치의 vlan 1번 포트가 두 번째 스위치의 1번 포트에 연결되어 있지 않고 2번 포트를 연결되어 있는 경우 frame은 2번 포트로 들어간 후 스위치는 frame에 2번 태그를 달아서 vlan 1번, 3번으로 나가지 못하고, 첫 번째 스위치의 1번 vlan 과 두 번째 스위치의 2번 vlan 과 통신하는 문제가 발생하게 됩니다. 

 

서로 다른 스위치의 vlan 1번은 1번 끼리 vlan 2번은 2번끼리 통신을 하게 하려면 vlan 1번은 1번 끼리 vlan 2번은 2번끼리 연결을 해줘야 합니다. 만약 vlan이 50개라고 한다면 스위치와 스위치 사이에 50개를 연결해야 합니다. 만약 48포트 스위치라고 한다면 서버는 연결도 하지 못하고 vlan도 48개만 연결이 가능합니다.

 

따라서 해당 문제를 해결하기 위해 스위치와 스위치 사이에 각각의 vlan 별로 연결되는 구간을 없애고 trunk라는 포트를 만들어서 그 포트를 통해서 정보를 전달시킬 때는 vlan 정보를 떼지 말고 기존에 vlan 정보를 전달하는 기술을 만들게 됩니다. 

 

이 경우 vlan 1번에 연결된 서버에서 frame을 전송하게 되면 스위치에서 frame에 1번 tag를 달고 내보낼 때는 tag를 떼지 않고 해당 vlan 정보를 단 채로 trunk 포트로 내보내게 됩니다. 그러면 다른 스위치의 입장에서는 vlan 1번이라는 것을 알고 vlan 1번 포트로 frame을 내 보낼 수 있게 됩니다. 

 

각각의 vlan끼리 개별적으로 연결할 필요 없이 기존에 vlan 정보를 달고 내보냄으로써 서로 같은 vlan끼리 통신할 수 있게 만들어 줍니다. CISCO에서는 trunk 포트라고 부르고 다른 vendor에서는 tagged port라고도 부릅니다. 

 

 

802.1q 구조 

802.1q구조그림

두 대의 스위치 간에 vlan 정보를 전달하려고 하면 vlan 정보를 인식할 수 있어야 합니다. 따라서 vlan에  tag 정보를 달아서 내보내는 약속된 표준 방식이 필요합니다. 그게 바로 802.1q입니다. 

 

프레임에 vlan 정보가 추가로 사이에 들어가게 되는데 그게 4바이트 정보가 들어가게 됩니다. 그것을 바로 802.1q vlan tag라고 합니다.

 

그 4 bytes 내용 중에 맨 앞에 2 bytes는 뒤에 나오는 정보가 vlan이라는 정보라는 것을 알려주기 위한 tag protocol ID 0x8100을 세팅해서 보내게 됩니다. 해당 tag는 switch만 인식할 수 있습니다. 

 

그다음 3 bits 데이터가 있는데 그것은 802.1p라고 합니다. layer2에서 qos를 하기 위한 값입니다. 

그다음 1 bit 토큰링에서 사용하는 MAC address 체계와 이더넷에서 사용하는 MAC address 체계는 다릅니다. 따라서 우리가 사용하는 것이 토큰링 방식이냐 이더넷 방식인지를 알려주는 것이 canonical format indicator라고 합니다. 하지만 현재는 토큰링 방식을 사용하지 않기 때문에 해당 bit도 qos를 할 때 사용되고 있습니다. 

 

해당 프레임이 몇 번 vlan 인지에 대한 정보는 마지막 12bits에 저장이 됩니다. 

 

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[OSI 7 Layer] Layer2 - Native VLAN 필요성 및 동작 원리