Introduction à la commutation et au routage

Routage et Commutation : Introduction à la Commutation

Résultats d'apprentissage

• Maîtriser le routage et la commutation dans les réseaux est crucial.
• Il faut mettre en place des réseaux locaux virtuels VLAN.
• Il est nécessaire de comparer les protocoles de routage dynamique.
• L'identification des particularités du routage dans les CDN est importante.
• Le fonctionnement du protocole STP doit être analysé.
• Il est important d'analyser et diagnostiquer le routage dynamique dans un réseau.
• Il faut analyser les méthodes de routage qui préservent l'anonymat.
• Il est important de comparer la commutation et le routage inter-VLAN.

Bilan de la séance d'introduction

• La première séance de l'UE RCOE a permis de découvrir les résultats d'apprentissage, le contexte technique, les liens avec les autres UE, et les méthodes d'évaluation.

Résultats d'apprentissage du chapitre

• Il est question de décrire un réseau commuté, comme un réseau LAN dans une entreprise reliant des PC, des imprimantes et des serveurs.
• Le mécanisme de relayage de trame dans un réseau commuté doit être expliqué : une trame arrive sur un port, le switch consulte sa table MAC et la transmet sur le bon port.
• Il est nécessaire de comparer un domaine de collision et un domaine de broadcast, une collision étant une zone où les équipements se battent pour parler et un broadcast étant une zone où tout le monde entend les messages diffusés.

Hiérarchie dans les réseaux commutés

• Les réseaux commutés sont hiérarchisés avec des niveaux d'accès, de distribution et un cœur de réseau.
• Les réseaux commutés sont conçus en pratique à l'USJ, avec différents bâtiments (Building 1, Building 2) et des éléments tels que des bureaux, des laboratoires informatiques, et des centres de données.

L'accès ou Access Layer

• Fournir l'accès à l'utilisateur est la fonction clé.
• Ce niveau est le point d'entrée et de sortie du trafic.
• Il achemine le trafic vers le niveau de distribution.
• Il évolue vers des services intelligents et intégrés.

La distribution ou Distribution Layer

• Le câblage du réseau à grande échelle et les domaines de commutation sont agrégés.
• Des services de commutation, routage et contrôle d'accès sont fournis.
• Une haute disponibilité est assurée avec des commutateurs de distribution redondants et des liens multiples vers le cœur du réseau.
• Des services différenciés sont offerts pour les classes de service des applications.

Le cœur ou Core Layer

• Les différents niveaux du réseau sont connectés et agrégés.
• L'isolation des pannes est permise.
• Un backbone avec une connectivité haut-débit est fourni.

Variantes de conception des réseaux LAN

• Il existe une conception LAN à trois niveaux (accès, distribution, cœur) et une conception LAN à deux niveaux (accès, distribution/cœur).
• Les réseaux peuvent être multi-sites ou à site unique, avec différents départements comme le marketing, l'ingénierie, la R&D, l'IT et des centres de données.

Le rôle des réseaux commutés

• Les réseaux commutés sont importants dans la conception des LANs.
• La commutation permet de transmettre le trafic vers sa destination et assure un haut débit.
• Les avantages d'un LAN commuté incluent une grande flexibilité, une meilleure gestion du trafic, et le support de la qualité de service, de la sécurité et de la téléphonie IP.

Types de commutateurs

• Il existe des commutateurs fixes, modulaires et empilables.
• Les commutateurs fixes ont des options limitées.
• Les commutateurs modulaires ont un châssis qui permet de brancher des cartes avec des ports.
• Les commutateurs empilables fonctionnent comme un seul commutateur.

Comment sélectionner un commutateur ?

• Les critères de sélection sont le coût, le nombre de ports, la consommation d'énergie, l'alimentation PoE, la fiabilité, le débit par interface, la taille de la mémoire tampon ou buffer et l'extensibilité.

Le concept de commutation

• Il s'agit de relayer les trames d'une interface à l'autre, en se basant sur une table d'information appelée table de commutation.
• Un commutateur Ethernet identifie l'adresse MAC dans l'entête Ethernet, consulte sa table de commutation et commute le paquet sur un port de sortie tel qu'indiqué dans sa table de commutation.

Fonctionnement d'un commutateur

• Au premier démarrage, la table de commutation d'un commutateur est vide.
• Chaque trame Ethernet contient une adresse MAC destination et une adresse MAC source dans son entête.
• Le commutateur note l'association entre l'adresse MAC source et le numéro de port physique d'entrée.
• S'il n'y a pas d'entrée dans sa table qui correspond à l'adresse MAC destination, le commutateur diffuse la trame sur tous les ports excepté le port d'arrivée.
• Lors de la réception d'une trame réponse, le commutateur note le port d'arrivée dans sa table.
• Le commutateur consulte sa table de commutation et commute la trame vers le seul port de sortie indiqué dans sa table, sans diffusion.
• Un commutateur doit apprendre qu'un équipement est relié à un port physique et construit automatiquement une table de commutation qui permet d'associer les adresses MAC des équipements aux numéros de ports physiques correspondants.
• À la réception d'une trame Ethernet, si le commutateur dispose d'une information sur l'adresse MAC destination dans sa table de commutation, il commute vers le port indiqué, sinon, il diffuse la trame sur tous les ports (excepté le port d'entrée).

Table de commutation et mémoire CAM

• La table de commutation est stockée dans une mémoire de type Content Addressable Memory (CAM), optimisée pour la recherche rapide.
• Les entrées dynamiques ont une durée de vie limitée (par exemple quelques minutes).

Mémoire CAM vs mémoire classique

• L'opération de lecture dans une mémoire classique utilise l'adresse du contenu comme entrée et le contenu de l'adresse comme sortie.
• L'opération de lecture dans une mémoire CAM utilise le contenu recherché comme entrée et l'adresse du contenu comme sortie.

Avantages et Inconvénients de la mémoire CAM

• Les avantages incluent une recherche rapide (quelques nanosecondes), la localisation du contenu en un top d'horloge et la possibilité d'effectuer plusieurs recherches en parallèle. L'extensibilité est aussi un avantage car plusieurs mémoires peuvent être cascadées pour augmenter la capacité de stockage.
• Les inconvénients incluent un coût élevé, une consommation élevée de puissance et des problèmes génériques d'ingénierie, comme l'interfaçage avec le processeur, et des problématiques de mise à jour et de recherche simultanées.

Les méthodes de relayage (forwarding)

• La méthode Store-and-Forward implique que le commutateur reçoit la trame Ethernet entière, calcule le CRC et, si le CRC est valide, consulte la table de commutation pour déterminer le port de sortie.
• La méthode Cut-Through implique que le commutateur relaie la trame avant la réception totale, au moins après avoir lu l'adresse MAC destination.
• La méthode Store-and-Forward mise en buffer automatique(possibilité d'adapter le débit), un processus de relayage plus lent, il y aune détection des erreurs par la vérification du CRC et à une méthode communément utilisée.
• La méthode Cut-Through n'est pas mise en buffer automatique, le relayage est au bout de 10 microsecondes,il n'y a pas détection des erreurs (impact négatif sur la bande passante) est une méthode peu commune (utilisée dans le cadre du calcul intensif).

Les domaines de collision et de diffusion

• Un domaine de collision est le segment de réseau où les équipements entrent en compétition pour communiquer. Tous les ports d'un hub font partie du même domaine de collision, tandis que chaque port d'un commutateur est un domaine de collision séparé.
• Un domaine de diffusion est la partie du réseau où une trame en diffusion est reçue. Les commutateurs relaient les trames en diffusion sur tous les ports sans diviser le réseau en domaines de diffusion, et si deux ou plusieurs commutateurs sont reliés, les diffusions sont relayées sur tous les ports, excepté le port d'entrée.
• Il est important d'identifier les domaines de collision et de diffusion pour évaluer les risques de congestion, limiter le nombre d'équipements et les répartir sur le réseau, et localiser les possibilités d'extension et de mise à jour des ressources du réseau.

Réduire la congestion dans les réseaux

• Les commutateurs contribuent à réduire la congestion grâce à la division du réseau local en plusieurs domaines de collision, la communication full-duplex entre les équipements, un grand nombre de ports physiques, la mise en buffer des grandes trames, l'utilisation des ports haut-débit, un processus de commutation interne rapide et un coût réduit par port.

Résumé du chapitre

• Un réseau local est conçu selon un découpage en trois niveaux : accès, distribution et cœur.
• Les commutateurs relayent les trames vers la destination, une décision basée sur le contenu d'une table de commutation et une méthode de relayage cut-through ou store-and-forward.
• Chaque port d'un commutateur forme un domaine de collision séparé, avec des communications full-duplex et haut-débit.
• Les commutateurs relayent les trames en diffusion, mais connecter des commutateurs étend le domaine de diffusion et dégrade les performances du réseau.