「VLANの掟！」で理解する「tagVLAN」（タグVLAN）

二つ以上のスイッチを使って、同じ概念で設定したVLANを機能させることができるのが、「tagVLAN」です。「難しい」と敬遠されがちな「tagVLAN」の動作を「VLANの掟！」でどう説明できるか、二つのスイッチをtaggedポート同志で接続したネットワーク事例の動作を実際に机上検証してみましょう。

★IEEE802.1Q VLANの掟★

まず、おさらいです。
IEEE802.3Q VLAN対応のスイッチングHUBの概念的動作は、次の3か条の「掟」ですべてを説明できます。

1. 各ポートは、受信したフレームに次の処理をして、スイッチエンジンに渡す
   ・Taggedフレームはそのまま
   ・Untagフレームは当該ポートのPVIDの値を「VIDフィールド」に持つ「タグ」フィールドを追加（FCSも計算しなおしたうえで）
2. スイッチエンジンは、渡されたフレーム内「VIDフィールド」値をVIDにもつVLANに属するメンバポートに当該フレームを渡す
3. 渡された各ポートは、渡されたフレーム内の「タグ」に次の処理をし、宛先MACアドレスの学習状況にしたがって送信可能な場合外へ送信する
   ・自身が当該のVLANにおいてtaggedメンバに設定されている場合は、そのまま「タグ」フィールド付で
   ・自身が当該のVLANにおいてuntagメンバに設定されている場合は、「タグ」フィールドを削除して（当然FCSも計算しなおし）

tagVLANの事例を「VLANの掟」で説明できるか検証

では、二つのスイッチをtaggedポート同志で接続したネットワーク事例の動作を「掟」で検証してみましょう。図は「マルチプルVLAN」で検証した事例を拡張し、もう一つ追加したスイッチ側でも事務所PCのVLANと来客PCのVLANを持たせたネットワークの事例です。

1. 事務所PC2がインターネットに接続しようとルータにフレームを送ると、
   事務所PC2のMACアドレス「F」が右のスイッチの「ポート2」に学習され、
   「ポート2」のPVIDである「2」がVIDフィールドにセットされた「タグ」がフレームに追加されたうえで、スイッチエンジンに送られます。（掟第1条）
2. フレームを受けとったスイッチエンジンは、VIDフィールドの「2」をVIDにもつVLAN2のメンバであるポートの「ポート1」と「CPU」に当該フレームを転送します。（掟第2条）
3. 「ポート1」はVLAN2の「tagged」メンバなので、「ポート1」では転送されたフレームを「タグ」もそのまま、左のスイッチの「ポート4」に向けて送信します。（掟第3条）

4. 左のスイッチの「ポート4」は、右のスイッチから受信したフレームを付与されている「タグ」もそのまま、スイッチエンジンに渡します。（掟第1条）
5. フレームを受けとったスイッチエンジンは、
   VIDフィールドの「2」をVIDにもつVLAN2のメンバであるポートの「ポート1」と「CPU」に当該フレームを転送します。（掟第2条）
6. 「ポート1」はVLAN2の「untag」メンバなので、当該フレームから「タグ」を除去したうえで、ルータに向けて送信します。（掟第3条）

7. インターネット側から事務所PC2に向けて送られてくる応答を含むフレームは、ルータから「ポート1」に送られてきます。
   「ポート1」にはルータのMACアドレス「A」が学習されます。
   ルータから送信されたフレームはuntagフレームなので、「ポート1」のPVIDである「1」がVIDフィールドにセットされた「タグ」が追加されたうえで、スイッチエンジンに送られます。（掟第1条）
8. フレームを受けとったスイッチエンジンは、VIDフィールドの「1」をVIDにもつVLAN1のメンバである「ポート2」「ポート3」「ポート4」「ポートn」「CPU」のすべてに当該フレームを転送します。（掟第2条）
9. 図3のように
   「ポート4」がVLAN1のtaggedメンバに設定されている場合は転送されたフレームをそのまま、「ポート4」がVLAN1のuntagメンバに設定されている場合は転送されたフレームから「タグ」を除去して、
   右のスイッチの「ポート1」に対して送信します。（掟第3条）
   「ポート2」「ポート3」「ポートn」から送信するかどうかは、宛先MACアドレスの学習状況によります。
10. 右のスイッチの「ポート1」にuntagフレームが届いた場合は「ポート1」のPVIDである「1」をVIDフィールドにセットした「タグ」を追加して、
    図3のようにtaggedフレームが届いた場合は「タグ」もそのまま、
    スイッチエンジンにフレームを渡します。（掟第1条）
11. フレームを受けとったスイッチエンジンは、VIDフィールドの「1」をVIDにもつVLAN1のメンバである「ポート2」「ポート3」「CPU」のすべてに当該フレームを転送します。（掟第2条）
12. 「ポート2」はVLAN1の「untag」メンバなので、「ポート2」では転送されたフレームの「タグ」を除去して（事務所PC2に向けて）送信します。（掟第3条）
13. 仮に事務所PC1が事務所PC2のMACアドレス情報を持っていて事務所PC2あてのフレームを作成し送信した場合、1項と同様、当該フレームには「ポート2」のPVIDである「2」がVIDフィールドにセットされた「タグ」が追加されたうえで、スイッチエンジンに送られます。（掟第1条）

14. 事務所PC1が送信した事務所PC2のMACアドレス「F」あてのフレームのVIDフィールドは「2」であるため、スイッチエンジンはこのフレームをVLAN2のメンバである「ポート1」「ポート4」「CPU」に転送します。（掟第2条）
15. 左のスイッチの「ポート4」はVLAN2のtaggedメンバであるため、「ポート4」は転送されたフレームを「タグ」もそのまま右のスイッチに向けて送信します。（掟第3条）
16. 右のスイッチの「ポート1」に受信されたフレームはtaggedフレームであるため、そのまま、スイッチエンジンに渡されます。（掟第1条）
17. スイッチエンジンは「タグ」にセットされたVIDの「2」に合致するVLAN2のメンバであるポートにフレームを転送します。ここでは「ポート2」「CPU」が該当です。（掟第2条）
18. 「ポート2」はVLAN2の「untag」メンバなので、「ポート2」では転送されたフレームの「タグ」を除去して（事務所PC2に向けて）送信します。（掟第3条）（12項と同様）
19. 事務所PC2から事務所PC1へのフレーム送信も同様になることはお分かりでしょうか？
20. 来客PCと事務所PCの間の通信ができないことについても、同様にご自身で確認可能です。

まとめ

以上で、「tagVLAN」の動作が、「VLANの掟！」で説明できることが検証できました。

スイッチ間を行きかうフレームにtaggedフレームを使うことで、送り先のスイッチでもtagに指定したVLANのメンバポートにフレームを届けられるのが「tagVLAN」

「VLANの掟！」では、スイッチ内部でtagを使ってVLANの分離を実現していると理解します（掟第2条）。入り口ポートで受信したフレームがuntagフレームならPVIDのtagの追加を行い（掟第1条）、出口ポートではVLANへのメンバ設定に従ってtagを取り去るか（untagメンバ）、tagを付けたまま送信するか（taggedメンバ）している（掟第3条）のです。スイッチ間を行きかうフレームにtaggedフレームを使うことで、送り先のスイッチでもtagに指定したVLANのメンバポートにフレームを届けられるのが「tagVLAN」なのです。