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

Transcription

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

2 Plan Introduction Les segments Domaines de collision Pontage Commutation Fonctionnement d'un commutateur Latence Modes de commutation Protocole STP 2

3 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 transport 3 Segmentation d un flux de données

4 Introduction On appelle domaines de collision des segments du réseau physique dans lesquels des collisions peuvent se produire. 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 4 doit alors envoyer une réponse à cette adresse.

5 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. L'une des solutions consiste à fragmenter le segment principal en plusieurs parties et à le diviser en domaines de collision distincts. 5

6 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. 1ér segment Adresse MAC Port 2éme segment 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 6 l adresse MAC avec le port correspondant.

7 Pontage Fonctionnement Chaque équipement réseau est identifié par son adresse MAC 7

8 Pontage Fonctionnement 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. 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. Adresse MAC 00000CAAAAAA 1 Port 8

9 Pontage Fonctionnement 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. 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 00000CAAAAAA CBBBBBB 1 9 Port

10 Pontage Fonctionnement L'hôte A émet une requête ping vers l'hôte C. Le pont et l'hôte B traitent la trame. car elle ne lui était pas destinée. 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. L'hôte B rejette la trame Adresse MAC 00000CAAAAAA CBBBBBB CCCCCCC 2 10 Port

11 Pontage Fonctionnement 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. Adresse MAC Port 00000CAAAAAA CBBBBBB CCCCCCC CDDDDDD 2 11

12 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. 12

13 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). 13

14 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. 14

15 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

16 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. 16

17 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. 17

18 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

19 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

20 Modes de commutation symétrique 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», 20

21 Modes de commutation symétrique 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

22 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. 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 22

23 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

24 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