現代のネットワーク環境ではさまざまなデバイスやアプリケーションが常に相互に通信していますが、VLANを構築することで、①ネットワーク内の通信デバイスを効率的に管理し、②必要な部分だけを隔離・制御することで、ネットワーク全体のパフォーマンスを最適化することができます。

VLANはネットワーク内のトラフィックを制御し、セキュリティを強化するための鍵となる技術。特に大規模な組織や、セキュリティが重要な環境では、VLANを活用することで、ネットワークの運用をより柔軟にかつ安全に行うことができます。

この記事ではVLANの基本的な概念から、VLANの構築方法、VLANの利点、そして実際の使用例に至るまでを詳しく解説していきます。IT初心者の方でも理解しやすいように、各セクションで重要なポイントを明確に図解しつつ詳細に解説いたします。

VLANとは？わかりやすく

VLAN：Virtual Local Area Network（バーチャル・ローカル・エリア・ネットワーク）は、物理的なネットワークの構造に影響されず、複数の独立したネットワークを仮想的に構築する技術。

異なる場所にあるデバイスを同じネットワークに属させたり、同じ場所にあるデバイスを異なるネットワークに割り当てたりすることができます。

例えば、会社の経理部門と営業部門は物理的には同じフロアにあるかもしれませんが、VLANを使用することで、それぞれが別々のネットワークに属するように設定することができます。

VLANと物理的LANの違い

物理的なLAN（Local Area Network）は、ケーブルやスイッチなどの物理的なハードウェアによって接続されたネットワークです。

参考　LAN（Local Area Network）とは？

一方で、VLANは物理的な接続に依存せず、ソフトウェアを用いてネットワークを仮想的に分割するという点が重要なポイント。つまり、物理的なデバイスの位置や配線の接続に縛られることなく、柔軟なネットワーク設計が可能になるという点を押さえておきましょう。

VLANの動作原理

では、具体的にどのように仮想的なネットワーク（VLAN）が構築され、どのように動作するのか？を見ていきましょう。ここでは簡単なネットワーク構成を例に、１つのネットワークを複数の仮想的なネットワークに分割する方法を順を追ってご説明していきます。

VLANの設定/構築方法

まずVLANはネットワーク内のスイッチに設定されます。スイッチとはOSI参照モデルの第２層：データリンク層で動作するネットワーク機器で、流れてきたデータの宛先MACアドレスを参照し、適切な機器へデータを転送する役割を担います。

参考　スイッチとは？ / MACアドレスとは？

したがって、ネットワーク管理者はスイッチ上で複数のVLANを設定していくことになります。具体的には各VLANに独自のID（たとえばVLAN 10、VLAN 20など）を割り当てることで、まずはVLANの箱・枠を作成します。

Ciscoスイッチを用いる場合、以下のようなコマンドを実行することでVLANの枠を設定します。

使用するスイッチ: Ciscoスイッチ（Catalystシリーズなど）
設定するVLAN: VLAN 10（経理部門用）、VLAN 20（営業部門用）
----設定コマンド例----

conf t
vlan 10
name Accounting
vlan 20
name Sales
end

次にスイッチ上の各ポートを特定のVLANに割り当てます。ポートとは実際にデバイスを接続する口のことで、LANケーブルを利用する際にPCに接続する接続口をイメージいただければOKです。

ここで、ポート1～4をVLAN 10に、ポート5～8をVLAN 20に割り当てます。そうすることで、ポート1~4に接続されているネットワーク機器はVLAN 10に接続していることになります。（ポート5~8は、VLAN 20に接続。）

ポート1～4をVLAN 10（経理部門）に、
ポート5～8をVLAN 20（営業部門）に割り当て。
----設定コマンド例----

conf t
interface range fa0/1 - 4
switchport mode access
switchport access vlan 10
exit
interface range fa0/5 - 8
switchport mode access
switchport access vlan 20
end

VLAN設定後の動作/通信制御

上記の設定を行った後で、VLAN内のデータ転送がそれぞれどのように行われるのかを見ていきます。

ポイント　VLAN内のデータ転送の原則

• VLAN 10（経理部門用）とVLAN 20（営業部門用）が設定されている。→つまり、スイッチ上の各ポートが特定のVLANに割り当てられ、それぞれ独立したネットワークとして機能している状態。
• このときVLAN 10に割り当てられたポート（例：ポート1～4）に接続されたデバイスは、VLAN 10内でのみ通信が可能になります。つまり、これらのデバイスからのデータはVLAN 10内の他のデバイスにのみ送信され、VLAN 20のデバイスには届きません。

１つのネットワークを、VLANという仮想的なネットワークに分けたことで、異なるVLANに振り分けられた通信機器は相互に通信ができなくなるという点がポイント。

ネットワークが異なる（IPアドレスのネットワーク部が異なる）場合はルーターやL3スイッチを設置しルーティングしないとネットワーク間での通信が行えないのと同じ状態です。

ではなぜVLAN間での直接通信が制限されるのか？ここから、VLANの詳しい動作原理についてご説明します。

VLANID/VLANタグ

VLANに割り当てられたポートから送信されるフレームには、VLAN IDを示すタグ（VLANタグ）が付与されます。このタグは、IEEE 802.1Q標準で定義された世界標準のフォーマットを持ちます。（この章の最後でフレームのサンプルフォーマットを提示します。）

VLANタグにはVLAN IDが含まれており、これによりスイッチはフレームがどのVLANに属するかを識別することができます。

VLAN ID が10であればVLAN 10から送信されたフレームなんだな・・・。VLAN ID が20であればVLAN 20から送信されたフレームなんだな・・・と判断しているということです。

スイッチはVLANタグを用いてフレームを適切なVLAN内のポートにのみ転送します。異なるVLAN IDを持つフレームは、それぞれ異なるVLANに属するため、互いに直接転送されません。　→このプロセスにより、異なるVLANは論理的に分離され、それぞれが独立したネットワークセグメントとして機能する、という仕組みです。

先ほども触れたように異なるVLAN間で相互に通信を行うためには、ルーターまたはレイヤー3スイッチが必要です。これらのデバイスは、異なるVLANからのフレームを受け取り、IPアドレスに基づいて適切なVLANにルーティングします。

参考　ルーティングとは？

VLAN設定により、フレームにVLANタグが付与され、それに基づいてスイッチはVLAN間でのフレームの転送を制御します。これにより、VLANは論理的に分離された独立したネットワークセグメントとして機能。

VLAN間での通信を行うためには、ルーターやレイヤー3スイッチによる経路制御が不可欠です。これらのデバイスはVLAN間でのデータフローを管理し、ネットワークのセキュリティと効率を保つ。

↑を十分に理解しておきましょう。

AA AA AA AA AA AA AA AB 00 1A 2B 3C 4D 5E 5E 4D 3C 2B 1A 00 81 00 00 0A 08 00 46 00 ... 1A 2B 3C 4D

ここまで説明したVLANはｍVLANの中でも特に「スタティックVLAN」と呼ばれるタイプのものを例にご紹介してきました。（VLANの基本原理が理解しやすいため）

実際には大規模なネットワークになればなるほどダイナミックVLANと呼ばれる「スイッチ上でVLANの設定を自動で行う」方法もありますので、詳しく知りたい方は合わせて以下の記事もご覧ください。

スタティックVLANとダイナミックVLAN：違いと動作原理を３分で解説

【初心者向けに】スタティックVLANとダイナミックVLANの基本原理、設定方法、およびそれぞれの利点と制約について詳細に解説します。VLANの動作原理を理解し、適切なネットワーク設計と管理を行うための必読ガイド。

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2024.01.29

VLANの利点/メリット

これまでも何度かご説明してきた通り、VLANはネットワークを仮想的に細分化するため、セキュリティを強化する効果があります。また同時に、細分化によるパフォーマンスの向上やコスト削減効果、柔軟なネットワーク設計を可能にするなどのメリットがあります。

結果、大きな企業や組織は、物理的な制約に縛られることなく、効率的かつ安全なネットワーク環境を構築することを目的としてVLANを構築することが一般的になっています。

ポイント　VLANのメリット

1. セキュリティの強化
   • VLANを使用することで、ネットワーク内で異なるグループや部門を論理的に分離することが可能。これにより敏感なデータを扱う部門を他の部門から隔離するなどして、不正アクセスや内部からの脅威を軽減することができる。
2. ネットワークのパフォーマンス向上
   • VLANはネットワークトラフィックを適切に分割し、ブロードキャストドメインを小さくする。結果→ネットワーク上の不要なトラフィックが減少し、全体的なパフォーマンスが向上する。
3. 効率的なトラフィック管理
   • VLANにより、ネットワークトラフィックを効率的に制御することができるので、特定のグループ間でのデータフローを最適化できる。
4. コスト削減
   • 物理的なネットワークの再構築や配線を追加したりすることをせずに、ネットワークの再設計が可能。→将来的な新部門の追加やオフィス拡張などに伴うコストを削減することができる。
5. 柔軟なネットワーク設計
   • VLANはネットワークの設計に柔軟性をもたらす。物理的な場所に依存せずに、異なる部門やグループを簡単に分離・統合が可能。
6. 物理的な制約からの解放
   • VLANは物理的な場所に依存しないため、異なる場所にいるユーザーを同じネットワークに簡単に組み込むことができる。これにより、リモートワークや分散したオフィス環境でのネットワーク管理が容易になる。
7. 障害の局所化
   • VLANはネットワークの問題や障害を局所化し、他のVLANに影響を与えることなく問題を特定し、解決できる。

VLAN実装の課題

VLANの実装は多くの利点をもたらしますが、同時にこれらの課題に対処するためには適切な計画、設計、および継続的な管理が必要になります。

特に大規模なネットワークでは、これらの課題に対する慎重なアプローチが求められます。

以下の課題（よくある躓きポイント）を押さえ、適切なVLAN管理が行えるようにすることが重要です。

1. 複雑性の増加
   • VLANの設定と管理は、特に大規模なネットワークでは複雑になりがち。異なるVLAN間での適切な通信ルールを設定し、管理するには、専門的な知識と注意深い計画が必要。
2. 互換性の問題
   • 異なるベンダーの機器間でのVLAN設定の互換性は常に保証されるわけではない。特に、異なるベンダーのスイッチやルーターを組み合わせて使用する場合、互換性の問題が生じる可能性がある。
3. セキュリティの課題
   • VLANはセキュリティを強化する一方で、適切に設定されていない場合はセキュリティリスクを生じさせる可能性もある。例えば、VLANホッピング攻撃（VLANのセキュリティをバイパスして他のVLANにアクセスする手法）などの考慮が必要。
4. スケーラビリティの制限
   • VLAN IDは有限（標準的なVLANでは4096までのID）。大規模なネットワークでは、VLANの数が増えるとIDの割り当てが問題となることもある。
5. パフォーマンスへの影響
   • 不適切なVLAN設計や過度なVLANの使用は、ネットワークのパフォーマンスに悪影響を及ぼす可能性があります。特に、ルーターを介したVLAN間通信は、追加の遅延を引き起こすことがあるため要注意。
6. 管理の負担
   • VLANの設定変更、管理、トラブルシューティングは、時間と労力を要する作業。特にネットワークが拡大するにつれて、これらの作業はより複雑になる。

まとめ　VLAN（Virtual Local Area Network）とは？

• 論理的なネットワークセグメント
  • VLANは物理的な位置に関わらず、ネットワークを複数の仮想的なネットワーク（＝セグメント）に分割する仕組み。
• セキュリティと効率の向上
  • 異なるグループや部門を分離→ネットワークトラフィックとセキュリティを適切に管理することができる。
• フレキシブルなネットワーク管理
  • 物理的なネットワーク構造に縛られず、簡単にネットワークを再構築できる。
• VLANタグ付け
  • フレームにVLAN IDを付けることで、データが属するVLANを識別する。

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参考　VLANとは何か？

この記事では、VLANの中でも特に重要な２つのタイプ、「スタティックVLAN」と「ダイナミックVLAN」の基本と動作原理の違いについて深堀して解説します。

スタティックVLANは事前に設定されたポートに基づいてデバイスをVLANに割り当てる方法。ダイナミックVLANはデバイスの特性やアクティビティに基づき、自動的にVLANを割り当てる方法です。これら２つのタイプの違いを理解することで、VLANに対する基本理解を深めつつ、より実践的にVLAN構築のスキルを身につけることができるでしょう。

スタティックVLANとは

スタティックVLANはその名の通り「静的」な方法でネットワークデバイスをVLANに割り当てる手法です。スタティックVLANでは、ネットワーク管理者がネットワークスイッチ上の特定のポートを特定のVLANに割り当てます。

割り当ては手動・マニュアルで行われ、一度設定されるとそのポートに接続されたデバイスは自動的に指定されたVLANのメンバーとなります。つまり、再度ネットワーク管理者によって設定変更が行われない限り永続的にこの仮想的なネットワーク構成は変わらないということ。

先に結論から言ってしまうと、ダイナミックVLANはこの反対で「ネットワーク管理者ではなくソフトウェア的に自動でVLANを構築する」仕組みです。

スタティックVLANの設定は以下の手順で行うことが一般的です。詳細はこちらの記事（VLANとは何か？）で解説しておりますので、ここでは簡単に概要レベルで整理しておきます。

ポイント　スタティックVLANの設定

1. VLANの作成
   • まずスイッチ上でVLANを作成します。これは、VLAN IDを指定して行います。
2. ポートの割り当て
   • 次に各ポートを特定のVLANに割り当てます。この割り当ては、スイッチの設定インターフェースを通じて行われます。
3. VLAN間ルーティングの設定
   • 異なるVLAN間で通信を可能にするためには、VLAN間ルーティングの設定が必要です。これには、Layer 3スイッチやルータが使用されます。

スタティックVLANの利点

1. 強化されたセキュリティ
   • スタティックVLANは、ネットワーク管理者が明示的に各ポートをVLANに割り当てるため、意図しないデバイスのネットワークへのアクセスを効果的に防ぐことが可能。
   • VLAN間の通信は制御されているため、異なるVLAN間での不正なデータの流れを阻止でき、セキュリティインシデントのリスクの軽減に繋がります。。
2. ネットワークの安定性と予測可能性：
   • 手動での設定により、ネットワークの構成が一定期間安定し、予測可能な状態を保てる。
   • ネットワークに変更を加える際には、管理者が意図的に行うため、突発的な問題や予期せぬ変更が生じにくい。
3. トラフィックの効率的な管理：
   • VLANを分割することで、ネットワークトラフィックを効率的に分散させ、混雑を避けることができます。
   • 特定のグループや部門に専用のVLANを割り当てることで、必要なリソースへのアクセスを最適化し、ネットワークパフォーマンスを向上させることが可能です。

スタティックVLANの制約

1. 柔軟性の欠如：
   • ネットワークの変更や拡張が必要な場合、手動での再設定が必要となり、時間と労力がかかります。
   • 特に大規模なネットワークでは、新しいデバイスの追加や既存デバイスの移動に対応するのが難しくなる場合があります。
2. 管理の複雑さと負担：
   • 大規模ネットワークでは、ポートごとのVLAN割り当てを追跡し、管理することが困難になりがち・・・。
   • 人的ミスによる設定エラーのリスクがあり、これがネットワークの不具合やセキュリティの脆弱性につながることもあります。
3. 拡張性の制限：
   • スタティックVLANは、一度設定されるとその構成が固定されるため、迅速な拡張や柔軟な再構成が困難です。
   • 事業の成長や組織の再編に伴うネットワークの変更ニーズに迅速に対応することができない可能性があります。

スタティックVLANは超・ざっくり言えば「シンプルで簡単な方法」だけど、その分複雑で大きなネットワークが構築されている大規模組織には不向きです。この制約を受けて誕生したのがダイナミックVLANという考え方です。

ダイナミックVLANとは

ダイナミックVLANは、ネットワーク内のデバイスを自動的にVLANに割り当てる方法です。ここから、ダイナミックVLANの動作原理 / 設定方法 / 利点 および運用上の考慮点などについてすこし詳細に解説していきます。

ダイナミックVLANの動作原理

ダイナミックVLANは、ネットワークデバイスの属性（例えばMACアドレス、ユーザーID、プロトコルなど）に基づいて自動的に特定のVLANに割り当てられます。

一般的にはVLANメンバーシップポリシーサーバ（VMPS）などの専用の管理サーバーによって各デバイスの属性が認識され、その属性によって適切なVLANに割り当てる命令をスイッチに送信する形で実現されます。

ダイナミックVLANの設定手順

ステップ1　VLANメンバーシップポリシーサーバ（VMPS）の設定

1. VMPSサーバーの選定
   • VLANメンバーシップを管理するためのVMPSサーバーを選定します。これは通常、専用のソフトウェアがインストールされたサーバーです。
2. VMPSデータベースの構築
   • VMPSサーバーには、MACアドレスやユーザーIDなどのデバイス属性と、それらをどのVLANに割り当てるかのマッピング情報を含むデータベースを構築します。
3. セキュリティ設定
   • VMPSサーバーのセキュリティ設定を行い、不正アクセスや改ざんから保護します。

VMPSデータベースの中身は以下のようなイメージで、ネットワークデバイスの属性とVLAN割り当て情報をマッピングする形で構築されます。

↑の表では、各行がネットワーク上の各デバイスを表していますが、それらのデバイスは特定のVLANに割り当てられていることが分かります。VMPSはネットワークに接続されたデバイスのMACアドレスを認識し、このデータベースに基づいて適切なVLANを割り当てます。

ステップ2　スイッチの設定

1. VMPSサーバーへの接続
   • スイッチをVMPSサーバーに接続する。
2. VMPSクライアント機能の有効化
   • スイッチ上でVMPSクライアント機能を有効化し、VMPSサーバーとの通信を設定します。
3. 動的VLANの設定
   • スイッチ上で動的VLANの設定を行い、各ポートがVMPSサーバーからの割り当て命令を受け入れられるようにします。

ステップ3　VLANの動的割り当て

1. デバイス接続時の動作
   • デバイスがスイッチに接続されると、スイッチはデバイスの属性（例：MACアドレス）をVMPSサーバーに問い合わせます。
2. VLAN割り当て：
   • VMPSサーバーはデータベースを参照し、適切なVLANを割り当て、その情報をスイッチに返します。
3. 通信の開始：
   • スイッチはVMPSサーバーからの指示に従い、デバイスを指定されたVLANに割り当て、通信を開始します。

以上の手順に従ってダイナミックVLANの設定が行われます。このプロセスはネットワークの自動化と効率化に大きく貢献しますが、その複雑さとセキュリティ要件には要注意です。

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参考　VLANとは？

アクセスポート

1. 定義: １つのVLAN（仮想ローカルエリアネットワーク）にのみ所属するネットワークインターフェース。
2. 使用目的: 主に単一のデバイス（例えば、コンピューターやプリンター）をネットワークに接続するために使用される。

トランクポート

1. 定義: 複数のVLANのデータを運ぶことができるネットワークインターフェース。
2. 使用目的: 複数のVLANを含む異なるスイッチやルーター間でデータを転送する際に使用される。

この記事では、２つのポートの機能と違いを初心者にも分かりやすく解説します。

アクセスポートとは

アクセスポートは、ネットワーク内の特定のVLANのデータのみを扱うネットワークインターフェースです。物理的なネットワークスイッチ上に存在し、１つのVLANに接続された単一のデバイス（例えば、コンピューターやプリンター）に使用されます。

参考　ネットワークインターフェースとは？

あまり難しく考える必要はありません。上記の図で説明するとこの３つのアクセスポートは "VLAN10" のデータしか扱いませんよ！ということです。つまり、VLAN20のデータが送信されてきてもこの３つのアクセスポートにはデータが流れない（＝流せない）ということ。

VLAN10 専用の「道」のようなもので、VLAN10 以外のVLANのデータはその「道」を通ることができません。結果として、VLAN10 に関係のないデータはアクセスポートで接続された通信機器に送られることがなくなり、セキュリティの構造や通信のパフォーマンスの向上につながります。

ポイント　アクセスポートの特徴

1. シングルVLAN接続
   • アクセスポートは１つのVLANにのみ接続され、そのVLANのデータのみを送受信します。これにより、ネットワークのセキュリティと効率が向上します。
2. 非タグ付け
   • アクセスポートを通じて送受信されるデータにはVLANタグが付けられません。つまり、デバイスはVLANタグ付けを意識する必要がなく、ネットワークの複雑さが減少します。
3. シンプルな設定
   • アクセスポートの設定は比較的簡単であり、特定のVLANにのみアクセスを許可することで、ネットワーク管理が容易になります。
4. セキュリティと効率
   • 各ポートが特定のVLANに限定されるため、ネットワーク内のデータフローが分かりやすくなり、セキュリティと効率が向上します。

トランクポートとは

トランクポートは、複数のVLAN（仮想ローカルエリアネットワーク）間でデータを転送する役割を担います。これにより、異なるVLANに属するデータが１つの物理的なリンクを介して効率的に移動できるようになります。

トランクポートの主な目的は、複数のVLAN間でデータを運ぶことです。これにより、ネットワーク内の異なるVLANが互いに通信するための道が確保されます。例えば、異なる部署やフロア間でのデータのやりとりがこのポートを通じて行われます。

アクセスポートは１つのVLANしか通れない「道」であったのに対して、トランクポートは「複数のVLANで共有できる道」というイメージ。VLAN10 と VLAN20 で利用できる「道」というように設定することで、VLAN10 と VLAN20間の通信が行えるようになります。

ポイント　トランクポートの特徴

1. 複数VLAN対応
   • トランクポートは複数のVLANからのデータを同時に扱います。これにより、１つのリンクを通じて複数のVLANが相互に通信できます。
2. VLANタグ付け
   • トランクポートを通過するデータにはVLANタグが付けられます。これにより、異なるVLANのデータが適切に分類され、目的地に正確に届けられます。
3. 複雑な設定
   • トランクポートの設定はアクセスポートよりも複雑ですが、これにより複数のVLANが１つのポートを共有することが可能になります。
4. 大規模ネットワークに適用
   • トランクポートは大規模または複雑なネットワーク構造において重要な役割を果たします。複数のVLANが存在する環境では、これらのポートが効率的なデータ転送を可能にします。

トランクポートは、ネットワーク内の異なるVLAN間の架け橋として機能し、複数のVLANにまたがるデータの流れを管理します。これにより、複雑なネットワーク環境においても、データの流れがスムーズかつ効率的に保たれます。正しく設定されたトランクポートは、大規模なネットワークの運用を大幅に改善します。

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