Objectifs de certification

ICND1 100-105

  • 2.1. Décrire et vérifier les concepts de commutation switching MAC learning and aging, Frame switching, Frame flooding, MAC address table
  • 2.2. Interpréter le format d'une trame Ethernet
  • 1.7. Sélectionner le câblage approprié en se basant sur des exigences d'implémentation
  • 2.3. Dépanner des problèmes d'interface et de câblage collisions, erreurs, duplex, vitesse

CCNA R&S 200-125

  • 2.1 Décrire et vérifier les concepts de commutation switching (MAC learning and aging, Frame switching, Frame flooding MAC address table)
  • 2.2 Interpréter le format d'une trame Ethernet
  • 1.7 Sélectionner le câblage approprié en se basant sur des exigences d'implémentation
  • 2.3 Dépanner des problèmes d'interface et de câblage collisions, erreurs, duplex, vitesse

Technologie Ethernet

La technologie Ethernet dispose de ses propres caractéristiques en matière de câblage, de normes, de formats de trame, de méthode d’accès. On expliquera aussi du rôle révolutionnaire des commutateurs dans les réseaux Ethernet en terme d’optimisation des tâches de des transferts.

1. Technologie Ethernet

Nom commercialEthernet
PortéeLocale (LAN)
NormeIEEE 802.3
Supportspaire torsadée ou fibre optique

1.1. Ethernet dans les modèles de communication

Du point de vue du modèle TCP/IP, Ethernet remplit la couche “Accès au Réseau”. Dans le modèle OSI, Ethernet couvre les couches “Liaison de données” (L2) et “Physique” (L1).

Les trames IEEE 802.3 utilisent le protocole “Logical Link Control” (LLC) pour embarquer des protocoles de couches supérieures.

OSI et standards IEEE 802

1.2. Norme EIA 568A/568B

Norme EIA 568A/568B

On utilise ce câble en catégories récentes avec une prise modulaire RJ45 (8P8C). Les schémas de brochage répondent aux normes de câblage structuré T568A et T568B.

1.3. Câbles droits et câbles croisé

Les commutateurs (switches) et concentrateurs (hubs) sont identifiés comme étant des DCE (Data Connexion Equipement) alors que les stations terminales et les routeurs sont des périphériques DTE (Data Terminal Equipment). Les équipements identiques DTE/DTE ou DCE/DCE se connectent avec un câble croisé (qui croise les paires d’émission et de réception). Les équipements de type différents se connectent avec un câble droit car la position émission/réception sur leur interfaces est déjà inversée.

  • Câble droit (straight)
  • Câble croisé (cross-over)
Câble droit/câble croisé

Outre le fait que les nouvelles gammes de matériel actif s’adaptent automatiquement aux câbles en reconnaissant les positions du signal, on utilisera soit du câble croisé ou droit selon le type de matériel que l’on connecte. Cette fonctionnalité s’appelle “Auto-MDIX”

Câbles droits

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

Câbles croisés

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

1.4. Règles d’or du câblage à paire torsadée

Respecter les règles du câblage structuré pour le câblage horizontal sur des connexions T568A/T568B est élémentaire :

  • 6 mètres de la station terminale à la prise murale.
  • 90 mètres en câblage horizontal jusqu’au panneau de brassage.
  • 3 mètres jusqu’au commutateur.
  • éloigner le câble de tout élément de puissance.

Aussi, on aura une préférence pour les câbles préfabriqués et certifiés sans blindage, des choix de couleurs, des solutions d’étiquetage, etc.

1.5. Câbles inversé

  • Câble inversé (roll-over), console

1.6. Types de blindage et catégorie de câbles à paires torsadées

Les câbles à paires torsadées peuvent disposer de différents types de blindages et sont organisés en catégories en fonction des versions d’Ethernet à supporter1. On conseille toujours de prendre la catégorie courante voire la dernière selon son budget. Quoi qu’il en soit des considérations même sommaire comme le matériel d’interconnexion physique, les bonnes pratiques de câblage sont en dehors des objectifs vérifiés dans le CCNA.

Les types de blindages

  • Paire torsadée non blindée
  • Paire torsadée écrantée
  • Paire torsadée blindée
  • Paire torsadée écrantée et blindée
  • Paire torsadée super blindée

Les catégories de câbles

  • Catégorie 5
  • Catégorie 5e / classe D
  • Catégorie 6 / classe E
  • Catégorie 6a / classe Ea
  • Catégorie 7a / classe Fa
  • Catégorie 8

1.7. Versions de la technologies Ethernet

On trouvera ici le nom commercial, la vitesse théorique, la dénomination physique, le standard IEEE et des caractéristiques physiques sommaires des technologies Ethernet les plus courantes.

Nom commercialVitesseDénomination physiqueStandardSupport, longueur
Ethernet10 Mbps10BASE-TIEEE 802.3Cuivre, 100 m
Fast Ethernet100 Mbps100BASE-TXIEEE 802.3uCuivre, <100 m
Gigabit Ethernet1 Gbps1000BASE-SX, 1000BASE-LXIEEE 802.3zFibre, 550 m, <5 Km
Gigabit Ethernet1 Gbps1000BASE-TIEEE 802.3abCuivre, <100 m
10Gigabit Ethernet10 Gbps10GBASE-SR, 10GBASE-LRIEEE 802.3aeFibre, 300 m, <25 Km
10Gigabit Ethernet10 Gbps10GBASE-TIEEE 802.3anCuivre, <100 m
40Gigabit Ethernet40 Gbps40GBASE-SR, 40GBASE-LRIEEE 802.3baFibre, 125 m, <10 Km
100Gigabit Ethernet100 Gbps100GBASE-SR, 100GBASE-LRIEEE 802.3baFibre, 125 m, <10 Km

Avec ethernet, un câble à paires torsadées est toujours déployé sur un segment physique de maximum 100 mètres, quel que soit sa catégorie ou son blindage. Au delà de cette distance, la gestion des collisions (qui sont intrinsèques à la technologie) ne seront plus gérées de manière correcte.

En fibre optique, selon sa catégorie, on trouvera plusieurs options en support de longueurs et en vitesse qui ne sont pas détaillées ici.

2. Ethernet (CSMA/CD) IEEE 802.3

Ethernet est une technologie à support partagé. L’accès au support est donc concurrentiel.

La technologie Ethernet répond au principe “premier arrivé, premier servi” et se propose de gérer le phénomène intrinsèque des collisions.

Ethernet ne met en oeuvre aucun mécanisme de fiabilité ou de connexion. Tout au plus, une interface (destination finale ou commutateur intermédiaire) va vérifier la trame reçue. En cas de trame corrompue, le trafic est abandonné, sans plus.

Algorithme CSMA/CD

2.1. Topologie logique et topologie physique

La topologie logique est la méthode d’accès (MAC) au support physique.

On distingue :

  • Les méthodes stochastiques, premier arrivé premier servi (Ethernet, Wi-Fi).
  • Les méthodes déterministes, par passage de jeton, contrôlé (Token-Ring).

2.2. CSMA/CD

La méthode d’accès MAC est appelée : Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) :

  • Principe premier arrivé premier servi.
  • Si le canal est libre, la station place son trafic.
  • Si ce n’est pas le cas, elle attend.
  • Le protocole se propose de gérer les collisions.
  • Pas de fonction de fiabilité (ACK), pas de fonctions de gestions d’erreur, de contrôle de flux, etc.
  • CSMA/CD = Ethernet Legacy (10BASE2, 10BASE5, 10BASE-T)

2.3. Principe CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

  1. Une interface qui tente de placer une trame écoute le support.
  2. En cas de porteuse, elle retarde le placement de la trame.
  3. En l’absence de porteuse (support libre), elle attend encore quelques instants (96 Bit Time) et commence à placer le trafic.
  4. Elle va rester attentive à d’éventuelles collisions pendant un certain délai appelé le “slot time” (512 Bit Time).
  5. Après expiration de ce délai, l’interface n’est plus attentive à d’éventuelles collisions. Elle considère le canal acquis. Elle continue à émettre sans plus rien attendre (pas de ACK).
  6. Sur un média partagé, quelle que soit la topologie physique, toutes les interfaces reçoivent ce trafic. Elles examinent toutes l’en-tête Ethernet du trafic reçu, ce qui suscite de la charge en CPU et en bande passante.
  7. Seule l’interface qui reconnaît son adresse MAC dans le champ destination livre la trame à la couche supérieure.

2.4. Gestion des collisions (CD)

Sur un support partagé, une collision peut survenir lorsque deux ou plusieurs interfaces tentent de placer une trame en même temps alors qu’elles ont constaté un support libre (absence de porteuse).

Parce qu’il faut un certain délai pour qu’une trame arrive d’une extrémité à l’autre du support, l’interface émettrice va rester attentive pendant ce temps à d’éventuelles collisions. Les standards 802.3 définissent précisément ce temps. Il est appelé le slot time. Jusqu’en 100 Mbps, il s’agit du temps de placement de 512 bits ou 64 octets.

  • En cas de collision, les stations impliquées la renforcent en envoyant un signal de bourrage afin que toutes les interfaces du réseau l’entende.
  • Elles attendent alors de reprendre la procédure de placement de la trame dans un délai aléatoire. C’est ce qu’on appelle le mécanisme de Backoff prévu par le protocole.
  • Précisément, les stations impliquées reprendront aléatoirement dans une fourchette variant de 0 à un multiple du slot time.

Le support partagé par du matériel de couche 1 (Hub, concentrateur, câble en bus) est appelé domaine de collision. La bande passante est partagée dans un domaine de collision.

2.5. Délais

Les délais dans la technologie Ethernet dépendant de la qualité de l’infrastructure. Si celle-ci connait des défaillances physiques dans le câblage, les connecteurs, les prises de connexion ou les panneaux de brassages, on aura des délais et une expérience diminuée de la technologie, voire une incapacité.

C’est parce que le signal se propage dans un délai certain encodé dans les cartes réseau Ethernet que taille maximale d’un segment est fixée à 100 mètres sur du câble à paires torsadées.

3. Trame Ethernet 802.3

On trouvera deux type de trame Ethernet : IEEE 802.3 standard et Ethernert II (DIX). Les trames DIX sont celles qui sortent des cartes réseau de nos ordinateurs terminaux (stations de travail, imprimantes, serveurs traditionnels). Les trames IEEE 802.3 sont émises par du matériel “legacy” d’infrastructure de type commutateur ou routeur.

3.1. Format de trame Ethernet 802.3

Formats de trames Ethernet

Une trame Ethernet dispose de deux champs d’adresses : “destination” et “source” codées sur 48 bits chacune.

Ensuite, on y trouve soit un champ “longueur” ou un champ “type”. Le champ “type” annonce la charge contenue dans la trame. Dans une trame IEEE 802.3, le protocole LLC (Logical Link Control) s’occupe d’interfacer des protocoles de couche 2 comme CDP ou Spanning-Tree par exemple.

Enfin, en “en-queue” de trame, on trouve un champ de 4 bits “FCS” (Frame Check Sequency) qui vérifie l’intégrité de la trame. L’hôte émetteur fabrique une somme de contrôle et l’inscrit dans ce champ ; à la réception, les hôtes Ethernet vérifient cette valeur. Quand les valeurs ne correspondent pas, Ethernet ne propose aucun mécanisme de reprise, la trame est abandonnée. La fiabilité pourrait être assurée par un protocole de couche supérieure comme TCP.

A titre d’exercice, quelle est la différence entre ces deux types de trames ?

3.2. Champ “Ethertype”

Le champ “type” d’une trame Ethernet annonce la charge qu’elle comprend. On trouve une liste sommaire dans le tableau suivant.

EthertypeProtocole
0x0800Internet Protocol version 4 (IPv4)
0x0806Address Resolution Protocol (ARP)
0x8100VLAN-tagged frame (IEEE 802.1Q)
0x86DDInternet Protocol Version 6 (IPv6)
0x8863PPPoE Discovery Stage
0x8864PPPoE Session Stage
0x8870Jumbo Frames
0x888EEAP over LAN (IEEE 802.1X)
0x9100Q-in-Q

3.3. Adressage MAC 802

L’adresse MAC 802 est un adressage de livraison locale, de couche 2, on peut le caractériser comme étant un adressage “physique”.

  • Une adresse MAC est fondée dans la carte.
  • Elle est codée en 48 bits notés en hexadécimal : AA:BB:CC:DD:EE:FF.
  • Les 24 premiers bits d’une adresse MAC identifient le constructeur de l’interface réseau et sont appelés Organizationaly Unique Identifier (OUI). Les préfixes OUI sont enregistrés auprès de l’IEEE.
  • Les 24 derniers bits sont laissés à la discrétion du constructeur.
  • L’adressage MAC-EUI64 est un adressage étendu de 16 bits FFFE : AA:BB:CC:FF:FE:DD:EE:FF.
Adressage MAC IEEE 802

Note : Il est nécessaire le bit “Universal/Local” (“U/L bit”) à la septième position du premier octet. Le bit “u” bit est fixé à 1 (Universal) et il est fixé à zéro (0) pour indiquer une portée locale.

3.4. Préfixes d’adresses MAC

Comme en IP on trouve un adressage MAC Unicast, Broadcast et Multicast.

  • Adressage Unicast : à destination d’une seule interface (Sanitized IEEE OUI Data (oui.txt)).
  • Adresse de (diffusion) Broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF) : à destination de toutes les interfaces.
  • Adressage Multicast (CDP/VTP, STP, IPv4, IPv6) : à destination de certaines interfaces :
    • CDP/VTP : 01:00:0C:CC:CC:CC.
    • STP : 01:80:C2:00:00:00.
    • Multicast IPv4 : 01:00:5E:00:00:00 - 01:00:5E:7F:FF:FF.
    • Multicast IPv6 : 33:33:xx:xx:xx:xx.

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