Activité : Média et matériel d'interconnexion des réseaux locaux Ethernet

Présentation

Toute communication nécessite un émetteur, un récepteur et un média de communication :

Les émetteurs et les récepteurs sont les cartes réseaux (filaires et non filaires) que l’on trouve dans les hôtes ou dans les éléments d’interconnexion ;

Les médias de communication sont composés de différents matériels qui interconnectent toutes les cartes réseaux entre elles par l’intermédiaire de câbles dans un réseau filaire, ou d’ondes électromagnétiques dans un réseau non filaire ou sans fil (type WiFi) :

les câbles et connecteurs ;

panneau de brassage ;

concentrateur, commutateur, point d’accès wifi, routeurs.

Le concentrateur et l’adresse MAC

Le concentrateur (hub en anglais) réalise des liaisons en étoile. Chaque ordinateur est relié à un port de communication du concentrateur. Selon le modèle choisi un concentrateur dispose d’un nombre variable de ports.

Les concentrateurs (hub) n'existe pratiquement plus les réseaux d'entreprise et sont remplacés par les commutateurs (switch).

Question 1 : Comment le concentrateur fonctionne-t-il ? Question 2 : Qu’est-ce qu’une adresse MAC ? Quelle est son utilité ? Question 3 :Comment le destinataire sait-il que le message appelé trame lui est adressé ? Question 4 : À quel moment un hôte, via sa carte réseau, lit-il un message ? Question 5 : Quels sont les deux types de messages (trames) que l’on peut envoyer sur le réseau ? Question 6 :Quelle est, selon vous, la limite principale du concentrateur ?

Le commutateur et l’adressage dans un réseau physique

Le commutateur a le même aspect qu’un concentrateur mais contrairement à ce dernier il ne diffuse pas systématiquement les messages sur tous les ports connectés. Il met en relation les seuls postes concernés par l’échange :

Il y a beaucoup moins de trames qui circulent.

Le commutateur, pour distribuer correctement les messages, doit savoir sur quels ports sont branchés les postes identifiés par leur adresse MAC. C’est la table de correspondance mac/port du commutateur qui stocke ces informations. Cette table est progressivement complétée lors de la phase d’apprentissage.

Téléchargez le fichier ZIP pour extraire le logiciel simulateur réseau : simulateur.zip Téléchargez le fichier unswitch.xml Lancez le simulateur et ouvrez le fichier unSwitch.xml

Préalables : Lors du lancement du logiciel vous êtes en mode Conception réseau F2 ; Changer pour passer au mode Ethernet ; pour émettre une trame, il faut positionner la souris sur le carré vert représentant la carte réseau du poste émetteur et cliquer droit ; l'adresse MAC du destinataire peut être saisi automatiquement en cliquant sur la carte réseau du poste destinataire ; il faut activer message réception pour voir quel poste lit réellement la trame ;

Découverte de la phase d'apprentissage du commutateur

Pour pouvoir simuler la phase d'apprentissage, il faut impérativement vider la table mac/port du commutateur :

clic droit sur le commutateur puis videz la table mac/port.

Question 1 : Observez l’envoi d’une trame de st1 vers st3. Qui reçoit la trame ? Qui lit le message ? Question 2 : Observez la table mac/port du commutateur. Quelle information contient-elle ? En déduire son mode de complétion. Qui reçoit la trame et qui lit le message (justifiez vos réponses) lors des envois suivants : Question 3 : Envoi de trame de st1 vers st3 ? Que doit contenir la table mac/port à ce stade ? Question 4 : Envoi de trame de st1 vers st2 ? Question 5 : Envoi de trame de st2 vers st3 ? Question 6 : La table d’adresse MAC/PORT est maintenant remplie ; indiquez son contenu : Question 7 : Que se passera-t-il si on réitère l’envoi de trame de st1 vers st2 ? Question 8 : Quand le commutateur saura-t-il où se trouvent tous les postes ? Le commutateur peut-il ignorer la position d’une station ? Que fait un commutateur quand il reçoit une trame dont il ne connaît pas l’adresse du destinataire ?

Principe de fonctionnement des commutateurs

Principe :

Quand une trame lui parvient, le commutateur associe le port par lequel arrive le message, à l’adresse MAC de l’émetteur de la trame,

s’il ne la connaît pas encore il l’enregistre dans sa table mac/port. Ainsi, après un certain nombre de messages, le commutateur connaît l’emplacement des hôtes sur le réseau et peut les mettre en relation deux à deux.

Dès qu'un hôte est branché au commutateur, il envoie une trame ce qui permet au commutateur de remplir sa table mac/port.

Si un hôte est branché sur un autre port, il envoie une trame et l’association mac/port est immédiatement modifiée.

L'enregistrement dans la table est soumis à un TTL (Time To Live ou durée de vie) qui gère la durée pendant laquelle le commutateur conserve l’association mac/port (300 secondes par défaut sur les commutateurs Cisco).

Cette association est supprimée lorsque le TTL est égal à zéro et elle est renouvelée à chaque fois que le commutateur reçoit une trame.

Limite des commutateurs

Un commutateur mémorise dans sa table d’adresse MAC/PORT toutes les adresses MAC des cartes réseaux qu'il met en relation soit directement soit par l'intermédiaire d'autres commutateurs mais le nombre d'adresse qu'un commutateur peut gérer est limité.

On ne peut donc interconnecter des millions de postes uniquement avec des commutateurs car si tous les postes du monde s'interconnectaient à travers des commutateurs, ils formeraient un unique et gigantesque réseau où chacun devrait connaître l’adresse de tous les autres !

Pour résoudre ce problème :

on utilise un système d’adressage logique : l'adressage IP,

et c'est le routeur qui assure l'interconnexion des réseaux logiques IP.

L'adressage IP vient se superposer à l'adressage MAC sans la remplacer et permet d’identifier tous les ordinateurs reliés à Internet.

Passer d'une adresse MAC à une adresse IP (le protocole ARP)

Les cartes réseaux et les commutateurs utilisent l'adressage MAC pour faire circuler les trames Ethernet.

Une trame transmise par une carte réseau possède un entête contenant (entre autre chose) l'adresse MAC du destinataire et l'adresse MAC de l'émetteur. Ce niveau d'adressage obligatoire permet la communication physique.

Les applications réseaux utilisent l'adresse IP qui est est une adresse logique pour transmettre les données qui sont transportées dans des unités d'information appelées paquets IP. Ces paquets IP sont encapsulés dans des trames Ethernet. Il est alors nécessaire de connaître à partir de l'adresse IP destinataire du paquet, l'adresse MAC destinataire de la trame.

C'est le protocole ARP (Address Resolution Protocol) intégré au protocole IP qui se charge de ce travail.

Pour construire les trames dans lesquelles seront encapsulés les paquets IP à transmettre, il faut déterminer les entête de ces trames :

l'adresse MAC source ne pose pas de problème puisqu'elle correspond à l'adresse MAC de la carte réseau de l'émetteur ;

pour l'adresse MAC destinataire, il faut la demander au poste destinataire de la trame. Et quand on ne connaît pas l'adresse MAC destinataire, on le demande en utilisant l'adresse de broadcast.

Le protocole ARP consiste : à envoyer une trame de broadcast contenant un request arp : Quelle est l'adresse MAC correspondant à l'adresse IP suivante ? Le poste qui reconnaît son adresse IP répond en fournissant son adresse MAC. Cette association adresse IP/adresse MAC est mise en cache et sera utilisée ultérieurement dans l'échange. Au passage l'ensemble des postes qui ont reçu la demande ARP diffusée mettent également en cache l'association adresse IP/adresse MAC du demandeur.

Remarque : le protocole ARP est souvent utilisé au démarrage d'un poste pour tester l'unicité de son adresse IP pour le réseau. En effet celui-ci envoie ce qu'on appelle un ARP gratuit qui demande la résolution de sa propre adresse, si quelqu'un répond cela veut dire que cette adresse est déjà utilisée sur le réseau. Le poste ne peut donc utiliser cette adresse.

Téléchargez le fichier unswitchip.xml et ouvrez-le avec le simulateur réseau.

choisissez

le mode IP .

type de simulation pas de démonstration.

videz le cache arp du poste st1 (clic droit sur poste puis vider cache arp)

Cliquez-droit sur chaque carte et visualisez la configuration IP de chaque éléments ;

faites un ping de st1 (192.168.1.1) vers st2 (192.168.1.2) (Clic droit sur le poste et non sur la carte puis choisir ping et saisir une adresse IP). Les lignes bleues représentent la communication physique et les lignes jaunes la communication logique ;

videz le cache arp du poste st1 et recommencez un envoi vers 192.168.1.2 en ayant au préalable coché la case ralenti. Observer bien les échanges

Question 8 : Y a t-il eu un broadcast avant l'échange unicast ? Question 9 : Que représentent les lignes bleues (communication physique ou logique) ? Question 10 : Que représentent les lignes jaunes ? Question 11 : Sur quoi se base la communication physique ? Question 12 : Sur quoi se base la communication logique ? Question 13 : Quelle adresse a-t-on utilisé pour l'échange ? Question 14 : Comment la station st1 sait-elle que l'adresse IP 192.168.1.2 correspond à l'adresse mac02 ? Question 15 : Le poste fait-il systématiquement une résolution d'adresse ?