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Mis à jour le 07/03/2022

Apprenez le fonctionnement d’un commutateur de couche 2

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Découvrez le fonctionnement d’un commutateur dans la mise en réseau

Comme vous l’avez vu précédemment, un commutateur permet d’interconnecter plusieurs périphériques finaux ensemble. Intéressons-nous à son fonctionnement !

Photo de commutateurs Cisco Catalyst 3650
Voici quelques commutateurs Cisco Catalyst 3650, un seul suffira pour notre cœur de réseau 😅

Le concept de commutation et de transfert de trames (ou d’encapsulation) est universel dans les réseaux et les télécommunications. Il est utilisé dans différents types de commutateurs dans les LAN, les WAN et dans les réseaux téléphoniques.

La décision sur la manière dont un commutateur transmet le trafic est prise en fonction du flux de ce trafic. Il existe deux termes associés aux trames qui entrent et qui sortent d’une interface :

  • Entrée (Ingress) : Ceci est utilisé pour décrire le port par lequel une trame entre dans l’appareil.

  • Sortie (Egress) : Ceci est utilisé pour décrire le port que les trames utiliseront lorsqu’elles quitteront l’appareil.

Un commutateur LAN maintient un tableau qui est référencé lors de l’acheminement du trafic par le commutateur. La seule intelligence d’un commutateur LAN est sa capacité à utiliser sa table pour transférer le trafic.

Un commutateur LAN transmet le trafic en fonction du port d’entrée et de l’adresse MAC de destination d’une trame Ethernet. Avec un commutateur LAN, il n’existe qu’une seule table de commutation maître qui décrit une association stricte entre les adresses MAC et les ports.

Par conséquent, une trame Ethernet, avec une adresse de destination donnée, sort toujours du même port de sortie quel que soit le port d’entrée dans lequel elle entre.

Pour rappel, l’adresse MAC est l’identifiant unique physique de chaque carte réseau, elle est composée de 12 caractères hexadécimaux.

Illustration représentant les 2 parties d'une adresse MAC. A gauche B4-6D-84, qui correspond à l'identification du constructeur. A droite, DD-CE-49, qui correspond à l'identification de la carte réseau.
Les 2 parties d'une adresse MAC

Pour afficher l’adresse MAC de votre poste informatique sous Windows, réalisez la commande ipconfig/all dans votre terminal.

Screenshot du terminal de commande
L’adresse MAC (Physical Address) affichée sur le terminal

Définissez la table d’adresses MAC du commutateur

Les commutateurs utilisent les adresses MAC de destination. Ils dirigent ainsi les communications du réseau à travers le commutateur. Les communications se font vers la destination, à l’exception du port approprié.

Pour qu’un commutateur sache vers quel port transférer une trame, il doit tout d’abord apprendre quels périphériques existent sur chaque port.

À mesure que le commutateur apprend la relation entre les ports et les dispositifs, il construit une table appelée table d’adresses MAC. Ce tableau est stocké dans la mémoire de contenu (CAM – Content Addressable Memory). C’est un type particulier de mémoire utilisé dans les applications de recherche à haute vitesse. Pour cette raison, la table d’adresses MAC est parfois aussi appelée table CAM. Vous pouvez afficher la table CAM du commutateur Dir-Exam en utilisant la commande show mac-address-table :

Switch# show mac-address-table
     Mac Address Table
-------------------------------------------

Vlan Mac Address   Type      Ports
---- -----------   --------  -----

Switch#

Pour que la table CAM se remplisse, il faut que des communications soient initiées.  Par exemple en lançant un ping entre le poste PC1-Dir et le poste PC2-Dir :

Switch# show mac-address-table
     Mac Address Table
-------------------------------------------

Vlan Mac Address   Type   Ports
---- -----------   --------    -----

   1 0010.11ec.9e37 DYNAMICFa0/2
   1 00d0.97be.a596    DYNAMICFa0/1

Switch#

On pourrait faire un petit tableau récapitulatif de cette table CAM comme ceci :

Adresse de destination

Port

00-D0-97-BE-A5-96

Fa0/1

00-10-11-EC-9E-37

Fa0/2

Screenshot d'un exemple de tables MAC où plusieurs adresses MAC destination peuvent être associées à un port
Exemple de tables MAC où plusieurs adresses MAC de destination peuvent être associées à un port

Adoptez la méthode “Switch Learn and forward”

Le processus suivant en deux étapes est effectué sur chaque trame Ethernet qui entre dans un commutateur.

Étape 1. Mode Découverte : Examen de l’adresse MAC source

Le commutateur vérifie si de nouvelles informations sont disponibles sur chacune des trames entrantes. Il le fait en examinant l’adresse MAC source de la trame et le numéro de port où la trame est entrée dans le commutateur :

  • Si l’adresse MAC source n’existe pas dans la table des adresses MAC, l’adresse MAC et le numéro de port entrant sont ajoutés à la table.

  • 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

  • Si l’adresse MAC source existe dans le tableau mais sur un port différent, le commutateur la traite comme une nouvelle entrée. L’entrée est remplacée en utilisant la même adresse MAC, mais avec le numéro de port le plus récent.

Étape 2. Transfert : Examen de l’adresse MAC destination

Si l’adresse MAC est une adresse de monodiffusion, le commutateur cherchera une correspondance entre l’adresse MAC de destination de la trame et une entrée dans sa table d’adresses MAC :

  • Si l’adresse MAC de destination se trouve dans la table, le commutateur transfère la trame par le port spécifié.

  • Si l’adresse MAC de destination ne se trouve pas dans la table, le commutateur transfère la trame sur tous les ports sauf celui d’entrée. Cela s’appelle une monodiffusion inconnue.
    Si l’adresse MAC de destination est une diffusion ou une multidiffusion, la trame est également envoyée sur tous les ports à l’exception du port entrant.

Suivez la méthode de transmission par commutateur

Les commutateurs prennent très rapidement les décisions de transfert de couche 2. Cela est dû aux logiciels sur les circuits intégrés spécifiques aux applications (ASIC). Les ASIC réduisent le temps de traitement des images dans l’appareil et permettent à l’appareil de gérer un nombre important d’images, sans dégradation des performances.

Les commutateurs de couche 2 utilisent l’une des deux méthodes suivantes pour changer de trame :

  • Commutation de stockage et de retransmission – Store and forward : Cette méthode prend une décision de retransmission sur une trame. Après avoir reçu la trame entière, cette méthode vérifie la présence d’erreurs dans la trame à l’aide d’un mécanisme mathématique de vérification des erreurs. On appelle cela le contrôle de redondance cyclique (CRC). La commutation par stockage et retransmission est la méthode de commutation LAN principale de Cisco.

  • Commutation par coupure – Cut-through : Cette méthode lance le processus de transfert après que l’adresse MAC de destination d’une trame entrante et le port de sortie ont été déterminés.

En résumé

Vous avez vu dans ce chapitre :

  • L’utilisation par le commutateur d’une table d’adresses MAC afin de permettre aux commutateurs de savoir sur quel port transférer une trame.

  • La table d’adresses MAC fait correspondre une adresse MAC avec un port et un port peut contenir plusieurs adresses MAC.

  • Une table d’adresses MAC est :

    • remplie en utilisant les adresses MAC source des équipements présents sur chaque port 

    • utilisée en analysant les adresses MAC destination des trames arrivant sur les ports et en les comparant avec les adresses MAC présents dans sa table CAM (Content Addressable Memory).

  • Les commutateurs utilisent deux méthodes pour changer de trame grâce à l’utilisation de Circuits Intégrés Spécifiques aux Applications (ASIC)

  • Store and Forward vérifie si la trame comporte des erreurs avec l’utilisation d’un CRC

  • Cut-Trough transfère la trame dès que l’adresse MAC de destination et le port de sortie ont été déterminés).

Maintenant que vous avez compris le fonctionnement d’un commutateur, j’aimerais vous présenter l’interface CLI. Découvrez-la au prochain chapitre.

Exemple de certificat de réussite
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