¶ Module 7: Commutation Ethernet
¶ 7.0 Présentation
¶ 7.0.1 Pourquoi devrais-je suivre ce module?
Bienvenue sur la commutation Ethernet!
Si vous envisagez de devenir administrateur réseau ou architecte réseau, vous aurez certainement besoin de connaître la commutation Ethernet et Ethernet. Les deux technologies LAN les plus importantes actuellement utilisées sont Ethernet et WLAN. Ethernet prend en charge des bandes passantes allant jusqu’à 100 Gbit/s, ce qui explique sa popularité. Ce module contient un laboratoire utilisant Wireshark dans lequel vous pouvez regarder les trames Ethernet et un autre laboratoire où vous affichez les adresses MAC du périphérique réseau. Il y a aussi quelques vidéos pédagogiques pour vous aider à mieux comprendre Ethernet. Au moment où vous aurez terminé ce module, vous pourriez aussi créer un réseau commuté qui utilise Ethernet!
¶ 7.0.2 Qu’est-ce que je vais apprendre dans ce module?
Titre du module: Commutation Ethernet
Objectif du module: Expliquer comment l’Ethernet fonctionne sur un réseau commuté.
| Titre du rubrique | Objectif du rubrique |
|---|---|
| Trame Ethernet | Expliquer comment les sous-couches Ethernet sont liées aux champs de trame. |
| Adresse MAC Ethernet | Décrire l’adresse MAC Ethernet. |
| Table d’adresses MAC | Expliquer comment un commutateur construit sa table d’adresses MAC et transmet les trames. |
| Méthodes de transmission et vitesses de commutation | Décrire les méthodes de transmission par commutateur et les paramètres de port disponibles sur les ports de commutateur de couche 2. |
¶ 7.1 Trames Ethernet
¶ 7.1.1 Encapsulation Ethernet
Ce module commence par une discussion sur la technologie Ethernet incluant une explication des sous-couches MAC et des champs de trame Ethernet.
L’ethernet est l’une des deux technologies LAN utilisées aujourd’hui, l’autre étant les réseaux locaux sans fil (WLAN). Ethernet utilise des communications câblées, y compris des paires torsadées, des liaisons à fibres optiques et des câbles coaxiaux.
Il fonctionne au niveau de la couche liaison de données et de la couche physique. Ethernet est une famille de technologies de réseau définies par les normes IEEE 802.2 et 802.3. Ethernet prend en charge des bandes passantes de données de:
- 10 Mbit/s
- 100 Mbit/s
- 1000 Mbit/s
- 10,000 Mbps (10 Gbps)
- 40,000 Mbit/s (40 Gbps)
- 100,000 Mbit/s (100 Gbps)
Comme illustré à la figure, les normes Ethernet définissent à la fois les protocoles de la couche 2 et les technologies de la couche 1.
Ethernet et le modèle OSI
¶ 7.1.2 Sous-couches liaison de données
Les protocoles LAN/MAN IEEE 802, y compris Ethernet, utilisent les deux sous-couches distinctes suivantes de la couche de liaison de données pour fonctionner. Il s’agit du Logical Link Control (LLC) et du Media Access Control (MAC), comme indiqué sur la figure.
Rappelons que LLC et MAC ont les rôles suivants dans la couche de liaison de données:
- LLC Sous-couche – Cette sous-couche IEEE 802.2 communique entre le logiciel de mise en réseau sur les couches supérieures et le matériel du périphérique sur les couches inférieures. Elle place les informations dans la trame qui indique le protocole de couche réseau utilisé pour la trame. Ces informations permettent à plusieurs protocoles de couche 3 comme IPv4 et IPv6 d’utiliser la même interface réseau et les mêmes supports.
- Sous-couche MAC – Cette sous-couche (IEEE 802.3, 802.11 ou 802.15 par exemple) est implémentée dans le matériel et est responsable de l’encapsulation des données et du contrôle d’accès aux supports. Il fournit l’adressage de couche de liaison de données et il est intégré à diverses technologies de couche physique.
¶ 7.1.3 Sous-couche MAC
La sous-couche MAC est responsable de l’encapsulation des données et de l’accès au support.
L’encapsulation des Données
L’encapsulation des données IEEE 802.3 comprend les éléments suivants:
- Trame Ethernet – Il s’agit de la structure interne de la trame Ethernet.
- Adressage Ethernet – La trame Ethernet comprend à la fois une adresse MAC source et de destination pour fournir la trame Ethernet de la NIC Ethernet à un autre sur le même réseau local.
- Détection des erreurs Ethernet – La trame Ethernet comprend une queue de bande FCS (Frame Check Sequence) utilisée pour la détection des erreurs.
Accès aux Supports
Comme le montre la figure, la sous-couche MAC IEEE 802.3 comprend les spécifications pour différentes normes de communication Ethernet sur différents types de supports, y compris le cuivre et la fibre.
Les Normes Ethernet dans la sous-couche MAC
Rappelons que l’Ethernet ancien utilisant une topologie de bus ou des concentrateurs est un support partagé, semi-duplex. Ethernet sur un support semi-duplex utilise une méthode d’accès avec gestion des conflits, détection d’accès multiple et détection de collision (CSMA/CD) cela garantit qu’un seul périphérique transmet à la fois. CSMA/CD permet à plusieurs périphériques de partager le même support semi-duplex, détectant une collision lorsque plusieurs périphériques tentent de transmettre simultanément. Il fournit également un algorithme de back-off pour la retransmission.
Les réseaux locaux Ethernet d’aujourd’hui utilisent des commutateurs qui fonctionnent en duplex intégral. Les communications duplex intégral avec commutateurs Ethernet ne nécessitent pas de contrôle d’accès via CSMA/CD.
¶ 7.1.4 Champs de trame Ethernet
La taille minimale des trames Ethernet est de 64 octets et la taille maximale de 1518 octets. Cela comprenait tous les octets du champ Adresse MAC de destination jusqu’au champ séquence de contrôle de trame (FCS). Le champ préambule n’est pas inclus dans la description de la taille d’une trame.
Toute trame inférieure à 64 octets est interprétée comme un «fragment de collision» ou une «trame incomplète» et est automatiquement rejetée par les périphériques récepteurs. Les trames de plus de 1500 octets de données sont considérées comme des trames «jumbo» (géantes) ou «baby giant frames» (légèrement géantes).
Si la taille d’une trame transmise est inférieure à la taille minimale ou supérieure à la taille maximale, le périphérique récepteur abandonne la trame. Les trames abandonnées sont souvent le résultat de collisions ou d’autres signaux rejetés et donc traités comme étant non valides. Les trames Jumbo sont généralement prises en charge par la plupart des commutateurs et cartes réseau Fast Ethernet et Gigabit Ethernet.
La figure montre chaque champ de la trame Ethernet. Reportez-vous au tableau pour plus d’informations sur la fonction de chaque champ.
Champs de trame Ethernet
Ethernet Frame Fields Detail
| Champ | Description |
|---|---|
| Champs Préambule et Délimiteur de début de trame | Le préambule (7 octets) et le délimiteur de trame Start (SFD), également appelés début de l’image (1 octet), les champs sont utilisés pour la synchronisation entre les périphériques d’envoi et de réception. Ces huit premiers octets de la trame sont utilisé pour attirer l’attention des nœuds récepteurs. Les quelques premiers octets indiquent essentiellement aux récepteurs de se préparer à recevoir une nouvelle trame. |
| Champ Adresse MAC de destination | Ce champ de 6 octets est l’identifiant du destinataire. Comme vous vous en souviendrez, cette adresse est utilisée par la couche 2 pour aider les appareils à déterminer si une trame leur s’adresse à eux. L’adresse dans la trame est comparée à l’adresse MAC du périphérique. S’il y a une correspondance, le périphérique accepte la trame. Il peut s’agir d’une adresse de monodiffusion, de multidiffusion ou de diffusion. |
| Champ Adresse MAC source | Ce champ de 6 octets identifie la carte réseau ou l’interface d’origine de la trame. |
| Champ EtherType | Ce champ de 2 octets identifie le protocole de la couche supérieure encapsulé dans la trame Ethernet. Les valeurs hexadécimales les plus fréquentes sont 0x800 pour IPv4, 0x86DD pour IPv6 et 0x806 pour ARP. Remarque: Vous pouvez également voir ce champ appelé EtherType, Type ou Longueur. |
| Champ Données | Ce champ (46 - 1500 octets) contient les données encapsulées d’un couche supérieure, qui est une PDU générique de couche 3, ou plus généralement, un paquet d’IPv4. La longueur minimale de la trame est fixée à 64 octets. Si un petit paquet est encapsulé, d’autres bits appelés remplissage sont utilisés pour augmenter la trame et la ramener à cette taille minimale. |
| Champ Séquence de contrôle de trame | Le champ FCS de 4 octets permet de détecter les erreurs d’une trame. Il utilise le contrôle de redondance cyclique (CRC, Cyclic Redundancy Check). Le périphérique expéditeur inclut les résultats d’un CRC dans le champ FCS de la trame. d’une trame. destinataire reçoit la trame et exécute une fonction CRC pour rechercher d’éventuelles erreurs. Si les calculs correspondent, aucune erreur ne se produit. Les calculs non rapprochés indiquent que les données ont changé et que la trame est abandonnée. Si les données sont modifiées, cela provient sans doute d’une perturbation des signaux électriques qui représentent les bits. |
¶ 7.1.6 Travaux pratiques – Utiliser Wireshark pour examiner les trames Ethernet
Au cours de ces travaux pratiques, vous aborderez les points suivants:
- Partie 1: Examiner les champs d’en-tête dans une trame Ethernet II
- Partie 2: Utiliser Wireshark pour capturer et analyser les trames Ethernet
¶ 7.2 Adresse MAC Ethernet
¶ 7.2.1 Adresse MAC et format hexadécimal
En réseau, les adresses IPv4 sont représentées à l’aide du système de nombres décimaux de base dix et du système de nombres binaire de base 2. Les adresses IPv6 et Ethernet sont représentées à l’aide du système hexadécimal de base à seize nombres. Pour comprendre hexadécimal, vous devez d’abord être très familier avec le binaire et le décimal.
Hexadécimal est un système utilise les chiffres de 0 à 9 et les lettres de A à F.
Une adresse MAC Ethernet est constituée d’une valeur binaire 48 bits. Hexadécimal est utilisé pour identifier une adresse Ethernet car un seul chiffre hexadécimal représente quatre bits binaires. Par conséquent, une adresse MAC Ethernet 48 bits peut être exprimée en utilisant seulement 12 valeurs hexadécimales.
La figure compare les valeurs décimales et hexadécimales équivalentes pour le binaire 0000 à 1111.
Équivalents décimaux et binaires des caractères hexadécimaux 0 à F
Sachant qu’un octet (8 bits) est un regroupement binaire courant, la plage binaire de 00000000 à 11111111 correspond, dans le format hexadécimal, à la plage de 00 à FF, comme le montre la figure.
Équivalents décimaux, binaires et hexadécimaux les plus utilisés
En hexadécimal, les zéros non significatifs sont toujours affichés pour compléter la représentation de 8 bits. Par exemple, comme illustré dans le tableau, la valeur binaire 0000 1010 correspond à 0A au format hexadécimal.
Les nombres hexadécimaux sont souvent représentés par la valeur précédée de 0x (par exemple, 0x73) pour distinguer les valeurs décimales et hexadécimales dans la documentation.
L’hexadécimal peut également être représenté par un indice 16, ou le nombre hexadécimal suivi d’un H (par exemple, 73H).
Vous devrez peut-être convertir entre les valeurs décimales et hexadécimales. Lorsque de telles conversions sont nécessaires, convert la valeur décimale ou hexadécimale en valeur binaire, puis de convertir cette dernière en valeur décimale ou hexadécimale, selon le cas.
¶ 7.2.2 Adresse MAC Ethernet
Dans la norme Ethernet du réseau local, chaque périphérique réseau se connecte au même support partagé. L’adresse MAC est utilisée pour identifier les appareils physiques de source et de destination (NIC) sur le segment du réseau local. L’adressage MAC fournit une méthode d’identification des périphériques au couche de liaison de données du modèle OSI.
Une adresse MAC Ethernet est une adresse 48 bits exprimée en 12 chiffres hexadécimaux, comme indiqué sur la figure. Parce qu’un octet est égal à 8 bits, nous pouvons également dire qu’une adresse MAC a une longueur de 6 octets.
Toutes les adresses MAC doivent être uniques au périphérique Ethernet ou à l’interface Ethernet. Pour ce faire, tous les fournisseurs qui vendent des périphériques Ethernet doivent s’inscrire auprès de l’IEEE pour obtenir un code hexadécimal unique à 6 (c’est-à-dire 24 bits ou 3 octets) appelé l’identifiant unique de l’organisation (OUI).
Lorsqu’un fournisseur attribue une adresse MAC à un périphérique ou à une interface Ethernet, le fournisseur doit procéder comme suit:
- Utilisez son OUI assigné comme les 6 premiers chiffres hexadécimaux.
- Attribuez une valeur unique dans les 6 derniers chiffres hexadécimaux.
Par conséquent, une adresse MAC Ethernet se compose d’un code OUI fournisseur hexadécimal 6 suivi d’une valeur attribuée par le fournisseur hexadécimal 6, comme indiqué sur la figure.
Par exemple, supposons que Cisco doit assigner une adresse MAC unique à un nouveau périphérique. L’IEEE a attribué à Cisco un OUI de 00-60-2F. Cisco configurerait alors le périphérique avec un code fournisseur unique tel que 3A-07-BC. Par conséquent, l’adresse MAC Ethernet de ce périphérique serait 00-60-2F-3A-07-BC.
Il incombe au fournisseur de s’assurer qu’aucun de ses appareils ne se voit attribuer la même adresse MAC. Cependant, il est possible que des adresses MAC dupliquées existent en raison d’erreurs commises lors de la fabrication, d’erreurs commises dans certaines méthodes d’implémentation de machines virtuelles ou de modifications effectuées à l’aide d’un des outils logiciels. Dans tous les cas, l’adresse MAC devra être modifiée à l’aide d’une nouvelle carte réseau ou dans le logiciel.
¶ 7.2.3 Traitement des trames
L’adresse MAC est souvent dite rémanente (BIA), car à l’origine, elle était gravée dans la mémoire morte (ROM) de la carte réseau. Cela signifie que l’adresse est codée de manière permanente dans la puce de mémoire morte.
Remarque : Sur les systèmes d’exploitation et les cartes réseau des ordinateurs actuels, il est possible de modifier l’adresse MAC dans le logiciel. Cela peut être utile si vous essayez d’obtenir l’accès à un réseau qui filtre les adresses rémanentes. De ce fait, le filtrage ou le contrôle du trafic sur la base de l’adresse MAC n’est plus aussi sécurisé.
Lorsque l’ordinateur démarre, la carte réseau commence par copier l’adresse MAC de la mémoire ROM à la mémoire RAM. Lorsqu’un appareil transmet un message à un réseau Ethernet, l’en-tête Ethernet les inclut :
- Adresse MAC de source – Il s’agit de l’adresse MAC de la carte réseau Ethernet.
- Adresse MAC de destination – Il s’agit de l’adresse MAC de la carte réseau du périphérique de destination.
Cliquez sur Lecture sur l’animation pour afficher le processus de transfert des trames.
Lorsqu’une carte réseau reçoit une trame Ethernet, elle observe l’adresse MAC de destination pour voir si elle correspond à l’adresse MAC physique du périphérique stockée dans la mémoire vive (RAM). En l’absence de correspondance, la carte réseau ignore la trame. Si elle correspond, la carte réseau transmet la trame aux couches OSI, et la désencapsulation a lieu.
Remarque: Les cartes réseau Ethernet acceptent également les trames si l’adresse MAC de destination est un groupe de diffusion ou de multidiffusion auquel l’hôte appartient.
Tout périphérique qui est la source ou la destination d’une trame Ethernet possède une carte réseau Ethernet et, par conséquent, une adresse MAC. Cela inclut les postes de travail, les serveurs, les imprimantes, les appareils mobiles et les routeurs.
¶ 7.2.4 Adresse MAC de monodiffusion
Avec Ethernet, des adresses MAC différentes sont utilisées pour la monodiffusion (unicast), la multidiffusion (multicast) et la diffusion (broadcast) sur la couche 2.
L’adresse MAC de monodiffusion est l’adresse unique utilisée lorsqu’une trame est envoyée à partir d’un seul périphérique émetteur, à un seul périphérique destinataire.
Cliquez sur Lecture dans l’animation pour afficher le traitement d’une trame monodiffusion. Dans cet exemple, l’adresse MAC de destination et l’adresse IP de destination sont toutes deux monodiffusion.
Dans l’exemple de l’animation, un hôte avec l’adresse IPv4 192.168.1.5 (source) demande une page web au serveur dont l’adresse IPv4 de monodiffusion est 192.168.1.200. Pour qu’un paquet monodiffusion soit envoyé et reçu, une adresse IP de destination doit figurer dans l’en-tête du paquet IP. Une adresse MAC de destination correspondante doit également être présente dans l’en-tête de la trame Ethernet. Les adresses IP et MAC se combinent pour transmettre les données à un hôte de destination spécifique.
Le processus qu’un hôte source utilise pour déterminer l’adresse MAC de destination est appelé protocole ARP (Address Resolution Protocol). Le processus qu’un hôte source utilise pour déterminer l’adresse MAC de destination associée à une adresse IPv6 est connu sous le nom de découverte du voisin (ND).
Remarque: L’adresse MAC source doit toujours être une adresse de monodiffusion.
¶ 7.2.5 Adresse MAC de diffusion
Une trame de diffusion Ethernet est reçue et traitée par chaque périphérique du réseau local Ethernet. Les caractéristiques d’une diffusion Ethernet sont les suivantes:
- L’adresse MAC de destination est l’adresse FF-FF-FF-FF-FF-FF au format hexadécimal (48 uns en notation binaire).
- Il est inondé par tous les ports de commutateur Ethernet sauf le port entrant.
- Il n’est pas transmis par un routeur.
Si les données encapsulées sont un paquet de diffusion IPv4, cela signifie que le paquet contient une adresse IPv4 de destination qui a toutes les adresses (1) dans la partie hôte. Cette numérotation implique que tous les hôtes sur le réseau local (domaine de diffusion) recevront le paquet et le traiteront.
Cliquez sur Lecture dans l’animation pour afficher le traitement d’une trame de diffusion. Dans cet exemple, l’adresse MAC de destination et l’adresse IP de destination sont les deux diffusions.
Comme le montre l’animation, l’hôte source envoie un paquet de diffusion IPv4 à tous les périphériques sur son réseau. L’adresse de destination IPv4 est une adresse de diffusion, 192.168.1.255. Lorsque le paquet de diffusion IPv4 est encapsulé dans la trame Ethernet, l’adresse MAC de destination est l’adresse de diffusion MAC FF-FF-FF-FF-FF-FF au format hexadécimal (48 uns en binaire).
DHCP pour IPv4 est un exemple de protocole qui utilise des adresses de diffusion Ethernet et IPv4.
Cependant, toutes les diffusions Ethernet ne comportent pas de paquet de diffusion IPv4. Par exemple, les requêtes ARP n’utilisent pas IPv4, mais le message ARP est envoyé en tant que diffusion Ethernet.
¶ 7.2.6 Adresse MAC de multidiffusion
Une trame de multidiffusion Ethernet est reçue et traitée par un groupe de périphériques du réseau local Ethernet appartenant au même groupe de multidiffusion. Les caractéristiques d’une multidiffusion Ethernet sont les suivantes:
- Il existe une adresse MAC de destination 01-00-5E lorsque les données encapsulées sont un paquet de multidiffusion IPv4 et une adresse MAC de destination de 33-33 lorsque les données encapsulées sont un paquet de multidiffusion IPv6.
- Il existe d’autres adresses MAC de destination de multidiffusion réservées lorsque les données encapsulées ne sont pas IP, telles que le protocole STP (Spanning Tree Protocol) et le protocole LLDP (Link Layer Discovery Protocol).
- Il est inondé par tous les ports de commutateur Ethernet sauf le port entrant, sauf si le commutateur est configuré pour l’écoute multidiffusion.
- Il n’est pas transféré par un routeur, sauf si le routeur est configuré pour router les paquets de multidiffusion.
Si les données encapsulées sont un paquet de multidiffusion IP, les périphériques ferrons partie d’un groupe multidiffusion qui se voient attribuer une adresse IP de groupe multidiffusion. La plage d’adresses de multidiffusion IPv4 s’étend de 224.0.0.0 à 239.255.255.255. La plage d’adresses de multidiffusion IPv6 commence par FF00::/8. Dans la mesure où les adresses multidiffusion représentent un groupe d’adresses (parfois appelé groupe d’hôtes), elles ne peuvent s’utiliser que dans la destination d’un paquet. La source doit toujours être une adresse de monodiffusion.
Comme avec les adresses monodiffusion et de diffusion, l’adresse IP multidiffusion nécessite une adresse MAC multidiffusion correspondante pour remettre les trames sur un réseau local. L’adresse MAC de multidiffusion est associée à l’adresse de multidiffusion IPv4 ou IPv6 et utilise les informations d’adressage à partir de celle-ci.
Cliquez sur Lecture dans l’animation pour afficher le traitement d’une trame de multidiffusion. Dans cet exemple, l’adresse MAC de destination et l’adresse IP de destination sont des multidiffusions.
Les protocoles de routage et d’autres protocoles réseau utilisent l’adressage multidiffusion. Les applications telles que les logiciels de vidéo et d’imagerie peuvent également utiliser l’adressage de multidiffusion, bien que les applications de multidiffusion ne soient pas aussi courantes.
¶ 7.2.7 Travaux pratiques – Affichage des adresses MAC des périphériques réseau
Au cours de ces travaux pratiques, vous aborderez les points suivants:
- Partie 1: configuration de la topologie et initialisation des appareils
- Partie 2: Configurer les appareils et vérifier la connectivité
- Partie 3: Afficher, décrire et analyser les adresses MAC Ethernet
¶ 7.3 La table d’adresses MAC
¶ 7.3.1 Notions de base sur le commutateur
Maintenant que vous savez tout sur les adresses MAC Ethernet, il est temps de parler de la façon dont un commutateur utilise ces adresses pour transférer (ou supprimer) des trames vers d’autres périphériques d’un réseau. Si un commutateur vient de transférer chaque trame qu’il reçoit à tous les ports, votre réseau serait tellement encombré qu’il s’arrêterait probablement complètement.
Un commutateur Ethernet de couche 2 utilise des adresses MAC pour prendre des décisions de transmission. Il ignore totalement les données (protocole) transportées dans la partie données de la trame, comme un paquet IPv4, un message ARP ou un paquet ND IPv6. Les décisions du commutateur concernant la transmission de données reposent uniquement sur les adresses MAC Ethernet de couche 2.
Un commutateur Ethernet consulte sa table d’adresses MAC pour prendre une décision de transfert pour chaque trame, contrairement aux anciens concentrateurs Ethernet qui répètent les bits de tous les ports sauf le port entrant. Sur la figure, le commutateur à quatre ports vient d’être mis sous tension. Le tableau indique la table d’adresses MAC qui n’a pas encore appris les adresses MAC des quatre PC connectés.
Remarque: Les adresses MAC sont raccourcies tout au long de cette rubrique à des fins de démonstration.
Remarque: La table d’adresses MAC est parfois appelée table de «mémoire adressable par contenu» (CAM, Content-addressable memory). Même si le terme de table CAM est également utilisé, nous préfèrerons parler de la table d’adresses MAC dans le cadre de ce cours.
¶ 7.3.2 Apprentissage et transfert par le commutateur
Le commutateur crée la table d’adresses MAC de manière dynamique en examinant l’adresse MAC source des trames reçues sur un port. Pour transmettre les trames, le commutateur recherche une correspondance entre l’adresse MAC de destination qui figure dans la trame et une entrée de la table d’adresses MAC.
Observer l'adresse MAC de source
Le commutateur vérifie si de nouvelles informations sont disponibles sur chacune des trames entrantes. Pour cela, il examine l'adresse MAC source de la trame et le numéro du port par lequel la trame est entrée dans le commutateur. Si l'adresse MAC source n'existe pas, elle est ajoutée à la table, tout comme le numéro du port d'entrée. Si l'adresse MAC source existe, le commutateur réinitialise le compteur d'obsolescence de cette entrée. Par défaut, la plupart des commutateurs Ethernet conservent les entrées dans la table pendant 5 minutes.
Dans la figure, par exemple, le PC-A envoie une trame Ethernet au PC-D. Le tableau montre que le commutateur ajoute l'adresse MAC du PC-A à la table des adresses MAC.
Remarque : Si l'adresse MAC source existe dans la table mais sur un port différent, le commutateur la traite comme une nouvelle entrée. L'ancienne entrée est alors remplacée par la même adresse MAC associée au numéro de port actuel.
- PC-A envoie une trame Ethernet.
- Le commutateur ajoute le numéro de port et l'adresse MAC de PC-A à la table d'adresses MAC.
¶ 7.3.3 Filtrage des trames
À mesure qu’un commutateur reçoit des trames de différents périphériques, il remplit sa table d’adresses MAC en examinant l’adresse MAC source de chaque trame. Si la table d’adresses MAC du commutateur contient l’adresse MAC de destination, il peut filtrer la trame et la diffuser sur un sol port.
Sur la figure, PC-D est en train de répondre à PC-A. Le commutateur voit l'adresse MAC du PC-D dans la trame entrante sur le port 4. Le commutateur place ensuite l'adresse MAC de PC-D dans la table d'adresses MAC associée au port 4.
Le commutateur ajoute le numéro de port et l'adresse MAC de PC-D à sa table d'adresses MAC.
¶ 7.3.4 Vidéo - Tables d'adresses MAC sur des commutateurs connectés
Sur un commutateur, plusieurs adresses MAC peuvent être associées à un même port. Cela est fréquent lorsque le commutateur est connecté à un autre. En effet, le commutateur possède une entrée d’adresse MAC distincte dans sa table MAC pour chaque trame reçue ayant une adresse MAC source différente.
Cliquez sur Lecture sur la figure pour lancer une vidéo expliquant comment deux commutateurs connectés créent des tables d’adresses MAC.
¶ 7.3.5 Vidéo - Envoyer une trame à la passerelle par défaut
Lorsque l’adresse IP d’un périphérique se trouve sur un réseau distant, la trame Ethernet ne peut pas être envoyée directement au périphérique de destination. Au lieu de cela, la trame Ethernet est envoyée à l’adresse MAC de la passerelle par défaut, c’est-à-dire le routeur.
Cliquez sur Lecture sur la figure pour lancer une vidéo expliquant comment PC-A communique avec sa passerelle par défaut.
Remarque: Dans la vidéo, l’adresse IP source du paquet IP envoyé de PC-A à une destination située sur un réseau distant est celle de PC-A et son adresse IP de destination est celle de l’hôte distant. L’adresse IP source du paquet IP de retour sera celle de l’hôte distant et son adresse IP de destination sera celle de PC-A.
¶ 7.3.6 Exercice — Commutation
Déterminez comment le commutateur transmet une trame en fonction de l’adresse MAC source, de l’adresse MAC destination et des informations contenues dans la table MAC du commutateur. Répondez aux questions ci-dessous à l’aide des informations fournies.
¶ Switch-It : Exercice de commutation Ethernet
Module 7 — Section 7.3.6
¶ Trame entrante
¶ Table d'adresses MAC du commutateur
| Adresse MAC | Port |
|---|
¶ Q1 — Vers quels ports le commutateur transfère-t-il la trame ?
¶ Q2 — Quelles affirmations sont vraies ?
¶ 7.3.7 Travaux pratiques – Affichage de la table d’adresses MAC du commutateur
Au cours de ces travaux pratiques, vous aborderez les points suivants :
- Partie 1: Construire et configurer le réseau
- Partie 2: Analyser la table d’adresses MAC du commutateur
¶ 7.4 Méthodes de transmission et vitesses de commutation
¶ 7.4.1 Méthodes de transmission de trames sur les commutateurs Cisco
Comme vous l’avez appris dans la rubrique précédente, les commutateurs utilisent leurs tables d’adresses MAC pour déterminer le port à utiliser pour transférer les trames. Avec les commutateurs Cisco, il existe en fait deux méthodes de transfert de trames et il y a de bonnes raisons d’utiliser l’une au lieu de l’autre, selon la situation.
Les commutateurs utilisent l’une des méthodes suivantes de transmission des données entre des ports réseau:
- La commutation par stockage et retransmission (store-and-forward) – Cette méthode de transmission de trame reçoit la trame entière et calcule le CRC. Le contrôle par redondance cyclique (CRC) a recours à une formule mathématique fondée sur le nombre de bits (de uns) dans la trame afin de déterminer si la trame reçue possède une erreur. Si le CRC est valide, le commutateur recherche l’adresse de destination qui détermine l’interface de sortie. La trame est ensuite acheminée par le port approprié.
- La commutation cut-through – Cette méthode achemine la trame avant qu’elle ne soit entièrement reçue. Au minimum, l’adresse de destination de la trame doit être lue avant que celle-ci ne soit retransmise.
Un grand avantage de la commutation par stockage et retransmission (store-and-forward) est qu’elle détermine si une trame a des erreurs avant de propager la trame. En cas d’erreur détectée au sein de la trame, le commutateur ignore la trame. L’abandon des trames avec erreurs réduit le volume de bande passante consommé par les données altérées. la commutation par stockage et retransmission (store-and-forward) est nécessaire pour l’analyse de la qualité de service (QOS) sur des réseaux convergés où la classification des trames pour la priorité du trafic est indispensable. Par exemple, les flux de données de voix sur IP doivent être prioritaires sur le trafic Web.
Sur la figure 2, lancez l’animation pour afficher une démonstration du processus de commutation après le processus stockage et retransmission (store-and-forward).
¶ 7.4.2 Commutation cut-through
Dans le cas de la commutation cut-through, le commutateur agit sur les données à mesure qu’il les reçoit, même si la transmission n’est pas terminée. Le commutateur met une quantité juste suffisante de la trame en tampon afin de lire l’adresse MAC de destination et déterminer ainsi le port auquel les données sont à transmettre. L’adresse MAC de destination est située dans les six premiers octets de la trame à la suite du préambule. Le commutateur recherche l’adresse MAC de destination dans sa table de commutation, détermine le port d’interface de sortie et transmet la trame vers sa destination via le port de commutateur désigné. Le commutateur ne procède à aucun contrôle d’erreur dans la trame.
Cliquez Lecture dans l’animation pour afficher une démonstration du processus de commutation cut-through.
Il existe deux variantes de la commutation cut-through:
- La commutation Fast-Forward- ce mode de commutation offre le niveau de latence le plus faible. La commutation Fast-Forward transmet un paquet immédiatement après la lecture de l’adresse de destination. Du fait que le mode de commutation Fast-Forward entame la transmission avant la réception du paquet tout entier, il peut arriver que des paquets relayés comportent des erreurs. Cette situation est occasionnelle et la carte réseau de destination ignore le paquet défectueux lors de sa réception. En mode Fast-Forward, la latence est mesurée à partir du premier bit reçu jusqu’au premier bit transmis. La commutation Fast-Forward est la méthode de commutation cut-through classique.
- La commutation Fragment-free – Avec ce mode de commutation, le commutateur stocke les 64 premiers octets de la trame avant la transmission. La commutation Fragment-free peut être considérée comme un compromis entre la commutation store-and-forward et la commutation fast-forward. La raison pour laquelle la commutation Fragment-Free stocke uniquement les 64 premiers octets de la trame est que la plupart des erreurs et des collisions sur le réseau surviennent pendant ces 64 premiers octets. La commutation Fragment-free tente d’améliorer la commutation fast-forward en procédant à un petit contrôle d’erreur sur les 64 premiers octets de la trame afin de s’assurer qu’aucune collision ne s’est produite avant la transmission de la trame. La commutation Fragment-free offre un compromis entre, d’une part, la latence élevée et la forte intégrité de la commutation store-and-forward, et d’autre part la faible latence et l’intégrité réduite de la commutation fast-forward.
Certains commutateurs sont configurés pour une commutation cut-through par port. Une fois le seuil d’erreurs défini par l’utilisateur atteint, ils passent automatiquement en mode de commutation par stockage et retransmission. Lorsque le nombre d’erreurs est inférieur au seuil défini, le port revient automatiquement en mode de commutation cut-through.
¶ 7.4.3 Mise en mémoire tampon sur les commutateurs
Un commutateur Ethernet peut utiliser une technique de mise en mémoire tampon pour stocker des trames avant de les transmettre. La mise en mémoire tampon peut également être utilisée lorsque le port de destination est occupé en raison de la congestion. Le commutateur stocke la trame jusqu’à ce qu’il puisse être transmis.
Comme l’illustre la figure, il existe deux méthodes de mise en mémoire tampon:
Memory Buffering Methods
| Méthode | Description |
|---|---|
| Mémoire axée sur les ports |
|
| Mémoire partagée |
|
La mise en mémoire tampon partagée permet également de stocker des images plus volumineuses avec potentiellement moins de trames supprimées. Ceci est important avec la commutation asymétrique qui permet des débits de données différents sur différents ports, par exemple lors de la connexion d’un serveur à un port de commutateur de 10 Gbit/s et d’un PC à des ports de 1 Gbit/s.
¶ 7.4.4 Paramètres de mode duplex et de débit
Les paramètres de bande passante et de mode duplex de chaque port de commutateur sont des paramètres fondamentaux. Il est essentiel que ceux du port de commutateur et des périphériques connectés (ordinateur ou autre commutateur) soient en adéquation.
Deux types de paramètres bidirectionnels sont employés pour les communications dans un réseau Ethernet:
- Mode duplex intégral – Les deux extrémités de la connexion peuvent envoyer et recevoir des données simultanément.
- Mode semi-duplex – une seule extrémité de la connexion peut envoyer des données à la fois.
La négociation automatique est une option proposée sur la plupart des commutateurs Ethernet et des cartes réseau. Elle permet l’échange automatique d’informations sur le débit et le mode duplex entre deux périphériques. Le mode duplex intégral est choisi si les deux périphériques sont compatibles et que la bande passante commune la plus importante est sélectionnée.
Par exemple, sur la figure, la carte réseau Ethernet de PC-A peut fonctionner en mode duplex intégral ou en mode semi-duplex, et à un débit de 10 ou 100 Mbit/s.
Remarque: Sur la plupart des commutateurs et des cartes réseau Ethernet Cisco, la négociation automatique est définie par défaut pour le débit et le mode duplex. Les ports Gigabit Ethernet fonctionnent uniquement en mode duplex intégral.
Le conflict du mode duplex est l’une des causes les plus fréquentes de problèmes de performances sur les liaisons Ethernet 10/100 Mbps. Il se produit lorsqu’un port sur la liaison fonctionne en semi-duplex tandis que l’autre port fonctionne en mode duplex intégral, comme indiqué sur la figure.
Cela se produit lorsque l’un des ports ou les deux ports d’une liaison sont réinitialisés et qu’après le processus de négociation automatique, les deux partenaires de la liaison ne possèdent plus la même configuration. Le problème peut également survenir lorsque des utilisateurs reconfigurent un côté d’une liaison et oublient d’en faire autant de l’autre côté. La négociation automatique doit être soit activée soit désactivée des deux côtés. La meilleure pratique consiste à configurer les deux ports de commutateur Ethernet en duplex intégral.
¶ 7.4.5 Auto-MDIX
Les connexions entre les appareils nécessitaient une fois l’utilisation d’un câble croisé ou d’un câble direct. Le type de câble requis dépendait du type de dispositifs d’interconnexion.
Par exemple, la figure identifie le type de câble correct requis pour interconnecter les périphériques commutateur à commutateur, commutateur à routeur, commutateur à hôte ou routeur à hôte. Un câble croisé est utilisé lors de la connexion d’appareils similaires, et un câble direct est utilisé pour la connexion d’appareils contrairement à des appareils.
Remarque: Une connexion directe entre un routeur et un hôte nécessite une connexion croisée.
Désormais, la plupart des commutateurs prennent en charge la fonction de commutation automatique d’interface en fonction du support (auto-MDIX). Lorsque vous activez cette fonction, le commutateur détecte le type de câble connecté au port et configure les interfaces en conséquence. Vous devez donc opter pour un câble croisé ou un câble droit pour les connexions sur un port 10/100/1000 cuivre sur le commutateur, quel que soit le type de périphérique à l’autre extrémité de la connexion.
La fonction Auto-MDIX est activée par défaut sur les commutateurs qui fonctionnent avec la version Cisco IOS 12.2(18)SE ou une version ultérieure. Toutefois, la fonctionnalité peut être désactivée. Pour cette raison, vous devez toujours utiliser le type de câble correct et ne pas compter sur la fonction Auto-MDIX. Auto-MDIX peut être réactivé à l’aide de la commande de configuration de l’interface mdix auto .
¶ 7.5 Module pratique et questionnaire
¶ 7.5.1 Qu’est-ce que j’ai appris dans ce module?
Ethernet Frame
Il fonctionne au niveau de la couche liaison de données et de la couche physique. Les normes Ethernet définissent à la fois les protocoles de la couche 2 et les technologies de la couche 1. Ethernet utilise les sous-couches LLC et MAC de la couche de liaison de données pour fonctionner. L’encapsulation des données comprend les éléments suivants: trame Ethernet, adressage Ethernet et détection des erreurs Ethernet. Les réseaux locaux Ethernet utilisent des commutateurs fonctionnant en duplex intégral. Les champs de trame Ethernet sont: préambule et délimiteur de trame de départ, adresse MAC de destination, adresse MAC source, EtherType, données et FCS.
Ethernet MAC Address
Les nombres binaires utilisent deux chiffres, 0 et 1. Decimal utilise 0 à 9. Hexadécimal utilise 0 à 9 et les lettres A à F. L’adresse MAC est utilisée pour identifier les périphériques source et destination physiques (NIC) sur le segment de réseau local. L’adressage MAC fournit une méthode d’identification des périphériques au couche de liaison de données du modèle OSI. Une adresse MAC Ethernet est une adresse 48 bits exprimée en 12 chiffres hexadécimaux, ou 6 octets. Une adresse MAC Ethernet est constituée d’un code OUI de fournisseur hexadécimal à 6, suivi d’une valeur attribuée par le fournisseur hexadécimal à 6. Lorsqu’un périphérique transfère un message à un réseau Ethernet, l’en-tête Ethernet inclut les adresses MAC source et de destination. Avec Ethernet, des adresses MAC différentes sont utilisées pour la monodiffusion (unicast), la multidiffusion (multicast) et la diffusion (broadcast) sur la couche 2.
La table d'adresses MAC
Les décisions d’un commutateur Ethernet de couche 2 du concernant la transmission de données reposent uniquement sur les adresses MAC Ethernet de couche 2. Le commutateur crée la table d’adresses MAC de manière dynamique en examinant l’adresse MAC source des trames reçues sur un port. Pour transmettre les trames, le commutateur recherche une correspondance entre l’adresse MAC de destination qui figure dans la trame et une entrée de la table d’adresses MAC. À mesure qu’un commutateur reçoit des trames de différents périphériques, il remplit sa table d’adresses MAC en examinant l’adresse MAC source de chaque trame. Si la table d’adresses MAC du commutateur contient l’adresse MAC de destination, il peut filtrer la trame et la diffuser sur un sol port.
Vitesses de commutation et méthodes de transmission
Les commutateurs utilisent l’une des méthodes suivantes de transmission des données entre des ports réseau : la commutation par stockage et retransmission (store-and-forward) ou la commutation cut-through. Les deux types de méthodes de commutation Cut-through sont Fast-forward et Fragment-free. Deux méthodes de mise en mémoire tampon sont la mémoire basée sur le port et la mémoire partagée. Deux types de paramètres duplex sont employés pour les communications sur les réseaux Ethernet: le mode semi-duplex et le mode duplex intégral. La négociation automatique est une option proposée sur la plupart des commutateurs Ethernet et des cartes réseau. Elle permet l’échange automatique d’informations sur le débit et le mode duplex entre deux périphériques. Le mode duplex intégral est choisi si les deux périphériques sont compatibles et que la bande passante commune la plus importante est sélectionnée. Désormais, la plupart des commutateurs prennent en charge la fonction de commutation automatique d’interface en fonction du support (auto-MDIX). Lorsque vous activez cette fonction, le commutateur détecte le type de câble connecté au port et configure les interfaces en conséquence.