Post on 06-Feb-2018
Réseaux InformatiquesChapitre V: Commutation Ethernet
ENSA de Tétouan
Abdelouahed Sabri
Plan
Introduction
Les segments
Domaines de collision
Pontage
Commutation
Fonctionnement d'un commutateur
Latence
Modes de commutation
Protocole STP2
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
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.
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.
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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