Série 101 : Retour aux sources pour l’Ethernet

Série 31 juillet 2019 / 101

Cela fait plus de 40 ans que Bob Metcalfe a publié ce schéma simple qui explique son invention, l’interconnexion des ordinateurs et des imprimantes, au Xerox Palo Alto Research Center en Californie. Son système breveté de connexion de données multipoint avec détection de collision est devenu ce que l’on appelle aujourd’hui l’Ethernet.

Depuis l’invention de l’Ethernet et la capacité des ordinateurs à communiquer et à partager des informations, notre monde a radicalement changé. Si vous êtes aussi vieux que moi, vous avez vu tout cela se réaliser – depuis l’e-mail et l’Internet jusqu’au téléphone portable et aux réseaux sociaux. De fait, Ethernet est devenu le mode de transmission des données par défaut et nombre d’entre nous considèrent ceci comme un fait acquis, sans vraiment en comprendre le fonctionnement.

État d’esprit

Ethernet envoie des informations vers et à partir des appareils dans des trames qui vont généralement de 64 à 1518 octets. Il existe également des trames étendues (ou jumbo) pour l’envoi de quantités de données plus importantes, car le traitement des données dans une trame est plus efficace que le fait de les diviser en plusieurs trames plus petites.

Les trames Ethernet comprennent un préambule qui indique que la trame arrive et permet à l’expéditeur et au récepteur d’établir une connexion. Souvent considéré comme faisant partie du préambule, le délimiteur de trame de départ (SFD) est un champ à un octet qui indique simplement le début de la trame.

Deux des parties les plus importantes de la trame Ethernet sont la destination et les adresses sources qui contiennent l’adresse MAC de l’appareil auquel les données sont destinées et l’adresse MAC de l’appareil qui a envoyé les données. Les adresses MAC (Media Access Control) sont des numéros d’identification uniques intégrés aux cartes d’interface réseau de chaque appareil du réseau.

Le champ Longueur de la trame indique simplement à l’appareil récepteur la taille de la trame. Le champ Données contient les données réelles transmises (également appelées Payload). La dernière partie de la trame est le CRC (contrôle cyclique de redondance) qui inclut la séquence de contrôle de trame utilisée pour détecter toute donnée corrompue.

D’ici à là

Pour transmettre des trames d’un appareil à un autre, Ethernet utilise l’accès multiple avec écoute de la porteuse et détection de collisions) (CSMA/CD).

En termes simples, l’écoute de la porteuse est la détection du réseau et de tous les signaux transmis afin qu’un appareil sache quand il peut envoyer. L’accès multiple décrit le fait que tous les appareils du réseau reçoivent toutes les trames et vérifient l’adresse de destination. La détection de collision est la capacité d’un appareil à reconnaître qu’il a tenté de transmettre des informations en même temps qu’un autre appareil, de cesser de transmettre et de retransmettre quand il peut envoyer. Ces retransmissions utilisent une pause aléatoire et tentent d’empêcher les appareils de continuer à entrer en collision.

Tandis que le premier dessin Ethernet de Metcalfe avec seulement quelques appareils était assez réalisable, à mesure que le nombre d’appareils essayant de transmettre sur un segment de réseau unique augmentait, les collisions augmentaient, les réseaux devenaient congestionnés et la transmission ralentissait. Pour réduire la congestion, les segments réseau doivent être divisés en plusieurs segments qui partagent des informations entre eux. C’est là que les commutateurs entrent en jeu.

Les commutateurs Ethernet collectent chaque transmission Ethernet et l’acheminent sur le segment approprié (par exemple, un lien) vers l’adresse de destination. C’est ce qui permet à plusieurs appareils d’un réseau de communiquer simultanément. Avec le commutateur Ethernet, il est également possible d’envoyer et de recevoir des données en même temps à l’aide de l’Ethernet full duplex. Étant donné que les appareils dans un réseau commuté moderne communiquent uniquement avec le commutateur et pas les uns avec les autres, il n’est plus nécessaire pour la plupart des appareils de détecter la collision.

Trames, paquets et couches

Lorsque l’on parle de transmission Ethernet, les termes trame et paquet sont souvent utilisés de manière interchangeable. Cependant, il s’agit de deux concepts différents. Les trames sont utilisées pour transmettre des informations entre deux nœuds sur le même réseau à l’aide de l’adresse MAC et elles sont générées à la couche 2 du modèle OSI. En revanche, les paquets sont générés à la couche 3 et sont utilisés pour transmettre des informations entre différents réseaux.

Si vous ne connaissez pas le modèle Open Systems Interconnection (OSI), il s’agit du cadre à sept couches qui décrit la manière dont fonctionne le réseau. En commençant par en haut, la couche 7 est la couche d’application, ce qui correspond essentiellement à ce que l’utilisateur rencontre (pensez à MS Office). La couche 6 est la couche de présentation où les données sont préparées pour le format réseau (pensez au cryptage). La couche 5 est la couche de session où deux nœuds sont configurés pour communiquer les uns avec les autres. La couche 4 est la couche de transport qui coordonne la transmission des données et détermine le débit de données et assure la transmission sans erreur. La couche 3 est la couche réseau où les paquets sont acheminés vers divers réseaux. La couche 2 est la couche physique de données où les informations sont envoyées d’un appareil à l’autre en utilisant les adresses MAC et le commutateur. Enfin, la couche 1, la couche physique qui inclut les médias physiques nécessaires à la transmission (par exemple, le câble et la fréquence radio), et toutes ses exigences, y compris les schémas des broches, les tensions, les paramètres de performance, etc.

Pour votre information, le protocole Internet (IP) utilise des paquets transmis à la couche 3. Les trames Ethernet sont encapsulées dans des paquets IP en incluant des informations supplémentaires dans le champ de données qui inclut les adresses IP. Une fois que le paquet atteint son commutateur réseau, la couche 2 prend en charge et transmet des trames en fonction de l’adresse MAC individuelle de l’appareil. Voyez-le comme ça : une adresse IP identifie un appareil sur Internet, c’est pourquoi elle est transmise comme un paquet à la couche 3. Si plusieurs appareils résident sur le même réseau, une partie de leur adresse IP sera la même. Les adresses IP peuvent également changer lorsqu’un appareil est déplacé vers un réseau différent. Les adresses MAC identifient la carte réseau individuelle d’un appareil et sont transmises comme des trames à la couche 2. Plusieurs appareils résidant sur le même réseau ne disposent pas d’adresses MAC qui se ressemblent de quelque manière que ce soit. Les adresses MAC sont définies par le fabricant et ne changent jamais.

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