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Switch réseau (commutateur)

Un switch Ethernet (en Français, un commutateur) est un concentrateur qui permet d'augmenter le nombre d'ordinateurs connectés sur un réseaux Ethernet (topologies en étoile) en local (ce qu'on appelle en jargon informatique un LAN). Il est équivalent à un HUB à ce niveau mais son fonctionnement interne est différent: un switch analyse les trames (un terme technique qui désigne le contenu mais aussi les en-têtes qui reprennent d'autres parties comme l'adresse MAC du PC qui émet et celle du destinataire comme expliqué dans la partie modèle OSI), un hub ne fait que d'amplifier le signal pour le renvoyer vers tous les équipements connectés. Un switch enregistre dans une sorte de base de donnée interne les adresses MAC associées à chacun de ses ports physiques (les connecteurs RJ45 par exemple mais aussi pour certains modèles Gigabits en fibre optique) et ne transmet les données que vers le connecteur associé. A la différence d'un routeur, il ne permet pas de connecter des réseaux de classes d'adresses IP différentes.

Une autre différence, un switch peut travailler en Full duplex: il peut émettre et recevoir les données sur un même port réseau simultanément, donc en bidirectionnel, en multipliant par deux le taux de transfert. Il est de type "Auto Negociation" s'il détecte automatiquement le mode full ou half duplex selon l'équipement connecté. Auto MDI/MDIX signifie la détection automatique des câbles RJ45 croisés-droits, c'est la cas de tous les modèles actuels. Sinon, vous devez utiliser un câble croisé ou un port dédié avec deux connecteurs dont un inversé ou un bouton poussoir qui croise la connexion en interne.

Fonctionnement d'un switch.

Fonctionnement d'un switch A chaque nouvelle connexion, le commutateur construit une table d'équivalence adresse MAC - numéro de port de connexion dans sa mémoire interne. Un switch ne travaille pas avec les adresses IP, les ordinateurs utilisent une table ARP qui contient la correspondance entre l'adresse IP et l'adresse MAC et n'envoient que l'adresse MAC sur le réseau sur TCP (l'adresse IP est elle envoyée par IP ). Selon le modèle et le type, la capacité mémoire est plus ou moins limitée.

Lorsqu'un switch reçoit une adresse destinataire, il vérifie si l'adresse est dans sa mémoire (correspondance adresse physique / Ethernet). Si l'adresse MAC est connue, il envoie les données sur le port pysique associé. Si nous utilisons plusieurs switchs en cascade ou si l'adresse n'est pas dans la table ARP, il va envoyer un message spécial (une adresse MAC FF.FF.FF.FF.FF.FF, appelée broadcast) sur tous ses ports pour demander sur lequel ce périphérique est connecté. En recevant ce message, le deuxième switch vérifie dans sa propre table s'il a une correspondance entre l'adresse MAC et un de ses port. Si elle est connue, il va renvoyer un message au premier qui va mettre à jour sa table de correspondance (port de connexion au deuxième switch) et envoyer le message vers le deuxième commutateur.

Types.

La technologie utilisée (le mode) est liée aux types de données échangées, à l'architecture du réseau mais aussi au niveaux de performances.

Store and Forward (le modèle standard) enregistre toutes les trames en mémoire avant de les transmettre sur le port associé à l'adresse de destination. Avant d'enregistrer les trames, il va les analyser au niveau de la détection des erreurs (RUNT par exemple), mise à jour de la table d'adresses jusqu'à des filtrages pour les appareils Level 3 administrables du système OSI, suivant les modèles. Ce mode n'envoit pas de trames incomplètes et permet de mélanger des connexions en cuivre avec de la fibre optique ou même d'utiliser plusieus vitesses de connexions. La mémoire de stockage des trames est de 256 KB à plus de 8 MB suivant le modèle. Les modèles de bas de gamme bureautique utilisent la même mémoire en regroupant des ports entre-eux, les plus gros dédient une mémoire tampon par port. Le temps de lantence dépend de la taille des trames, d'où un ralentissement lors de transferts de gros fichiers, également limitée par le MTU.
Cut Through n'enregistre pas les trames et ne décode dans l'en-tête que l'adresse Mac de destination. Il ne lit pas le contenu du message. Cette solution plus rapide mais plus risquée n'est utilisée que pour des applications clients / serveur.
Cut Through Runt Free (Fragment Free dans les modèles CISCO) découle du précédent. En cas de collision sur le réseau Ethernet, un RUNT de moins de 64 octets est envoyé. De fait, ces switchs analysent les 64 premiers bytes de chaque trame. Elle n'est envoyée que si la longueur est de 64 bytes minimum et ignorée sinon. L'avantage est un faible temps de latence.
Adaptive Cut Through intègre surtout une correction d'erreurs. Ils enregistrent les ports avec des erreurs répétitives. Lorsqu'un seuil est dépassé, le port commute en mode Store and Forward, isolant certaines partie du réseau (câblage). Si le taux d'erreurs redevient normal, le port du commutateur revient en Cut Through.

Particularités supplémentaires

Un Switch stackable (empilable) permet la connexion de plusieurs commutateurs entre-eux de même modèles, le nombre est limité. L'ensemble partage une même table de correspondance en les regroupant. La technologie utilise le Meshing. Le Port Trunking réserve un certain nombre de ports pour des liaisons entre 2 commutateurs réseaux.
Un switch manageable permet une gestion des ports mais aussi en Giga-Ethernet modifier la taille des trames.
Les switchs de niveau 4 ne gèrent pas la couche 4 du modèle OSI (c'est un abus de langage, par extension du niveau 3). Ils peuvent analyser les applications à l'origine des données transmises. Cette particularité leur permet d'accorder des priorités à certains logiciels au niveau de la bande passante ou même d'interdire certaines applications (logiciels peer to peer par exemple).
Les modèles professionnels sont le plus souvent montés en racks, les modèles bureautiques sont de simple boîtiers avec un transformateur électrique externe.

C'est également le terme anglais désignant un interrupteur.

Définitions associées: Protocoles réseaux - routeur - système OSI - paires téléphoniques RJ45 - connections optiques

Dernière mise à jour, le 26/01/2021