Réseaux Informatiques Chapitre V: Commutation...

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Réseaux Informatiques Chapitre V: Commutation Ethernet ENSA de Tétouan Abdelouahed Sabri

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Réseaux InformatiquesChapitre V: Commutation Ethernet

ENSA de Tétouan

Abdelouahed Sabri

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Plan

Introduction

Les segments

Domaines de collision

Pontage

Commutation

Fonctionnement d'un commutateur

Latence

Modes de commutation

Protocole STP2

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Introduction

Un segment dans un réseau

informatique peut être soit:

Une section d’un réseau reliée par

des ponts, des routeurs ou des

commutateurs

Un circuit électrique continu

souvent connecté à d’autres

segments de même type par des

répéteurs dans un réseau local à

topologie de bus

Un terme utilisé dans la

spécification TCP pour décrire une

unité d’information de la couche

de transport3

Segmentation d’un flux de données

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Introduction

On appelle domaines de

collision des segments du

réseau physique dans lesquels

des collisions peuvent se

produire.

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Pour communiquer avec tous les domaines de collision, les

protocoles utilisent les trames de diffusion broadcast et

multicast au niveau de la couche 2 du modèle OSI.

Lorsqu'un nœud doit communiquer avec tous les hôtes du réseau, il

envoie une trame de broadcast avec une adresse MAC de

destination 0xFFFFFFFFFFFF. La carte réseau de chaque hôte

doit alors envoyer une réponse à cette adresse.

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Pontage

Ethernet est un média partagé, un

seul nœud à la fois peut

transmettre des données.

L'ajout de nœuds entraîne un besoin

croissant de bande passante et

occasionne des charges

supplémentaires sur le média.

La probabilité de collisions est plus

forte, ce qui entraîne davantage de

retransmissions.

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L'une des solutions consiste à fragmenter le segment

principal en plusieurs parties et à le diviser en domaines

de collision distincts.

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Pontage

Pour ce faire, on utilise un pont.

Le Pont utilise une table de correspondance entre les adresses MAC et les ports

associés.

Il transmet ensuite les trames, ou les rejette, en fonction des entrées de la table.

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Adresse MAC Port

Lorsqu'un pont vient d'être installé, sa table est vide.

Il attend le transfert de données sur le segment pour remplir sa table,

Dès qu'une transmission est détectée, le pont la traite et enregistre

l’adresse MAC avec le port correspondant.

1ér segment

2éme segment

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PontageFonctionnement

Chaque équipement réseau est identifié par son adresse

MAC

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PontageFonctionnement

Lorsque l'hôte A émet une requête ping vers l'hôte B.

Les données sont transmises sur l'ensemble du segment de

domaine de collision: le pont et l'hôte B traitent le paquet.

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Adresse MAC Port

00000CAAAAAA 1

Le pont ajoute l'adresse source de la trame à sa

table de pontage et l’associe au port par lequel

elle est reçue.

Pour l'adresse de destination, elle est comparée à

toutes les adresses de la table de pontage.

Si l'adresse de destination ne se trouve pas

dans la table (l'adresse de l'hôte B n'est pas

encore enregistrée) la trame est transférée vers

les autres segments.

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PontageFonctionnement

L'hôte B traite la requête ping et transmet la réponse à

l'hôte A.

Les données sont alors transmises à l'ensemble du domaine de

collision: L'hôte A et le pont reçoivent la trame.

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Le pont ajoute l'adresse source de la trame à sa

table de pontage et l’associe au port par lequel

elle est reçue.

Pour l'adresse de destination, elle est comparée à

toutes les adresses de la table de pontage.

L'adresse étant dans la table, le numéro de

port est vérifié. L'adresse de l'hôte A est

associée au port sur lequel la trame a été

reçue. Par conséquent, la trame n'est pas

transmise dans le 2éme segment.

Adresse MAC Port

00000CAAAAAA 1

00000CBBBBBB 1

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PontageFonctionnement

L'hôte A émet une requête ping vers l'hôte C.

Le pont et l'hôte B traitent la trame. L'hôte B rejette la trame

car elle ne lui était pas destinée.

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L'adresse source existe déjà dans la table de pontage,

l'entrée est seulement mis-à-jour.

Pour l'adresse de destination, elle est comparée à

toutes les adresses de la table de pontage.

L'adresse n'étant pas dans la table, la trame est

transmise au segment suivant.

L'hôte C et l'hôte D traitent la trame. L'hôte C traite la

requête ping et transmet la réponse à l'hôte A.

Les données sont alors transmises à l'ensemble du

domaine de collision.

Le pont ajoute l'adresse source de la trame à sa table de

pontage et l’associe au port N°2.

Adresse MAC Port

00000CAAAAAA 1

00000CBBBBBB 1

00000CCCCCCC 2

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PontageFonctionnement

Lorsque l'hôte D transmet les données, son

adresse MAC est également enregistrée dans la

table de pontage.

C'est sur la base de ce principe que le pont

contrôle le trafic entre les domaines de collision.

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Adresse MAC Port

00000CAAAAAA 1

00000CBBBBBB 1

00000CCCCCCC 2

00000CDDDDDD 2

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Commutation

En règle générale, un pont comprend deux ports et

subdivise un domaine de collision en deux segments.

Les décisions prises par un pont dépendent uniquement

des adresses MAC (ou adresses de couche 2) et n’affectent

pas les adresses de couche 3 (ou adresses logiques).

Un pont subdivise un domaine de collision, mais il n'a aucun effet

sur le domaine logique ou de broadcast.

NB: Si un réseau ne dispose d'aucun équipement relié aux

adresses de couche 3, tel qu'un routeur, le réseau tout entier

partage le même espace d'adresse de broadcast logique.

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Commutation

Un commutateur est en fait un pont multiport très

rapide qui peut contenir des douzaines de ports.

Chaque port crée son propre domaine de collision.

Lorsqu'un seul nœud est connecté à un port de commutation, le

domaine de collision du média partagé ne contient que deux

nœuds (le port de commutation et l'hôte qui lui est associé).

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Commutation

Fonctionnement d'un commutateur

Un commutateur crée et gère de façon dynamique une

table de mémoire associative (CAM, Content Addressable

Memory), qui contient toutes les informations MAC

nécessaires aux ports.

La mémoire CAM effectue l'opération inverse des mémoires

traditionnelles.

Un contenu est fourni à la mémoire et l'adresse correspondante

est récupérée.

Cette mémoire permet à un commutateur de rechercher un port

associé à une adresse MAC sans algorithme de recherche.

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Latence

On appelle latence le temps (délai) qui s'écoule entre le

moment où une trame quitte un équipement source et celui

où la première partie de la trame atteint sa destination

Plusieurs causes peuvent être à l'origine de ces délais:

Capacité réseau insuffisante: Les retards au niveau des médias

peuvent être causés par la vitesse finie de propagation des signaux

dans le média physique.

Contrainte technologique: Les retards au niveau des circuits

peuvent être causés par les composants électroniques qui traitent le

signal tout au long du chemin.

Applicatifs: les retards au niveau des applications peuvent être

causés par les décisions prises par les logiciels pour implémenter la

commutation et les protocoles. 15

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Modes de commutation

Au niveau d’un commutateur, le transfère de

trames peut être effectuée de trois façons:

Mode Cut-through,

Mode Store-and-Forward,

Mode Fragment-Free.

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Modes de commutation

Mode Cut-through

Dans ce mode, le commutateur transfère la

trame au port de destination dès que l'adresse

MAC de destination est trouvée dans la table de

commutation et que l’interface de sortie est

déterminés.

Ce mode se caractérise par un temps de latence très

faible.

Cependant, la vérification des erreurs n'est pas

effectuée.

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Modes de commutation

Store-and-Forward

Dans ce mode, le commutateur attend de

recevoir la trame entière avant de la transférer

vers le port de destination.

Cela permet au logiciel de commutation de vérifier la

séquence de contrôle de trame (FCS, Frame Check

Sequence).

Si la trame n'est pas correcte, elle est rejetée au

niveau du commutateur.

Ce mode est appelé Store-and-Forward car la trame

entière est stockée avant d'être transmise.18

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Modes de commutation

Fragment-Free

Dans ce mode, le commutateur lit les 64

premiers octets, incluant l'en-tête de la trame,

puis il commence à transmettre le paquet avant

même d'avoir terminé la lecture du champ de

données et de la somme de contrôle.

Ce mode vérifie la fiabilité des adresses et des

informations relatives au protocole LLC afin de

garantir que les données sont correctement traitées et

qu'elles sont acheminées vers la destination

appropriée.19

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Modes de commutationsymétrique ou asymétrique

Commutation symétrique;

Lorsque les débits des ports source et les débits des

ports de destination sont identiques pour ne pas

endommager la trame.

Ce mode est utilisé avec le mode de commutation

«Cut-through»,

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Modes de commutationsymétrique ou asymétrique

Commutation asymétrique:

Lorsque les débits sont différents, la trame utilise un

certain débit pour la réception et un autre pour

l'émission.

Le mode «Store-and-Forward» doit être utilisé.

Ce mode est particulièrement adapté aux flux de trafic

client-serveur où plusieurs clients communiquent avec

un serveur simultanément.

Une bande passante plus large doit être allouée au

port du serveur afin d'éviter qu'un goulot

d'étranglement ne se produise au niveau de ce port. 21

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Protocole STP (Spanning-Tree Protocol)

Lorsque plusieurs commutateurs sont placés dans une arborescence

hiérarchique simple, il est peu probable que des boucles de

commutation se produisent.

Toutefois, les réseaux commutés possèdent très souvent des chemins

redondants afin d'assurer une meilleure fiabilité et une meilleure

tolérance aux pannes.

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Les chemins redondants sont

extrêmement utiles, mails ils peuvent

avoir des effets secondaires, tels que

les boucles de commutation.

elles peuvent provoquer des tempêtes

de broadcasts qui risquent de

submerger rapidement le réseau

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Protocole STP (Spanning-Tree Protocol)

Le protocole STP est un protocole normalisé qui permet

d'éviter les boucles de commutation.

Chaque commutateur d'un réseau LAN qui utilise le

protocole STP envoie un message appelé BDPU (Bridge

Protocol Data Unit) par le biais de tous ses ports afin que

les autres commutateurs soient informés de son

existence.

Les informations contenues dans ce message sont alors

utilisées pour désigner le pont racine du réseau.

Les commutateurs utilisent l'algorithme «spanning-tree» pour

résoudre les chemins redondants.23

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Protocole STP (Spanning-Tree Protocol)

Chaque port d'un commutateur utilisant le protocole STP

a pour état l'un des cinq suivants:Blocage: Reçoit uniquement les unités BPDU,

Écoute: Construction d’une topologie « active »,

Apprentissage ou acquisition: Construction d’une table de pontage,

Acheminement: envoi et réception de données utilisateur,

Désactivation: désactivation d’un administrateur.

Un port change d’état comme suit:De l'initialisation au blocage,

Du blocage à l'écoute ou à la désactivation,

De l'écoute à l'apprentissage ou à la désactivation,

De l'apprentissage à l'acheminement ou à la désactivation,

De l'acheminement à la désactivation. 24