L’Ethernet commuté consiste à utiliser la trame Ethernet dans un réseau de transfert dont les nœuds sont des commutateurs. On utilise dans ce cas un Ethernet particulier, ou Ethernet FDSE (Full-Duplex Switched Ethernet), sur les lignes de communication duquel il est possible d’envoyer des trames Ethernet dans les deux sens simultanément. L’avantage de la commutation Ethernet par rapport à l’Ethernet partagé est de ne pas imposer de distance maximale entre deux nœuds étant donné qu’il n’y a plus de risque de collision.
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Figure 27. Performances du réseau Ethernet partagé.
Avant d’en arriver à une technique purement commutée, on a commencé, historiquement, par découper les réseaux Ethernet en des sous-réseaux autonomes, reliés les uns aux autres par des passerelles, ou ponts, tout en essayant de conserver un trafic local.
Un pont est un organe intelligent capable de reconnaître l’adresse du destinataire et de savoir s’il faut ou non retransmettre la trame vers un autre segment Ethernet. Ajouté au milieu d’un réseau Ethernet, un pont découpe le réseau en deux Ethernet indépendants. De ce fait, le trafic est multiplié par le nombre de sous-réseaux. Les ponts ne sont dans ce cas que des commutateurs Ethernet, qui mémorisent les trames et les réémettent vers d’autres réseaux Ethernet. La logique extrême d’un tel système est de découper le réseau jusqu’à n’avoir qu’une seule station par réseau Ethernet. On obtient alors la commutation Ethernet. Ce cheminement est illustré à la figure 28. Dans la commutation Ethernet, chaque carte coupleur est reliée directement à un commutateur Ethernet, ce dernier se chargeant de rediriger les trames dans la bonne direction. La commutation demande une référence qui, a priori, n’existe pas dans le monde Ethernet. Aucun paquet de supervision n’ouvre le circuit virtuel en posant des références. Le mot de commutateur peut être considéré comme inexact puisqu’il n’y a pas de référence. Il est cependant possible de parler de commutation, si l’on considère l’adresse du destinataire comme une référence. Le circuit virtuel est déterminé par la suite de références dont les valeurs sont déterminées par l’adresse du destinataire sur 6 octets. Il faut, pour réaliser cette commutation de bout en bout, que chaque commutateur ait la possibilité de déterminer la liaison de sortie en fonction de l’adresse du récepteur. L’algorithme qui permet de mettre en place les tables de commutation s’appelle Spanning Tree. Il détermine les routes à suivre par un algorithme de décision, qui prend en compte les liaisons par un poids.
Spanning Tree (arbre recouvrant).– Algorithme permettant de disposer les nœuds d’un réseau sous la forme d’un arbre
avec un nœud racine. Les connexions à utiliser pour aller d’un point à un autre du réseau sont celles désignées par l’arbre. Cette solution garantit l’unicité du chemin et évite les duplications de paquets.
Cette technique de commutation peut présenter des difficultés liées à la fois à la gestion des adresses de tous les coupleurs raccordés au réseau pour déterminer les tables de commutation et à celle des congestions éventuelles au sein d’un commutateur. Il faut donc mettre en place des techniques de contrôle, qui limitent, sur les liaisons entre commutateurs, les débits provenant simultanément de tous les coupleurs Ethernet. On retrouve là tous les problèmes posés par une architecture de type commutation de trames.
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Figure 28. Passage vers la commutation Ethernet.
L’environnement Ethernet s’impose actuellement par sa simplicité de mise en œuvre, tant que le réseau reste de taille limitée. Cette solution présente l’avantage de s’appuyer sur l’existant, à savoir les coupleurs et les divers réseaux Ethernet que de nombreuses sociétés ont mis en place pour créer leur réseau local. Comme tous les réseaux de l’environnement Ethernet sont compatibles entre eux, toutes les machines émettant des trames Ethernet peuvent facilement s’interconnecter. On peut ainsi réaliser des réseaux extrêmement complexes, avec des segments partagés sur les parties locales et des liaisons commutées sur les longues distances ou entre les commutateurs Ethernet.
L’un des avantages de cette technique est de ne plus présenter de limitation de distance puisque l’on est en mode commuté. Les distances entre machines connectées peuvent atteindre plusieurs milliers de kilomètres. Un autre avantage est offert par l’augmentation des débits par terminaux puisque, comme mentionné précédemment, la capacité en transmission peut atteindre 10, 100, 1 000 Mbit/s et même 10 Gbit/s par machine. Des débits de 40 puis 80 Gbit/s seront bientôt disponibles.
L’inconvénient majeur du système est de retourner à un mode commuté, dans lequel les nœuds de commutation doivent gérer un contrôle de flux et un routage et effectuer une gestion des adresses physiques des coupleurs. En d’autres termes, chaque commutateur doit connaître l’adresse MAC de tous les coupleurs connectés au réseau et savoir dans quelle direction envoyer les trames.
Dans les entreprises, le réseau Ethernet peut consister en une association de réseaux partagés et de réseaux commutés, tous les réseaux Ethernet étant compatibles au niveau de la trame émise. Si le réseau de l’entreprise est trop vaste pour permettre une gestion de toutes les adresses dans chaque commutateur, il faut alors diviser le réseau en domaines distincts et passer d’un domaine à un autre, en remontant au niveau paquet de l’architecture de référence, c’est-à-dire en récupérant l’information transportée dans la zone de données de la trame et en se servant de l’adresse de niveau paquet pour effectuer le routage. Cet élément de transfert n’est autre qu’un routeur effectuant une décapsulation puis une encapsulation.
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La commutation peut se faire par port, et, dans ce cas, les coupleurs sont directement connectés au commutateur, ou par segment, et ce sont des segments de réseaux Ethernet qui sont interconnectés. Ces deux possibilités sont illustrées à la figure 29.
Du point de vue de la commutation elle-même, les deux techniques de commutation suivantes sont également disponibles dans les équipements :
• Le store-and-forward, dans lequel un paquet Ethernet est stocké en entier dans les mémoires du commutateur, puis examiné avant d’être retransmis sur une ligne de sortie. Le cut-through, ou fast-forward, dans lequel le paquet Ethernet peut commencer à être retransmis vers le nœud suivant dès que la zone de supervision a été traitée, sans se soucier si la fin du paquet est arrivée ou non dans le nœud. Dans cette solution, il est possible qu’un même paquet Ethernet soit transmis simultanément sur plusieurs liaisons : le début du paquet sur une première liaison, la suite du paquet sur une deuxième et la fin sur une troisième liaison, comme illustré à la figure 30.
Figure 29. Les deux types de commutation.
La seconde solution présente plusieurs inconvénients. Elle ne permet pas de contrôler la correction du paquet, et la fin du paquet peut ne plus exister à la suite d’une collision.
Figure 30. Le cut-through.