1 Le HUB
Avant de parler du commutateur, il faut d’abord comprendre ce qu’est un hub. Le hub est un appareil qui permet d’interconnecter plusieurs appareils dans un réseau local.
Toutes les cartes réseau des différents équipements sont reliées électriquement entre elles à travers le hub. Lorsqu’un appareil envoie des données au hub, celui-ci les retransmet à tous les appareils connectés.
Si vous n’avez jamais entendu parler du hub, c’est parce qu’il pose plusieurs problèmes.
Le premier problème est celui des collisions : si deux appareils envoient des données en même temps, les signaux électriques se superposent et les deux informations sont perdues.
Le second problème est que tous les appareils reçoivent les données, même ceux qui ne sont pas concernés. Cela réduit les performances du réseau et pose également des problèmes de sécurité.
2 CSMA/CD
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) est un mécanisme qui a été développé pour limiter les collisions (lorsque deux appareils transmettent des données en même temps).
Le principe est simple :
- Un appareil vérifie d’abord si quelqu’un transmet déjà des données sur le support.
- Si le réseau est occupé, l’appareil attend un temps aléatoire avant de réessayer.
- Si le réseau est libre, il transmet l’information.
- Si une collision se produit malgré tout, les appareils concernés attendent un temps aléatoire avant de retransmettre leurs données.
CSMA/CD peut être considéré comme une solution temporaire pour limiter les problèmes causés par les hubs. Cependant, ce mécanisme réduit fortement les performances du réseau. Pour résoudre définitivement ces problèmes, les réseaux modernes utilisent aujourd’hui un équipement plus intelligent : le commutateur (switch).
3 Le Commutateur
Contrairement au hub, le commutateur (switch en anglais) n’est pas simplement une interconnexion de câbles. Le commutateur, comme son nom l’indique, fait de la commutation. Cela signifie qu’il envoie les données uniquement vers l’appareil concerné, et non vers tous les appareils du réseau.
Chaque interface d’un switch est appelée un port. Lorsqu’un appareil envoie une trame Ethernet, celle-ci arrive d’abord sur le switch.
Le switch analyse alors l’adresse MAC destination contenue dans la trame afin de déterminer sur quel port se trouve l’appareil destinataire. Il peut alors transmettre la trame uniquement vers le bon port.
Contrairement aux hubs, les switchs éliminent les collisions lorsque les équipements fonctionnent en full-duplex, car chaque port constitue un domaine de collision indépendant.
Grâce au commutateur, on améliore :
- Les performances du réseau, car les données ne sont plus envoyées à tous les appareils
- La sécurité, car seuls les appareils concernés reçoivent l’information
C’est pour ces raisons que les switchs ont remplacé les hubs dans les réseaux modernes.
4 La table d’adresses MAC
Pour savoir sur quelle interface envoyer les trames, le commutateur utilise une table d’adresses MAC. Cette table permet de savoir derrière quel port se trouve un appareil possédant une certaine adresse MAC.
Lorsqu’un switch reçoit une trame contenant une adresse MAC qu’il ne connaît pas encore, il enregistre l’adresse MAC source et l’associe au port sur lequel la trame est arrivée. Ainsi, le switch apprend progressivement où se trouvent les appareils du réseau.
Si le switch ne connaît pas encore l’adresse MAC destination, il ne sait pas sur quel port envoyer la trame. Il va donc l’envoyer sur tous ses ports, sauf celui par lequel la trame est arrivée. Ce mécanisme s’appelle le flooding.
Lorsque l’appareil destinataire répond, le switch reçoit la trame de réponse et apprend à son tour l’adresse MAC de cet appareil, qu’il associe au port correspondant. Au fur et à mesure, la table MAC se remplit et le switch devient capable d’envoyer les trames directement vers le bon port.
Les entrées de la table MAC ne sont pas permanentes : elles expirent après un certain temps si aucune trame n’est reçue, afin de s’adapter aux changements du réseau.
5 Les types de communication
Habituellement, lorsqu’une trame est envoyée à un appareil, on utilise une adresse MAC dite "unicast". Cela signifie que cette adresse correspond à un seul appareil sur le réseau. La trame est donc envoyée uniquement à cet appareil.
Cependant, pour certains protocoles, il est nécessaire de transmettre l’information à plusieurs appareils en même temps. Pour cela, on utilise des adresses MAC spécifiques appelées adresses multicast.
Ces adresses sont utilisées uniquement comme adresse destination. Elles permettent d’envoyer une information à un groupe d’appareils intéressés par cette communication. Tous les appareils ne traitent pas ces trames : seuls ceux qui participent à ce groupe vont les accepter.
Dans certains cas, il est nécessaire de contacter tous les appareils du réseau local. Pour cela, on utilise une adresse broadcast.
Contrairement au multicast, l’adresse broadcast est toujours la même : FF:FF:FF:FF:FF:FF
Cette adresse indique que tous les appareils du réseau local doivent recevoir l’information. Cependant, il est possible d’abuser du broadcast et de saturer le réseau local avec trop de messages. C’est pourquoi certains protocoles et certains équipements limitent aujourd’hui l’utilisation du broadcast afin d’éviter de surcharger inutilement le réseau.
