Redondance : Des boucles peuvent se produire dans le réseau dans le cas où l’on souhaite avoir une redondance avec plusieurs switchs.
Redondance
La connexion de deux switchs aux mêmes segments de réseau assure un fonctionnement continu s’il y a des problèmes avec l’un des segments. La redondance peut assurer la disponibilité constante du réseau.
Cependant, lorsque les switchs sont utilisés pour la redondance dans un réseau, des boucles peuvent se produire.
Lorsqu’un PC sur un segment de réseau transmet des données à un autre PC d’un autre segment et qu’ils sont tous les deux connectés par deux switchs ou plus, alors chaque switch recevra les données, et tenterons de les envoyer aux périphériques de destination. Les données sont donc dupliquées sur le réseau et une boucle réseau se produit car les mêmes données circulent dans plusieurs chemins différents.
À cause de cela, les tables d’adresses MAC seront mises à jour avec des informations d’adresse incorrectes, ce qui entraînera un renvoi des données.
Sur l’exemple de l’image, supposons que le PC A, qui fait partie du segment A, envoie un paquet au PC B, faisant partie du segment B.
Les connexions redondantes entre les PC’s assurent un fonctionnement continu si un des segments tombe. Dans cet exemple, on va imaginer qu’aucun des switchs n’a appris l’adresse du PC B.
Le switch 1 reçoit le paquet qui est destiné au PC B et comme il ne connaît pas l’adresse de sa destination, il la renvoie à tous ses ports sauf celui où il l’a reçu. Donc, il transmet la frame au switch 2 et 3.
Les switches 2 et 3 reçoivent la frame du PC A, via le switch 1, et apprennent correctement que le PC A est joignable par les segments 1 et 2.
Les switches 2 et 3 envoient donc la même frame au switch 4 ! Le switch 4 reçoit donc deux copies de la trame du PC A, une copie par le switch 2 et une par le 3.
Supposons que la trame du switch 2 arrive en premier. La Switch 4 apprend donc que l’hôte A réside sur le segment 3, et comme il ne sait pas où le PC B est connecté, alors il transmet le paquet à tous ses ports, sauf celui d’où il vient, ici c’est le switch2. Il va donc envoyer le paquet au PC B et au switch 3.
Ensuite arrive l’autre copy, du switch 3 vers le 4. Ce dernier mettra donc à jour sa table pour indiquer que le PC A réside sur le segment 4. Et comme il ne sait toujours pas où est le PC B, il transmet le paquet à tous ses ports sauf celui d’où il vient. Le paquet sera donc envoyé au PC B et au switch 2 !
Les switches 2 et 3, qui ont reçu la même frame, changent maintenant leurs tables internes pour indiquer que l’hôte A se trouve sur le segment 3 et 4.
Si la trame initiale du PC A avait été une trame de broadcast, alors les paquets circuleraient dans le réseau sans fin en utilisant toute la bande passante disponible et bloqueraient la transmission d’autres paquets sur les deux segments. C’est ce qu’on appelle une tempête de broadcast !
La solution aux problèmes de boucles est STP, qui signifie Spanning Three Protocol. C’est lui qui a en charge de gérer les chemins physiques vers les segments de réseau.
Il fournit la redondance du chemin physique tout en empêchant les boucles dans le réseau.
Par défaut, STP est activé sur les switches Cisco.
- STP désactive certains ports pour empêcher les boucles, pour que les paquets ne circulent pas indéfiniment sur le réseau, car il n’y aura qu’un seul chemin pour aller d’un point à un autre.
- Et s’il y a un problème de connectivité sur l’un des segments du réseau, alors le protocole STP rétablira le port désactivé pour que les données puissent de nouveau circuler vers un nouveau chemin unique.
Problèmes liés à la redondance
Les réseaux d’entreprise sont conçus avec une redondance sur les composants physiques pour assurer une continuité de service après une panne d’un des équipements.
La redondance sur des équipements de couche 2, comme des switches, nécessite une configuration pour éviter les boucles réseau.
En l’absence d’un protocole pour éviter les boucles dans une topologie avec des switchs redondant, cela provoquerait :
- Des Tempêtes de broadcast, car Chaque boucle provoque des émissions de trames sans fin, Ce qui ralentit fortement les performances du réseau.
- Ça provoquerait aussi des Transmissions de paquets identiques qui peuvent être livrées à la destination, alors qu’il en attend qu’une seule, cela provoque de nombreuses erreurs et donc des retransmissions…
- Et ça provoquerait aussi une Instabilité de la table d’adresse MAC du switch, car comme il, reçoit de nombreuses copy de trame identique, cela a pour effet de consommer de nombreuses ressources et provoque une instabilité dans la table d’adresses MAC.
Les équipements de couche 2, comme les switchs, n’ont pas de mécanisme permettant d’éliminer des trames qui tournent en boucle. Contrairement aux équipements de couche 3 comme des routeurs, qui eux, ont un mécanisme qui se nomme TTL pour Time to live, pour limiter la durée de vie d’un paquet.
Sans protocol pour gérer les boucles, les switches retransmettront le trafic indéfiniment…
C’est pourquoi le protocol STP qui signifie Spanning tree protocol, a été développé.
Conclusion
En conclusion, la redondance dans les réseaux informatiques est essentielle pour assurer une disponibilité constante du réseau en cas de panne d'un segment. Cependant, l'utilisation de switchs pour créer cette redondance peut entraîner des boucles réseau, causant des problèmes tels que les tempêtes de broadcast, les transmissions de paquets multiples et l'instabilité des tables d'adresses MAC. Pour éviter ces complications, le protocole STP (Spanning Tree Protocol) est nécessaire. STP gère les chemins physiques vers les segments de réseau, désactivant certains ports pour prévenir les boucles et assurant qu'un seul chemin est utilisé à la fois. En l'absence de mécanismes de gestion des boucles, les switchs continueraient à retransmettre le trafic indéfiniment, compromettant les performances du réseau. Ainsi, STP est essentiel pour maintenir la stabilité et l'efficacité des réseaux informatiques avec redondance.
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