Hubs commutateurs et ponts

Hubs commutateurs : Au tout début des réseaux, on utilisait des Hubs pour connecter nos bons vieux ordinateurs.

Un Hub ou un concentreur n'est rien de plus qu'un répéteur physique :

Lorsqu'il reçoit un signal électrique sur une de ces interfaces, il le répétera en l'envoyant à toutes ses interfaces sauf celle qui a reçu ce signal.

Il n'y a pas d'intelligence dans un hub, et il ne fonctionne que sur la couche physique du modèle OSI (la couche 1).

Comme les interfaces partagent le même support physique, les ordinateurs fonctionnent en semi-duplex et il peut y avoir des collisions.

Pour éviter ces collisions, il est possible d'utiliser le protocole CSMA / CD.

Plus il y a d'ordinateurs dans ce type de réseau, et plus il y a de chances d'obtenir des collisions.

Et de nombreuses collisions provoquent une baisse de débit.

Topologie

Sur cette topologie, nous avons 4 PC et un Hub au milieu.

Si un de nos ordinateurs envoie des données, le hub répétera simplement le signal électrique sur tous les autres ports, ce qui signifie que tout le monde recevra ces données, qu’elles en aient besoin ou non.

Le réseau fonctionne en semi-duplex, ce qui signifie que nous pouvons avoir des collisions.

Comme les collisions peuvent se propager partout sur les PC’s du même Hub, nous appelons cela un seul « domaine de collision ».

Plus les réseaux grandissaient et plus les collisions étaient plus nombreuses… Ce qui avait comme impact de réduire le rendement des entreprises…

Prenons un autre exemple, si vous regardez cette topologie :

Où pensez-vous que nous allons rencontrer des collisions ?

Comme il n’y a que des Hubs commutateurs, des collisions peuvent se produire de partout !

Il s’agit donc d’un gros domaine de collision.

Ces nombreuses collisions provoquaient, à l’époque, d’énorme baisse de la bande passante. Il fallait donc trouver un dispositif plus intelligent que le HUB. Et c’est comme ça qu’est né le pont, ou plus connu sous le nom de « Bridge ».

Le bridge est doté d’une intelligence et il fonctionne à la couche 2 du modèle OSI (la couche liaison de donnée ou data link).

Le Bridge

Le Bridge est capable de :

• Décidez où envoyer les trames Ethernet, en regardant les adresses MAC.
• De transférer les trames Ethernet sur des ports spécifiques.
• De filtrer les trames Ethernet, c’est-à-dire de supprimer celles qui sont inutiles…
• D’inonder les trames Ethernet, c’est-à-dire de les envoyer partout, comme un broadcast.
• Par contre, un Bridge n’a que quelques ports seulement.
• Et ils sont très lents !

Gardons l’image précédente et on ajoute une topologie identique, sauf qu’on remplace le Hub du milieu par un pont.

Comme le pont dispose d’une intelligence, il transmet les trames Ethernet que si elles sont nécessaires. Nous avons donc sur cette topologie 2 domaines de collision.

Si le PC en haut à gauche envoie une trame Ethernet au PC en bas à gauche, le pont recevra cette trame Ethernet sur son interface de gauche, mais ne la transmettra pas aux autres pc’s qui sont à droite !

Revenons plutôt à notre époque, car les Hubs commutateurs et pont sont de l’histoire ancienne.

De nos jours on ne les utilise pratiquement plus… Car le switch, ou commutateur est arrivé !

Le switch

Le switch :

• Dispose de plusieurs ports.
• Ils peuvent avoir des vitesses différentes par port, comme des ports Fast Ethernet ou Gigabit-Ethernet.
• Ils disposent d’une grande mémoire tampon ou buffer.
• Et ils ont 3 différents modes de commutation :

Il existe plusieurs types de switchs, qui utilisent différentes méthodes pour transmettre les trames.

Le modèle standard commute les paquets en mode « différé », c’est ce qu’on appelle mode « store and forward » : il met les trames en tampon et les analyse afin de détecter d’éventuelles erreurs avant de les envoyer.

Les hubs commutateurs utilisent aussi un mode plus « direct ».

Dans ce mode, le switch se contente de lire l’adresse de destination et de transmettre les informations sans les analyser.

Et le 3ᵉ mode représente un compromis entre les deux méthodes précédentes. C’est-à-dire qu’ils ajoutent un traitement d’erreur simplifié sur la trame à commuter.

De nos jours, la plupart des switchs utilisent le mode « store and forward ».

Voyons maintenant comment le commutateur travaille :

Sur cette topologie, nous avons 3 PC avec un commutateur au milieu.

Le commutateur gère une table d’adresses MAC, au fur et à mesure qu’il les apprend.

À votre avis sur cette topologie, combien y a-t-il de domaines de collision ?

Eh bien, comme nous fonctionnons en full duplex, nous ne pouvons pas avoir de collisions dans un réseau commuté comme celui-ci.

Chaque interface sur un commutateur est vue comme un domaine de collision distinct !

Ce qui signifie que sur cette topologie il y a 3 domaines de collisions.

On peut alors se demander, pourquoi y a-t-il des domaines de collisions, alors qu’il est censé ne pas avoir de collision…

Eh bien, c’est parce qu’il est tout à fait possible de brancher un concentrateur sur un des ports du switch, et dans ce cas il y aura des collisions…

Pour revenir au fonctionnement du switch, puisque nous fonctionnons en full duplex et que nous ne pouvons plus avoir de collisions, le protocole CSMA / CD dont nous avons déjà parlé est désactivé.

Le PC A va envoyer des données à destinées du PC B. Il va donc créer une trame Ethernet qui contiendra l’adresse MAC du PCA dans le champ Source et l’adresse mac du PC B dans le champ destination.

Le commutateur construit et gère une table d’adresses MAC, qu’il apprend seulement en fonction des adresses MAC Source.

Chaque trame Ethernet qu’il reçoit, il apprendra le mac adresse du champ « source » de la trame et il effectuera une relation avec le numéro de port ou il est joignable.

Dans l’exemple, la Switch vient d’apprendre que l’adresse MAC du PC A est liée à l’interface Fast Ethernet 0/1. Il va donc ajouter cette information dans sa table d’adresses MAC.

Comme vous pouvez le voir, notre commutateur n’a actuellement aucune information sur l’emplacement du PC B.

Pour trouver sur quel port se situe le PCB, il va flooder une trame Ethernet,

C'est-à-dire qu'il envoie une trame sur tous ces ports sauf celui d'où vient la demande.

Le PC B et le PC C sont donc cette trame Ethernet.

À la réception de cette trame, le PC B voit dans le champ destination sa propre adresse MAC.

Il en déduit donc que cette trame lui est destinée.

Quant au PC C, comme il n'est pas concerné, il supprimera cette trame. Le PC B va donc répondre au PCA, en construisant une nouvelle trame Ethernet et l'envoyer vers le switch.

C'est à la réception de celle-ci que le switch va apprendre l'adresse MAC du PC B.

La prochaine fois que le PC A parlera au PC B, le switch commutera le paquet directement au lieu d'inonder la trame sur tous ces ports à la recherche de l'adresse mac de destination. Et comme ça, le PC C ne recevra plus de trame qui ne lui sont pas destinés.

Voyons à quoi ressemble la table de mac adresse d'un switch en vrai :

Si on se connecte sur le switch et qu'on lance la commande « show mac address-table Dynamic » sur toutes les adresses MAC que le commutateur aura informé. Ici, on voit qu'il a connaissance des adresses mac des PC A, B et C.

Par défaut, il n'y a pas de limite au nombre d'adresses MAC qu'un commutateur peut apprendre sur une interface.

Et toutes les adresses MAC sont donc autorisées.

Pour plus de sécurité, il est possible de changer ce comportement avec la fonction de « Port Sécurité ».

Les hubs commutateurs sont des dispositifs essentiels dans les réseaux informatiques modernes, facilitant la transmission efficace des données. Ces équipements permettent de connecter plusieurs appareils entre eux, optimisant ainsi la communication au sein du réseau.

Les hubs commutateurs sont également cruciaux pour la gestion du trafic réseau, assurant un cheminement fluide des données et une meilleure performance globale. Leur rôle dans la distribution intelligente des informations en fait des éléments incontournables des infrastructures réseau.

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