Les réseaux Ethernet: normes et équipements

1. Architecture réseau actuelle

Les premières versions utilisaient du câble coaxial avec une vitesse maximum de 10 Mega bits par secondes. Depuis ces connexions ont été remplacées par des normes utilisant une connexion en étoile et un concentrateur central (hub, switch ou routeur) avec un support en câble de cuivre similaire au câble téléphonique

Un réseau actuel reprend des stations qui se connectent sur un concentrateur (un switch). Chaque concentrateur est construit avec un nombre de ports (4,5, 8, 16, ...) qui permettent aussi de connecter d'autres concentrateurs (y compris de types différents)

Comme pour les cartes audio, la connexion peut-être full ou half duplex. En full, les données peuvent être envoyées et reçues simultanément par l'ordinateur. Par contre, en half duplex, les transmissions se font à tour de rôle.

2. Les différentes normes Ethernet.

2.1. 10 - 100 Base T

Ces deux versions utilisent un câble téléphonique reprenant 4 paires (8 fils) sur un connecteur RJ45 mais seulement 4 sont utilisés. La vitesse est de 10 Mbits pour le 10 base T et de 100 pour le suivant (aussi appelé Fast Ethernet). Les premiers ont disparus (les hubs spécifiques à ces vitesses aussi), les deuxièmes ne sont plus installées sur la majorité des carte mères actuelles. Seuls quelques routeurs ADSL utilisent cette norme Ethernet avec une vitesse suffisante pour Internet (24 Mb/s maximum en ADSL 2+).

Deux types de câblages sont utilisés pour connecter les équipements: le câble droit permet de relier un ordinateur ou tout autre périphérique (imprimante, disque dur réseau, ...) à un switch ou à un routeur.

Les câbles croisés permettent de relier directement deux ordinateurs sans passer par un concentrateur. Anciennement, ces câbles permettaient aussi de relier deux concentrateurs entre-eux mais depuis quelques années, les switch gèrent le MDI / MDIX qui détecte automatiquement le croisement des câbles (attention, pas les cartes réseaux).

Le câblage utilisent donc deux paires qui doivent être correctement appariées. Le vert avec le vert strié de blanc et l'orange avec son homologue strié. Ceci est lié à la réduction des parasites sur la longueur du câblage. Le plus facile est d'acheter des câbles tout fait mais ils peuvent également être fabriqués maison en utilisant une pince à sertir en respectant les couleurs et les broches du câble RJ45 associé. En 100 base T, la catégorie de câble à utiliser est le 5e.

Câble RJ45 croisé (10 base T et 100 base T)

2.2. Giga Ethernet.

Différentes normes Giga Ethernet sont utilisées, mais la principale utilise 8 fils téléphoniques (le maximum dans un connecteur RJ45), tous les concentrateurs de ce type détectent le croisement des câbles. Cette solution est utilisées pour quasiment tous les ordinateurs actuels. La longueur maximale du câble est de 100 mètres. Le code des couleurs pour un câble droit est présenté en dessous, il doit être de catégorie 6

D'autres solutions utilisent la fibre optique en mono-mode ou en multi-mode, la transmission de la lumière. Dans la première solution, le faisceau utilisée est créé par une diode laser et récupéré de l'autre coté du câble comme une unique source. Dans le deuxième cas, une simple diode lumineuse est utilisée qui envoie les signal dans différentes directions qui se réverbèrent sur les bords du câble avant d'arriver dispersé de l'autre coté. Ceci réduit les performances globales mais surtout la distance maximum de transmission. Les connexions Lan utilisent le plus souvent du multi-mode, les connexions Wan (y compris Internet) utilisent du mono-mode. Pour toutes ces connexions en fibre optique, deux câbles sont utilisés pour une transmission bidirectionnelle. .

Des normes 10 Giga sont utilisées dans certaines installations professionnelles mais pas dans les réseaux locaux.

3. Hub, switch, routeur.

Commençons par les HUB (plus utilisés dans les réseaux actuels: obsolète) qui ne font que d'amplifier le signal venant d'un port réseau avant de le renvoyer sur tous les autres ports. En utilisant un hub, la communication transitant entre deux ordinateurs empêche la communication entre les autres périphériques. En plus, ils sont half-duplex.

Le switch ethernet (d'office full duplex) fonctionne différemment puisqu'il va décoder l'en-tête de trame (l'ensemble des données + les parties de contrôle mais aussi les spécificités liées au protocole) pour envoyer les données uniquement vers le destinataire. Le premier avantage est qu'il permet des transferts simultanés entre plusieurs paires d'ordinateur. Si le port numéro 1 communique avec le port numéro 3, le port 2 pourra communiquer avec le port 4 en même temps.

Comment ça fonctionne à l'intérieur d'un switch? Le switch reprend une mémoire interne où il reprend la correspondance entre les adresses MAC des cartes réseaux et le numéro de port physique (RJ45) sur lequel la carte est connectée. En théorie, c'est relativement facile. Maintenant en pratique, lorsque vous branchez un ordinateur sur un switch, il va d'abord récupérer une adresse IP si un serveur DHCP est connecté sur le réseau. Un switch n'intervient pas dans ce cas. Le switch ne récupérera aucune donnée pour ce nouvel ordinateur à ce stade. Par contre, lorsqu'un autre ordinateur va essayer de communique dessus, le switch va essayer de trouver le port de ce nouvel équipement via un message particulier 255.255.255.255 et l'ordinateur va récupérer non pas son adresse IP mais bien l'adresse MAC de la carte associée. A partir de ce moment, toutes les connexions vers ou de cet ordinateur transitant par le switch seront automatiquement redirigées vers le port associé. C'est assez simpliste comme explication mais nous allons un peu compléter. Pourquoi les switchs n'utilisent pas simplement une table reprenant une adresse IP plutôt qu'une adresse MAC? Tout simplement parce que les switchs ne s'occupent dans les modèles de base que du transport et IP est un protocole supérieur qui s'occupe des routes de transport, pas du simple transfert. Deuxièmement, une erreur de configuration des stations pourrait donner la même adresse IP à deux appareils différents et le switch n'est pas forcément là pour demander à qui il doit transférer les données. Nous savons aussi que les ordinateurs sous TCP/IP utilisent une table de correspondance adresse IP - adresse MAC qui est affichable par la commande DOS arp-a.

Est ce qu'un même port peut être repris dans la table avec deux adresses MAC? Dans un petit réseau avec un seul concentrateur, non. Par contre, si vous connectez des switchs en cascade, la table d'un switch va reprendre les adresses MAC des ordinateurs connectés au switch suivant pour le port physique de connexion avec ce switch. Ceci va poser des problèmes si vous utiliser pour un gros réseau avec beaucoup de petits switchs, tout simplement parce que la taille de cette table varie suivant les modèles et un modèle de 16 port a proportionnellement une table plus grande par port qu'un simple petit 4 ports bureautique.

Existe-t'il des modèles plus évolués? Oui, certains switchs sont administrables et permettent d'interdire la connexion entre un port physique et un autre, détectent les problèmes de connexion liés à la qualité du câble ou à un câble Ethernet trop long, ... D'autres modèles permettent de rassembler les tables de plusieurs en une seule, où même de modifier la méthode de renvoi sans enregistrer l'entièreté du message comme les Store and Fowards qui sont les modèles les plus courants.

Un routeur est plus spécifique puisqu'il va permettre de créer des routes (d'où son nom) entre des réseaux de classes d'adresses différents. Dans le cas d'un routeur Internet, il sert à faire la translation entre votre réseau local et les serveurs sur lesquels sont implantés des sites. Son adresse IP est affichée par la commande DOS IPCONFIG, il est repris sous le nom de passerelle. Les serveurs DNS de votre ordinateur sont affichés par la commande IPCONFIG/all. Dans un même réseau local, plusieurs routeurs sont parfois utilisés dans des configurations particulières.

4. Compatibilité entre les normes.

En théorie, si vous utilisez uniquement des connexions avec fils, connecter une carte réseau 10 - 100 - giga sur un concentrateur (y compris un vieux Hub) d'un type différent ne pose pas de problème, les deux vont adapter leur vitesse. En pratique, c'est juste un peu plus nuancé. Certaines cartes réseaux Giga ne permettent pas de se connecter à des switchs et routeurs 10 Mbits ou l'inverse, c'est juste une question de données techniques des appareils que de réelles compatibilités entre les normes

Le passage de connexions paires téléphoniques à fibre optique se fait avec des switchs un peu particuliers qui reprennent les deux types de connexions (la partie fibre optique utilise souvent des modules supplémentaires en option).

5. Les problèmes de connexion Ethernet.

Commençons par les cartes réseaux. Généralement, deux LED sont affichées à l'arrière. Une est allumée lorsque la connexion à un autre appareil est effective et une deuxième permet de vérifier les transfert (celle qui clignote). Est-ce suffisant pour que la connexion fonctionne? Non, elle ne gère généralement pas tous les fils et ne vérifient finalement que si une tension est présente, pas si la communication est correctes. Certains ordinateurs permettent de vérifier si les 8 fils sont connectés au démarrage de l'ordinateur (cette fonction est paramétrable dans le BIOS pour ces PC) mais bloquent le démarrage si justement les 8 fils ne sont pas connectés. Ces LED s'allument aussi lorsque des faux contacts sont présents sur le câble (y compris dans le connecteur RJ45) au niveau des fils. Pas allumée, pas de connexion, mais allumée ne garantit pas un bon fonctionnement. C'est identique pour les switchs et routeurs.

La longueur maximale des câbles en Ethernet standard est de 100 mètres au grand maximum. 90 mètres est déjà pas mal. Les câbles ne doivent pas être tordu, pliés, ... Ceci peut entraîner des problèmes de connexion mais aussi des ralentissements de transmission.

Les parasites électromagnétiques sont des courants induits par le passage d'un courant à proximité. Plus le courant qui passe dans un câble est importants, plus ce champs magnétique est important. Il va provoquer des déplacements de courants dans les fils à proximité, donc des perturbations sur nos transferts qui utilisent de faibles tensions. La présence à proximité des câbles téléphoniques utilisés par le réseau avec ceux utilisés par le réseau électrique 230 Volts ou triphasé, la présence de moteurs électriques de forte puissance et l'éclairage utilisant des tubes néons va nettement perturber votre signal réseau. La solution est de les séparer le plus possible, au moins 30 centimètres. De toute façon, les règlements d'installation électriques dans les habitations et bureaux interdit d'utiliser les mêmes goulottes pour le réseau basse tension (téléphone et réseau) et le réseau électrique.

Des appareils de tests des câbles sont vendus dans le commerce. La majorité sont finalement des ohmmètres qui analysent la connexion sur les 8 fils et ne détectent pas les perturbations magnétiques ni les faux contacts. Seuls des mini-ordinateurs spécialisés le font mais les prix sont nettement plus chères avec des fonctions spécifiques reprenant la longueur de câble mais aussi les paires endommagées (avec la distance par rapport à l'appareil) et les perturbations extérieures sur le câble, ...

En complément:

Fonctionnement des switchs administrables, sur YBET.be un exemple de configuration

25.2. Les réseaux sans Wifi normes et vitesses, dépannage, points d'accès - 25.3. Architecture software - 25.E. Configurations réseaux spécifiques

> 26. Impression et acquisition image

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