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Encapsulation Ethernet

Ethernet est la technologie LAN filaire la plus répandue (l'autre étant WLAN), définie par les normes IEEE 802.2 et 802.3, opérant aux couches physique et liaison de données. Débits supportés : 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1000 Mbit/s, 10/40/100 Gbit/s.

Sous-couches liaison de données​

  • LLC (802.2) : fait le lien entre logiciel (couches sup.) et matériel, indique le protocole de couche 3 utilisé — permet à IPv4/IPv6 de partager la même interface.
  • MAC (802.3/802.11/802.15) : implémentée en matériel, gère l'encapsulation des données et l'accès au support.

Sous-couche MAC : rôles​

  • Trame Ethernet : structure interne.
  • Adressage : MAC source et destination.
  • Détection d'erreurs : queue FCS.
  • Accès au support : les anciens réseaux semi-duplex (bus, concentrateurs) utilisent CSMA/CD pour éviter les collisions. Les commutateurs modernes fonctionnent en duplex intégral et n'ont pas besoin de CSMA/CD.

Champs de trame Ethernet​

Taille de trame : min. 64 octets, max. 1518 octets (du champ Adresse MAC destination au FCS — le préambule n'est pas compté). En dessous du minimum → « fragment de collision », rejeté. Au-dessus de 1500 octets de données → trame « jumbo », généralement supportée par le matériel Fast/Gigabit Ethernet.

ChampTailleDescription
Préambule + SFD8 octetsSynchronisation émetteur/récepteur
MAC destination6 octetsAdresse du destinataire (mono/multi/diffusion)
MAC source6 octetsAdresse de la carte émettrice
EtherType2 octetsProtocole encapsulé : 0x800=IPv4, 0x86DD=IPv6, 0x806=ARP
Données46-1500 octetsPaquet de couche 3 (rembourré si trop court)
FCS4 octetsCRC pour détection d'erreur — trame abandonnée si le calcul ne correspond pas

Adresses MAC Ethernet​

Adresse 48 bits (12 chiffres hexadécimaux = 6 octets), unique par carte réseau. Format : OUI (6 chiffres hex attribués par l'IEEE au fabricant) + valeur unique attribuée par le fabricant. Ex. Cisco (OUI 00-60-2F) + 3A-07-BC → 00-60-2F-3A-07-BC.

L'adresse MAC était historiquement gravée en ROM (« rémanente »/burned-in), mais peut aujourd'hui être modifiée par logiciel — ce qui affaiblit le filtrage par MAC.

Au démarrage, la carte copie son adresse MAC de la ROM vers la RAM. À la réception d'une trame, la carte compare l'adresse MAC de destination à la sienne : si ça ne correspond pas (et que ce n'est pas une diffusion/multidiffusion à laquelle elle appartient), elle ignore la trame.

Types d'adresses MAC de destination​

  • Monodiffusion (unicast) : un seul destinataire. L'adresse source est toujours une monodiffusion.
  • Diffusion (broadcast) : FF-FF-FF-FF-FF-FF — inondée sur tous les ports sauf le port entrant, jamais transmise par un routeur. Ex. DHCP, requêtes ARP.
  • Multidiffusion (multicast) : un groupe d'appareils. Destination 01-00-5E (IPv4) ou 33-33 (IPv6), inondée sauf configuration spécifique (IGMP snooping), non routée par défaut. Plage IPv4 : 224.0.0.0–239.255.255.255 ; IPv6 : FF00::/8. La source doit toujours être une monodiffusion.

Notions de base sur le commutateur

Un commutateur de couche 2 prend ses décisions de transfert uniquement sur la base des adresses MAC (peu importe le contenu — IPv4, ARP, ND...), via sa table d'adresses MAC, contrairement aux anciens concentrateurs qui répétaient tout sur tous les ports.

Fonctionnement​

  1. Apprentissage : à chaque trame reçue, le commutateur note l'adresse MAC source + le port d'entrée dans sa table (par défaut, entrées gardées ~5 minutes). Si la même adresse réapparaît sur un port différent, l'entrée est mise à jour.
  2. Transfert : pour l'adresse MAC destination, le commutateur cherche une correspondance :
    • Trouvée → transfert sur le port spécifique.
    • Non trouvée (monodiffusion inconnue), ou diffusion/multidiffusion → transfert sur tous les ports sauf le port entrant.

Méthodes de transmission (commutateurs Cisco)​

  • Store-and-forward : reçoit la trame entière, vérifie le CRC, transmet seulement si valide. Abandonne les trames erronées (économise la bande passante) — nécessaire pour l'analyse QoS (prioriser p. ex. la voix sur IP).
  • Cut-through : commence à transmettre dès que l'adresse de destination est lue, sans attendre/vérifier le reste — latence plus faible mais pas de contrôle d'erreur.
    • Fast-forward : latence minimale, transmet dès la lecture de l'adresse — peut relayer des trames erronées (la carte réceptrice les rejettera).
    • Fragment-free : stocke les 64 premiers octets (où surviennent la plupart des collisions) avant de transmettre — compromis entre les deux.

Certains ports basculent automatiquement en store-and-forward si un seuil d'erreurs est atteint, et reviennent en cut-through une fois sous le seuil.

Mise en mémoire tampon​

  • Axée sur les ports : files d'attente par port — une trame bloquée peut retarder toutes les autres derrière elle, même si d'autres ports de sortie sont libres.
  • Partagée : mémoire tampon commune, allouée dynamiquement par port — meilleure gestion des trames volumineuses et de la commutation asymétrique (ex. serveur 10 Gbit/s ↔ PC 1 Gbit/s).

Duplex et débit​

Les paramètres de débit/duplex du port doivent correspondre à ceux du périphérique connecté. La négociation automatique (activée par défaut) échange ces informations et choisit le duplex intégral + le débit commun le plus élevé si possible. (Le Gigabit Ethernet fonctionne uniquement en duplex intégral.)

Auto-MDIX​

Détecte automatiquement le type de câble (droit/croisé) connecté et configure l'interface en conséquence — activé par défaut depuis IOS 12.2(18)SE, mais peut être désactivé (commande mdix auto). Il vaut mieux tout de même utiliser le bon type de câble plutôt que de s'y fier.

Rappel : commandes Packet Tracer​

Interfaces​

  • mdix auto — active/configure la détection automatique du type de câble (Auto-MDIX) sur une interface.

TODO​

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