VLAN (Virtual LAN) — 동일한 Ethernet 스위치에 연결된 장치들을 논리적으로 분리하여 별개의 네트워크로 나누는 기술. 물리적 배선이 아닌 소프트웨어(스위치 설정·태그)로 근거리 통신망을 구성한다.
개념
- 하나의 물리 스위치에 여러 VLAN을 구성해 동일 포트 그룹끼리만 통신하도록 격리.
- 같은 스위치에 연결되어 있어도 VLAN이 다르면 서로 Broadcast·Unicast가 도달하지 않음.
- 차량 Ethernet 백본에서 도메인 격리(예: ADAS, Infotainment, 진단 트래픽 분리)에 활용 가능.
구분 방식
1. Port-based VLAN
- Port 번호 기반으로 VLAN 소속 결정.
- 예:
VLAN 1 = {Port 1, 2, 3, 4},VLAN 2 = {Port 5, 6, 7, 8}. - 수신 포트의 VLAN에 따라 프레임이 해당 VLAN 소속으로 처리.
- 스위치 내부 설정만으로 구성 가능 — 프레임 자체는 수정되지 않음.
2. Tagged VLAN (IEEE 802.1Q)
- Ethernet 프레임에 802.1Q 태그를 삽입해 VLAN을 구분.
- 클라이언트 → 스위치 수신 시: 스위치가 해당 포트의 VLAN 정보를 태그로 부착.
- 스위치 → 다른 장치 송신 시: 포트의 VLAN과 프레임의 VLAN이 일치하면 태그 제거 후 전송, 불일치하면 차단.
3. Protocol-based VLAN
- 프로토콜 유형(IP 주소, MAC 주소, TCP/UDP 포트 번호)에 따라 VLAN 구분.
- IEEE 802.1v-2001 표준.
- 예: IPX 트래픽 vs IPv4 트래픽 분리.
4. MAC-based VLAN
- 송신 MAC 주소에 따라 VLAN 결정. (IEEE 802.1v 계열)
IEEE 802.1Q 태그 구조
Ethernet 프레임의 Source MAC 뒤에 4 Byte 태그 삽입 — 기존 프레임 구조와 호환되며 TPID 값으로 태그 존재 여부를 판별.
| Dst MAC | Src MAC | [802.1Q Tag 4B] | EtherType | Payload | FCS |태그 필드
| 필드 | 크기 | 내용 |
|---|---|---|
| TPID | 16 bit | Tag Protocol ID — 고정 값 0x8100 (VLAN Tagged Frame 표시) |
| TCI | 16 bit | Tag Control Info = PCP + CFI + VID |
| ├ PCP | 3 bit | Priority Code Point — 우선순위 (802.1p) |
| ├ CFI | 1 bit | Canonical Format Indicator (Ethernet = 0, Token Ring = 1) |
| └ VID | 12 bit | VLAN Identifier — 0과 0xFFF 제외 4,094개 VLAN 구별 |
IEEE 802.1p (Priority Tag)
802.1Q 태그 내 PCP 3 bit에 트래픽 등급(CoS, Class of Service)을 부여해 우선순위를 구현.
| UP | CoS 약어 | 등급 |
|---|---|---|
| 7 | NC | Network Control (최고) |
| 6 | VO | Voice |
| 5 | VI | Video |
| 4 | CL | Controlled Load |
| 3 | EE | Excellent Effort |
| 0 | BE | Best Effort (기본) |
| 2 | — | — |
| 1 | BK | Background (최저) |
- 0이 기본, 7이 최고 우선순위.
- 일반적인 10진수 순서(1 < 2 < …)와 달리 0 = 기본, 1 = 최저라는 점 유의.
- 차량 Ethernet에서 제어 트래픽과 멀티미디어의 QoS 구분 수단으로 활용 (Ethernet AVB/TSN과 결합).
Trunk 포트
복수 스위치 간 VLAN 통신을 위한 특수 포트. 여러 VLAN의 프레임을 하나의 링크로 전송.
- 트렁크 포트는 VLAN 종류와 무관하게 프레임을 전송.
- 트렁크로 나갈 때는 VLAN 태그를 유지 (제거하지 않음).
- 상대 스위치의 트렁크 포트로 들어온 프레임을 각 VLAN 포트로 분배할 때 태그 제거.
결과적으로 두 스위치 간 하나의 물리 링크로 여러 VLAN이 안전하게 구분되어 이동.
통신 처리 절차 (Tagged VLAN)
- 클라이언트 → 스위치: 스위치가 수신 포트의 VLAN 정보를 802.1Q 태그로 부착.
- 스위치 내부: VLAN 소속 포트로만 프레임 전달.
- 스위치 → 클라이언트: 포트 VLAN과 프레임 VLAN 비교 → 일치하면 태그 제거 후 전송, 불일치 시 차단.
- 스위치 → 트렁크: 태그 유지한 채 다른 스위치로 전달.
차량 Ethernet에서의 활용
- 트래픽 분리: 진단(DoIP), 멀티미디어(Ethernet AVB), 제어 데이터 등 용도별 VLAN 구성.
- 우선순위 제어: 802.1p CoS로 실시간 제어 트래픽에 높은 우선순위 부여. PCP 3 bit는 IEEE 802.1Qav FQTSS의 SR Class A/B 매핑에 사용.
- Zonal 아키텍처: Zone Controller 간 VLAN으로 도메인 격리 (자동차 E·E 아키텍처).