Switch Ethernet

Médias de connection LAN Ethernet

Switch Ethernet : Pour connecter un switch à un réseau local, il faut utiliser une sorte de média. Le média LAN le plus courant est Ethernet. Ethernet n'est pas seulement un type de câble ou de protocole. C'est un standard de réseau que l'I3E a publié. Il est donc très fréquent d’entendre différents termes Ethernet tels que les protocoles Ethernet, câbles Ethernet, ports Ethernet et aussi switch Ethernet. Ethernet c’est un ensemble de lignes directrices qui permettent aux différents composants du réseau de travailler ensemble. Ces directives spécifient le câblage et la signalisation aux couches de liaison physique et de données du modèle OSI. Les normes Ethernet recommandent différents types de câbles tout en spécifiant des longueurs maximales à ne pas dépasser pour chaque type.

Standards de médias Ethernet

Les noms des normes, indiqués dans la rangée supérieure du tableau, spécifient la vitesse de transmission, le type de signalisation et le type de câblage. Par exemple, dans le nom standard 10BASE-T, le "10" spécifie une vitesse de transmission de 10 Mb/s, le mot "base" se réfère à la signalisation en bande de bases (ce qui signifie que seuls les signaux Ethernet sont portés sur le support) et la lettre " T "représente le câblage à paire torsadée. Cela permet d’éviter des interférences entre sources externes (par exemple, les rayonnements électromagnétiques des câbles UTP et la diaphonie entre les paires voisinent).

Il y a différent type de support physique :

• On a le Coaxial qui est le plus utilisé
• On a la Paire de cuivres torsadée
• La fibre optique
• Et le sans-fil

La technologie sans fil augmente en popularité pour la connectivité de bureau, le cuivre et la fibre sont les supports de couche physique les plus populaires pour les déploiements de réseau.

Ethernet était, à l'origine, basé sur le concept d'ordinateurs qui communiquaient sur un câble coaxial.

Les médias en cuivre

La plupart des réseaux Ethernet utilisent le câblage en cuivre UTP pour les distances de courte et moyenne longueur en raison de leur faible cout, par rapport à un câble fibre optique ou coaxiale.

Dans un câble UTP, chacun des huit fils de cuivre est recouvert par un matériau isolant. Les fils de chaque paire sont enroulés l'un autour de l'autre. L'avantage d'un câble UTP c’est sa capacité à annuler l'interférence, car les paires sont torsadées, ce qui limite la dégradation du signal.

Pour réduire davantage la diaphonie entre les paires dans un câble UTP, le nombre de torsions dans les paires de fils varie. Les câbles doivent respecter des spécifications précises concernant le nombre de torsions ou de tresses autorisées par mètre.

Un câble UTP est utilisé dans différents types de réseaux. Lorsqu'il est utilisé comme support de réseau, il comporte quatre paires de fils de cuivre et a un diamètre extérieur d'environ 0,43 cm ce qui correspond à 0,17 pouce.

Sa petite taille peut être très avantageuse lors de l'installation.

Il existe plusieurs catégories de câbles UTP :

• Catégorie 1 : utilisé pour les communications téléphoniques, mais pas adaptées à la transmission de données
• Catégorie 2 : capable de transmettre des données à des vitesses allant jusqu'à 4 Mb/s
• Catégorie 3 : utilisé dans les réseaux 10BASE-T et peut transmettre des données à des vitesses allant jusqu'à 10 Mb/s
• Catégorie 4 : utilisé dans les réseaux Token Ring et peut transmettre des données à des vitesses allant jusqu'à 16 Mb/s
• Catégorie 5 : capable de transmettre des données jusqu'à 100 Mb/s
• Catégorie 5ᵉ : utilisé dans des réseaux fonctionnant à des vitesses allant jusqu'à 1 Gb/s
• Et Catégorie 6, 6a et 7 : qui peuvent transmettre des données à des vitesses allant jusqu'à 10 Gb/s

Connecteur RJ-45

Les câbles UTP sont utilisés avec des connecteurs RJ-45.

Sur la prise RJ-45 mâle qui est celle de gauche, elle est utilisée pour le jarretièrage, ou pour connecter un pc à la prise du bureau. Ses emplacements des broches sont numérotés de 8 à gauche à 1 à droite.

Sur la prise RJ45 femelle, celle de droite qui se câble pour équiper les bureaux ou les panneaux de connexion, ses emplacements des broches sont numérotés de 1 à gauche à 8 à droite.

Câble droit ou Câble croisé ?

Lorsque vous choisissez un câble UTP, vous devez également déterminer si vous avez besoin d'un câble droit ou croisé. Les câbles droits sont principalement utilisés pour connecter des dispositifs différents, tandis que des câbles croisés sont utilisés pour connecter des périphériques similaires. Pour distinguer les deux types de câblage, il faut maintenir les extrémités du câble l'un à côté de l'autre et si les couleurs correspondent de gauche à droite, c’est un câble droit, à l’inverse si les couleurs sont inversées, il s’agit d’un câble croisé.

La figure suivante montre quand utiliser des câbles rectilignes et croisés.

Un câble droit sert à connecter deux terminaux différents :

• PC à Hub
• PC à Switch
• Switch à Routeur

Un câble croisé par contre permet de connecter deux terminaux de même nature :

• Switch à Switch
• Hub à Hub
• Routeur à Routeur
• PC à PC
• Hub à Switch
• PC à Routeur

Fibre optique

Une fibre optique est flexible et transparente et est faite de verre très pur qui se nomme silice, et n'est pas beaucoup plus grand qu’un cheveu humain. Il agit comme un guide d'ondes, pour transmettre la lumière entre les deux extrémités de la fibre. Les fibres optiques sont largement utilisées dans la communication, car elles permettent une transmission sur des distances plus longues et aussi une vitesse beaucoup plus élevée que les autres formes de communication. De plus, les fibres sont immunisées contre toute sorte de parasites, évitant les pertes.

Les deux composants de la fibre qui permet de faire circuler de la lumière sont le noyau et la gaine. La majeure partie de la lumière se déplace du début à la fin à l'intérieur du noyau. Sur l’image, on peut voir un noyau avec un diamètre de 9 micromètres, ce qui est généralement très faible pour une fibre. Pour comparer, le diamètre des cheveux humains est d'environ 50 micromètres. Le diamètre extérieur de la gaine est une taille standard de 125 micromètres. La standardisation de la taille signifie que les fabricants de composants peuvent créer des connecteurs pour tous les câbles à fibres optiques.

Le troisième élément de cette image est le buffer, c’est une sorte de revêtement qui n'a rien à voir avec le confinement de la lumière dans la fibre. Son but est de protéger le verre des rayures et de l'humidité. Le câble à fibre optique peut être facilement rayé et cassé, comme une vitre. Si la fibre est rayée, la rayure pourrait se propager et casser la fibre. L’eau et l’humidité sont très néfastes pour la fibre.

Voyons les Types de fibres

La différence la plus significative entre le multimode et single mode, c’est la capacité de la fibre à envoyer de la lumière sur une longue distance à des débits élevés. En général, le multimode est utilisé pour des distances plus courtes et à un débit bien inférieur au single mode. Pour les communications interurbaines, il est plus courant de voir du single mode. Il existe de nombreuses variations de fibre entre ces deux modes.

La plus grande différence physique entre ces deux modes est la taille du noyau.

Le fait d'avoir des noyaux de taille différente dans la fibre permet à la lumière de franchir la fibre de différente façon. Le single mode coute plus cher que le multimode.

Voyons les Types de connecteurs de fibre

Divers connecteurs à fibre optique sont disponibles. Les principales différences entre les types de connecteurs sont les dimensions et la manière de les brancher. Généralement, les organisations standardisent un type de connecteur, en fonction des équipements qu'ils utilisent couramment, ou bien par type de fibre (un pour le multimode et un pour le singlemode). Il existe actuellement environ 70 types de connecteurs.

Les types de connecteurs les plus communs sont :

•  ST est utilisé pour les panneaux de raccordement, c’est un connecteur très solide
• FC est pour les panneaux de connexion et sont utilisés par les fournisseurs de services
• SC est pour l'équipement de l'entreprise
• LC est aussi destiné à l'équipement d'entreprise et est couramment utilisé sur les modules SFP

SPF qui veut dire Small Form-Factor Pluggable permet de relier par exemple deux switches avec une jarretière fibre optique.

Structure d’une frame Ethernet

Les bits sont transmis sur un réseau local Ethernet à travers ce qu’on appelle une frames (cadre en français).

Dans Ethernet, le conteneur dans lequel les données sont placées pour la transmission s'appelle une Frame. La frame contient de nombreuses informations.

Parmi les champs les plus importants, on retrouve :

• Le champ Préamble : qui se compose de 8 octets et permet de synchroniser les signaux entre deux ordinateurs.
• La Destination Address : qui contient l’adresse destination ou le paquet est envoyé.
• La SourceAddress : qui contient l’adresse source ou le paquet a été émis.
• Le Type : qui contient un code qui identifie le protocole de couche réseau.
• Le Data : qui lui, contient les données reçues de la couche réseau sur l'ordinateur émettrice. Ces données sont ensuite envoyées sur l'ordinateur de destination qui utilisera le même protocole. Si les données sont plus courtes que la longueur minimale de 46 octets, une chaine de bits est utilisée pour compléter ce champ.
• Et le FCS : Le champ FCS comprend un mécanisme de vérification pour s'assurer que le paquet de données a été transmis sans corruption.

Adresses MAC

Tous les périphériques réseau doivent avoir une adresse MAC unique. L'adresse MAC d'un périphérique est une adresse qui est gravée dans la carte réseau. Il est également appelé Adresse physique ou BIA « Burned-in address . L'adresse MAC est exprimée en groupes de chiffres hexadécimaux qui sont organisés par paires ou quads.

Qu'est-ce que l'hexadécimal ?

Hexadécimal (souvent appelé simplement hex ) est un système de numérotation avec une base de 16. Cela signifie qu'il utilise 16 symboles composés de chiffres et de lettres. Le système décimal que l’on utilise quotidiennement à une base de 10 symboles unique, de 0 à 9. Les symboles en hexadécimal vont de 0 à 9 et de A à F pour 16 symboles. Chaque chiffre hexadécimal a une longueur de 4 bits, une adresse MAC est composée de 12 chiffres hexadécimaux, elle fait donc 48 bits.

L’adresse MAC est composée de deux composants :

• Une partit de 24 bits qui se prénomme la OUI : qui permet d’identifier le fabricant de la carte.
• Et une autre partit, elle aussi de 24 bits qui sont attribués par le fournisseur, c’est l’adresse de la station de destination : cette partie identifie de manière unique le matériel Ethernet.

L'adresse MAC identifie l'emplacement d'un ordinateur spécifique sur un réseau local.

Contrairement à d'autres types d'adresses qui sont utilisées dans les réseaux, l'adresse MAC ne doit pas être modifiée à moins qu'il y ait un besoin très spécifique de le faire.

Parmis les trois principaux types de communications réseau il y a :

Les communications Unicast :

La frame est envoyé depuis un hôte et est adressé à une destination spécifique. Il n'y a qu'un seul émetteur et un seul récepteur. C’est la forme de transmission prédominante sur les réseaux locaux et Internet.

Il y a les communications Broadcast : La frame est envoyé d'une adresse à toutes les autres adresses. Dans ce cas, il n'y a qu'un seul expéditeur, mais les informations sont envoyées à tous les périphériques connectés.

Et il y a les communications Multicast : ici, les informations sont envoyées à un groupe spécifique de périphériques ou de clients. Contrairement au broadcast, dans une transmission multicast, les clients doivent être membres du même groupe de diffusion pour recevoir les informations.

Switch d’une frame

Le switch construit et maintient une table qu’on appelle la table MAC - c’est une table de correspondance qui contient les mac adresse rattachée au port du switch. La table MAC est stockée dans la CAM qui signifie en anglais : content-addressable memory.

La CAM est une mémoire qui permet des recherches très rapides.

Pour chaque frame qui arrive dans un switch, le champ de l’entête qui correspond à l’adresse MAC de destination est comparé à la liste des adresses de la table mac du switch, et envoie la trame sur le port appartenant à la même mac adresse.

Le switch maintient sa table mac en analysant les frames, qui viennent des équipements, et note le mac adresse source avec le numéro de port d’où il vient, pour mettre à jour sa propre table d’adresse mac.

Le tableau suivant décrit le processus de filtrage du switch :

• En 1er Le switch reçoit un frame du PC A sur le port 1.
• En second, Le switch entre l'adresse MAC source et le port qui a reçu la frame dans la table MAC.
• Et 3ème, le switch vérifie sa table pour trouver une correspondance avec l'adresse MAC de destination, de la frame qu’il reçoit. L’adresse de destination n'est pas connue de sa table, il envoie donc la frame à tous ces ports, à l'exception du port sur lequel il l’a reçu. On dit qu’il inonde le réseau ou bien qu’il flood le réseau, pour savoir à qui est destiné la frame

• En 4ème, Le périphérique qui possède l'adresse MAC correspondante répond au switch avec une frame unicast adressées directement au PC A.
• En 5ème, Le switch qui vient d’apprendre une nouvelle donnée, entre l'adresse MAC source du PC B et le numéro de port dans sa table MAC. L'adresse de destination de la trame et son port associé se trouve désormais dans la table MAC.
• En 6ème, Le switch peut maintenant transférer des frames entre les 2 périphériques sans inonder le réseau, car il connait les ports associés à la mac adresse dans sa table MAC .

Communication duplex

Le terme communication duplex est utilisé pour décrire un canal de communication qui peut transporter des signaux dans les deux sens, par opposition à un canal simplex, qui porte un signal dans une seule direction. Il existe deux types de paramètres duplex qui sont utilisés pour les communications sur un réseau Ethernet

On a Half Duplex.

La communication half-duplex repose sur un flux de données unidirectionnel, ce qui signifie que les données ne peuvent fonctionner que dans une seule direction à la fois. L'envoi et la réception de données ne sont pas effectués en même temps. C’est similaire à une communication avec des talkiewalkies, dans lequel une seule personne peut parler à la fois. Étant donné que les données peuvent circuler que dans un seul sens à la fois, chaque périphérique dans un système half-duplex doit constamment attendre son tour pour transmettre des données. Ce qui entraine des problèmes de performance. Ce sont plutôt les anciens matériels comme les hubs qui fonctionnent en half-duplex.

Si un périphérique transmet en même temps qu’un autre, alors une collision se produit. Pour pallier à ce problème, la communication half-duplex implémente la fonctionnalité Ethernet CSMA / CD qui signifie en anglais : Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection ou en français circuit de détection de collision. Cela permet de réduire les risques de collisions et de les détecter. CSMA / CD permet de détecter une collision, et bloque les dispositifs qui pose problème pendant une période aléatoire avant qu’ils puissent retransmettre.

Et on à du Full-Duplex

La communication full-duplex c’est comme une communication téléphonique, dans laquelle chaque personne peut parler et entendre ce que l'autre personne dit simultanément. Le flux de données est bidirectionnel, les données peuvent être envoyées et reçues en même temps. Le support bidirectionnel améliore les performances en réduisant le temps d'attente entre les transmissions. La plupart des cartes Ethernet, Fast Ethernet et Gigabit Ethernet sont vendus aujourd'hui sont full-duplex. En mode full-duplex, le circuit de détection de collision est désactivé. Cela nécessite néanmoins un support full-duplex aux deux extrémités

La commande duplex

La commande duplex permet de spécifier le mode de fonctionnement en duplex pour les ports de switch.

Elle permet de configurer soit en half duplex / en full duplex ou en Auto.

L’option Auto définit une autonégociation entre les deux extrémités. Les deux ports communiquent pour décider du meilleur mode de fonctionnement.

L’image montre l’exemple d’une configuration duplex et de vitesse sur les interfaces Fast Ethernet des deux switchs. Pour éviter les problèmes d’incompatibilité, chaque extrémité est configurée avec des paramètres identiques. Les ports qui sont connectés à un PC sont configurés en full duplex avec une vitesse de 100 mégabits.

Et les ports entre les 2 switchs sont en mode auto pour le duplex et la vitesse, de cette manière les switchs négocieront automatiquement la vitesse et le duplex.

La commande show interfaces, dans le mode privilégié, permet de vérifier les paramètres du duplex sur chaque switch. Cette commande affiche des statistiques et des états sur les interfaces du switch.

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