IEEE802.1ad は、

IEEE 802.1adはIEEE 802.1Q-1998 ネットワーク規格の修正版であり、プロバイダーブリッジのサポートが追加されています。2011年に基本802.1Q規格に組み込まれました。^[1]この規格で規定されている技術は非公式にはスタックVLANまたはQinQと呼ばれています。

オリジナルの 802.1Q 仕様では、単一の仮想ローカル エリア ネットワーク(VLAN) ヘッダーをイーサネット フレームに挿入できます。QinQ では、複数の VLAN タグを単一のフレームに挿入できます。これは、メトロ イーサネットを実装するために不可欠な機能です。

複数の VLAN ヘッダーのコンテキストでは、便宜上、 802.1Q VLAN ヘッダーの代わりに、 VLAN タグまたは単にタグという用語がよく使用されます。QinQ では、イーサネット フレームに複数の VLAN タグを使用できます。これらのタグは、タグ スタックを構成します。イーサネット フレームのコンテキストで使用される場合、QinQ フレームは、2 つの VLAN 802.1Q ヘッダーを持つフレームです (つまり、二重にタグ付けされています)。

802.1ad は、ブリッジされたローカル エリア ネットワークの複数の独立したユーザーに、ユーザー間の協力を必要とせず、ユーザーと MAC サービスのプロバイダー間の協力を最小限に抑える方法で、メディア アクセス制御(MAC) サービスの個別のインスタンスを提供するためのアーキテクチャとブリッジ プロトコルを指定します。

たとえば、サービス プロバイダーが提供する VLAN 内で顧客が独自の VLAN を実行できるようにするというアイデアです。この方法では、サービス プロバイダーは顧客用に 1 つの VLAN を設定するだけで済み、顧客はその VLAN をトランクのように扱うことができます。

IEEE 802.1ad は次の理由で作成されました。

1. 802.1Q には 12 ビットの VLAN ID フィールドがあり、タグの制限は 2 ¹² (4096) 個です。ネットワークの拡大に伴い、この制限はさらに厳しくなっています。二重タグ付きフレームのタグの制限は 4096 × 4096 = 16777216 個で、これにより、ネットワークのさらなる拡大に対応できます。
2. 2 番目のタグを追加することで、VLAN ID フィールドを 12 ビットから 24 ビット (またはその他の大きな値) に単純に拡張しただけでは利用できなかった操作が可能になります。複数のタグ (タグ スタック) があると、スイッチはフレームをより簡単に変更できます。タグ スタック スキームでは、スイッチは 1 つまたは複数のタグを追加、削除、または変更できます。ネットワーク機器メーカーにとっては、複数の 802.1Q ヘッダーを作成して既存の機器を変更する方が、仮想的な新しい非 802.1Q 拡張 VLAN ID フィールド ヘッダーを実装するように機器を変更するよりも簡単です。
3. マルチタグ フレームには複数の VLAN ID があるだけでなく、複数の優先コード ポイント(PCP) とドロップ適格インジケーター(DEI) ビット フィールドもあります。
4. タグ スタックは、インターネット サービス プロバイダーが顧客の単一タグ付き 802.1Q トラフィックを単一のタグでカプセル化し、最終フレームを QinQ フレームにするメカニズムを作成します。外側のタグは、異なる顧客からのトラフィックを識別して分離するために使用されます。内側のタグは、元のフレームから保持されます。
5. QinQ フレームは、レイヤー 2トンネルを構築したり、サービス品質(QoS) ポリシーを適用したりするための便利な手段です。
6. 802.1ad は 802.1Q と上位互換性があります。802.1ad は 2 つのタグに制限されていますが、標準には 1 つのフレームを 2 つ以上のタグに制限する上限がないため、プロトコルの拡張が可能です。実際には、サービス プロバイダーのトポロジでは、2 つ以上のタグを持つフレームが想定され、利用されることがよくあります。

IEEE 802.1ad 規格は 2005 年 12 月 8 日に承認され、2006 年 5 月 26 日に公開されました。

これらの例は、 EtherTypeフィールドを使用したEthernet II フレーミング用です。この標準は、LLC (論理リンク制御)、LLC+SNAP ヘッダーの有無にかかわらず、 IEEE 802.3フレームにも適用されます。上のフレームは単純な Ethernet II フレームです。中央のフレームには 802.1Q タグが追加されています。下のフレームには、さらに別の 802.1Q が追加されています。

4バイトの長さの 802.1Q ヘッダーは、次の方法でタグなし Ethernet II フレームに追加されます。

1. 4 バイトのタグは、タグなしフレームの送信元MAC アドレス(SAMAC) とその EtherType フィールドの間に挿入されます。
2. 新しく挿入された VLAN ヘッダーの EtherType は 0x8100 に設定され、後続のデータを VLAN タグとして識別します。
3. 12 ビットは VLAN ID に使用され、VLAN フィールドのその他のビットは、タグの適用が発生したインターフェイスの QoS ポリシーなどに従って入力されます。

タグなしフレームに 802.1Q ヘッダーを挿入した後、フレームの元の EtherType が 0x8100 に変更されたように見えることに注意してください。シングル タグ フレーム内のタグなしフレームの元の EtherType は、ペイロードの隣に配置されています。その値は変更されていません。

2 番目の 802.1Q ヘッダーは、次の方法で単一タグ付きフレームに追加されます。

1. 2 番目のタグは送信元 MAC アドレスと最初のタグの間に挿入されます。つまり、2 番目のタグは最初の (元の) タグよりもフレームの先頭に近くなります。
2. この新しいタグには、デフォルトで EtherType 0x88A8 (.1Q 標準の 0x8100 ではなく) が割り当てられます。^[a]
3. 12 ビットは VLAN ID に使用され、VLAN フィールドのその他のビットは、タグの適用が発生したインターフェイスの QoS ポリシーなどに従って入力されます。

3 番目以降のタグの挿入では、タグは、イーサネット ヘッダーに最も近い、先行するタグの前に挿入されます。フレームの元の EtherType は常に、すべてのタグの後に、ペイロードに隣接して配置されます。802.3 フレームの場合、この EtherType は長さの値になり、そこからフレームの最後までの長さが含まれます。LLC ヘッダーを持つ 802.3 フレームの場合、LLC ヘッダーは長さフィールドの後に、ペイロードに隣接して配置されます。

802.1ad 用語の規則は通常、次のとおりです。

1. 内部タグは、フレームのペイロード部分に最も近いタグです。正式には、 EtherType 0x8100 のカスタマー タグ(C-TAG)と呼ばれます。
2. 外側のタグは、イーサネット ヘッダーに最も近いタグです。その名前は、 EtherType 0x88a8 のサービス タグのS-TAGです。
3. 複数のタグを持つフレームでは、タグには 1 から N までの番号が付けられ、イーサネット ヘッダーからペイロードまでフレーム内に連続して表示されます。この場合、最も内側のタグは C-TAG で、その他のタグはすべて S-TAG です。
4. 単一タグ (802.1Q) フレームの場合、そのタグは802.1ad タグと混在するとタグ 1として指定されます。

IEEE 802.1ad では、1 ビットの Canonical Format Indicator (CFI) が Drop Eligibility Indicator (DEI) に置き換えられ、PCP フィールドの機能が強化されています。

タグ スタックでは、プッシュ操作とポップ操作はスタックの外側のタグの端で実行されるため、タグプッシュ操作によって追加されたタグは新しい外側のタグになり、タグポップ操作によって削除されるタグは現在の外側のタグになります。

この簡単な例は、802.1ad の実際の使用方法を示しています。この図では、スイッチが六角形で示され、点線の楕円内のすべての項目を含むサービス プロバイダー (SP) ネットワークが示されています。楕円の周囲の項目は、SP 顧客に属するネットワークです。影付きの四角形にはさまざまな物理的な場所が表示され、顧客と SP の両方のネットワーク コンポーネントが含まれます。

サービス プロバイダー (SP) は、シアトル市とタコマ市の顧客に L2 接続を提供しています。Acme と XYZ という 2 つの企業には、シアトルとタコマの両方にキャンパスがあります。すべてのキャンパスでイーサネット LAN が実行されており、顧客は SP の L2 VPNネットワークを介して接続し、キャンパスが同じ LAN (L2 ネットワーク) になるようにします。各企業がシアトルとタコマの両方で使用できる単一の LAN を持つことが望ましいです。これにより、トラフィックを LAN 間でルーティングする必要がある 2 つの LAN を使用する必要がなくなります。SP には 2 つのスイッチがあり、1 つはシアトル (S-Switch #1)、もう 1 つはタコマ (S-Switch #2) にあります。顧客は、AおよびBで指定されたスイッチで SP ネットワークに接続します。各顧客には独自の A スイッチと B スイッチのペアがあります。Acme スイッチ A はリンクA1を介して S-Switch #1 に接続され、残りのリンクにはラベルが付けられています。S-Switch #1 と #2 はリンクS12によって接続されています。

Acme の LAN は、ネットワーク内で VLAN ID 10、11、12 を使用しています。接続 A1 と A2 は、ID 10、11、12 を使用する単一タグ付き VLAN トラフィックを持つ Ethernet トランクです。同様に、XYZ はネットワーク内で ID 11、12、13 を使用しているため、X1 と X2 も ID 11、12、13 の単一タグ付きトラフィックを持つトランクです。S-Switch #1 と S-Switch #2 の間に 1 つのネットワークと 1 つの接続を持つ SP は、Acme と XYZ のトラフィックを分離する必要があります。Acme と XYZ は両方とも一部の VLAN ID を共有しているため、トラフィックを顧客 VLAN ID で分離することはできません。

解決策は、SP がネットワークで 802.1ad を使用することです。SP は、Acme に 100 という単一の一意の外部 VLAN タグ ID を割り当て、XYZ に 101 という一意の外部 VLAN ID を割り当てます。Acme A から SP ネットワークに送信されるすべてのトラフィック (A1 で送信され、Acme B 宛て) には、ID 100 のタグがプッシュされます。内部タグは、元の Acme タグである 10、11、または 12 のいずれかになります。トラフィックはこの形式で S12 を介して送信され、S-Switch #2 から Acme B (リンク A2) に向かう直前に、すべてのトラフィックに対して単一のポップ操作が実行され、ID 100 の外部 VLAN タグが削除されます。このポップ操作は、前のプッシュ操作の逆であり、結果としてトラフィックに変更はありません。トラフィックは 802.1ad フレームとして SP ネットワークを通過しますが、顧客との間で 802.1ad フレームが送受信されることはありません。

経験豊富なネットワーク エンジニアであれば、上記の例の欠点をすぐに認識できます。これが、802.1ad がエンドツーエンドの自己完結型ソリューションというよりも、フレームに複数のタグを追加する方法の定義である理由です。802.1ad は、他のプロトコルや標準と組み合わせて使用​​されます。上記の例の問題は次のとおりです。

1. 多くのスイッチは、VLAN ID ではなく MAC アドレスに基づいてイーサネット トラフィックをブリッジします。これは共有 VLAN 学習と呼ばれ、802.1d MAC 学習/MAC エージングなどに従って実行されます。
2. Acme と XYZ がネットワーク内で同じ MAC アドレスを使用すると、MAC 学習で問題が発生します。これは、MAC 学習では 2 つのホストが同じ MAC アドレスを使用しないことが前提となっているためです。つまり、MAC は単一のスイッチ ポートからのみ学習される必要があります。
3. SP ネットワークは、顧客 MAC アドレスを切り替えるためにすべての顧客の MAC アドレスを学習する必要があります。これは拡張性に欠けます。
4. 上記の例では、L2 プロトコル フレームについては規定されていませんが、スパニング ツリーが最も重要です。
5. 追加の QoS 機能が不足しています。
6. 独立 VLAN 学習 (IVL) を使用するブリッジ、つまり最初の VLAN タグが SAMAC アドレスの一部として含まれるブリッジは、パラグラフ 1 と 2 で説明した問題を回避します。IVL は、MAC アドレスが複数の顧客によって使用される可能性がある問題を解決します。ただし、ルート上のスイッチは、挿入されたすべての VLAN/MAC アドレスの組み合わせ (12 + 48 = 60 ビット) を学習する必要があります。
7. LAN から LAN へのブロードキャストは常に考慮すべき問題です。

プロバイダー ブリッジ (802.1ad) とプロバイダー バックボーン ブリッジ ( IEEE 802.1ah-2008標準) は、さらに改良された SAMAC 学習方法によって上記の問題に対処します。

• キャリアイーサネット
• コネクション指向イーサネット
• IEEE802.1 規格
• IEEE 802.1ahプロバイダー バックボーン ブリッジ
• IEEE 802.1aq最短パスブリッジング
• メトロイーサネット
• プロバイダーバックボーンブリッジトラフィックエンジニアリング
• TRILL (多数のリンクの透過的な相互接続)

• IEEE 802.1ad 開発ページ
• IEEE 802.1Q-in-Q VLAN タグ終端 (Cisco)
• スタックされた VLAN 処理 (Cisco)
• スーパーアグリゲーション VLAN の設定 (Brocade) ^{[ permanent dead link ‍ ]}