Un commutateur de couche 2 est un composant essentiel des réseaux locaux (LAN). Pour comprendre son fonctionnement, il est utile de le situer dans le contexte du modèle OSI (Open Systems Interconnection), un modèle de référence qui décrit comment les informations sont échangées entre les applications réseau.
Le modèle OSI et les couches 2 et 3
Le modèle OSI est divisé en sept couches, chacune ayant une fonction spécifique :
- Couche physique : Transmission des données brutes sur le support physique (câbles, etc.).
- Couche liaison de données : Fournit un transfert de données direct entre deux périphériques au sein d'un réseau local. C'est ici qu'interviennent les commutateurs de couche 2.
- Couche réseau : Gère le routage des paquets de données entre différents réseaux. C'est le rôle des routeurs et des commutateurs de couche 3.
- Couche transport : Assure la transmission fiable des données entre les applications.
- Couche session : Gère les connexions entre les applications.
- Couche présentation : Convertit les données pour assurer la compatibilité entre les applications.
- Couche application : Fournit l'interface entre les applications et le réseau.
Les commutateurs de couche 2 opèrent à la deuxième couche du modèle OSI, la couche liaison de données.
Fonctionnement d'un commutateur de couche 2
Un commutateur de couche 2 a pour fonction principale de transférer des données entre des appareils connectés au même réseau local (LAN). Il le fait en se basant sur les adresses MAC (Media Access Control) des appareils.
La table d'adresses MAC
Le commutateur maintient une table d'adresses MAC, qui associe chaque adresse MAC à un port physique du commutateur. Lorsque le commutateur reçoit une trame de données, il examine l'adresse MAC de destination et recherche cette adresse dans sa table.
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- Si l'adresse MAC de destination est trouvée dans la table, le commutateur transmet la trame uniquement au port correspondant à cette adresse. C'est ce qu'on appelle la commutation unicast.
- Si l'adresse MAC de destination n'est pas trouvée dans la table, le commutateur transmet la trame à tous les ports, à l'exception du port d'où elle provient. C'est ce qu'on appelle la commutation broadcast. Cela permet au commutateur de découvrir l'emplacement de l'appareil destinataire et de mettre à jour sa table d'adresses MAC.
Apprentissage des adresses MAC
Un commutateur de couche 2 apprend les adresses MAC en examinant l'adresse MAC source de chaque trame qu'il reçoit. Il enregistre ensuite cette adresse MAC dans sa table, en l'associant au port sur lequel la trame a été reçue.
Domaines de collision et de diffusion
Il est important de noter qu'un commutateur de couche 2 crée un domaine de collision séparé pour chaque port. Cela signifie que les appareils connectés à différents ports du commutateur ne peuvent pas entrer en collision, ce qui améliore les performances du réseau.
En revanche, un commutateur de couche 2 crée un seul domaine de diffusion pour l'ensemble du réseau. Cela signifie que toutes les trames de diffusion sont transmises à tous les appareils du réseau.
VLAN (Virtual LAN)
Un commutateur de couche 2 peut être configuré pour prendre en charge les VLAN (Virtual LAN). Les VLAN permettent de diviser un réseau physique en plusieurs réseaux logiques, ce qui améliore la sécurité et la gestion du réseau. Un commutateur de couche 2 peut attribuer des réseaux locaux virtuels à des ports de commutation spécifiques, qui sont eux-mêmes situés dans des sous-réseaux de couche 3 différents.
Commutateur de couche 2 vs commutateur de couche 3
La principale différence entre un commutateur de couche 2 et un commutateur de couche 3 réside dans la fonction de routage. Un commutateur de couche 2 fonctionne uniquement avec des adresses MAC, tandis qu'un commutateur de couche 3 peut également effectuer un routage entre des réseaux différents en utilisant les adresses IP.
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Un commutateur de couche 3 combine les fonctions d'un commutateur de couche 2 et d'un routeur. Il peut effectuer toutes les tâches d'un commutateur de couche 2, mais il peut également effectuer un routage statique et dynamique. Cela signifie qu'un commutateur de couche 3 possède à la fois une table d'adresses MAC et une table de routage IP. En outre, il contrôle également la communication intra-VLAN et le routage des paquets entre les différents VLAN.
Un commutateur qui n'ajoute que le routage statique est connu sous le nom de Layer 2+ ou Layer 3 Lite. Les commutateurs de niveau 3, outre l'acheminement des paquets, comprennent également certaines fonctions qui nécessitent la capacité de comprendre les informations de l'adresse IP des données entrant dans le commutateur ; par exemple, identifier le balisage du trafic VLAN par l'adresse IP plutôt que de configurer manuellement un port.
Quand utiliser un commutateur de couche 2 ?
Un commutateur de couche 2 est généralement utilisé dans les réseaux locaux où tous les appareils se trouvent sur le même sous-réseau IP. Il est idéal pour connecter des ordinateurs, des imprimantes et d'autres périphériques au sein d'un même bureau ou d'une même maison. Si vous avez un domaine de couche 2 pur, vous pouvez simplement opter pour le commutateur de couche 2. Un domaine de couche 2 pur est celui où les hôtes sont connectés, de sorte qu'un commutateur de couche 2 fonctionnera correctement. Ceci est généralement appelé couche d'accès dans une topologie de réseau.
Facteurs à considérer lors de l'achat d'un commutateur de couche 2
Lors de l'achat d'un commutateur de couche 2, il est important de prendre en compte les facteurs suivants :
- Nombre de ports : Le nombre de ports détermine le nombre d'appareils qui peuvent être connectés au commutateur.
- Vitesse des ports : La vitesse des ports détermine la vitesse à laquelle les données peuvent être transférées entre les appareils. Les vitesses les plus courantes sont 10/100 Mbps, 10/100/1000 Mbps (Gigabit Ethernet) et 10 Gb/s.
- Fonctionnalités : Certains commutateurs de couche 2 offrent des fonctionnalités supplémentaires, telles que la prise en charge des VLAN, la qualité de service (QoS) et l'alimentation PoE (Power over Ethernet).
- Taux de transfert (ou débit): Correspond aux capacités de transfert d'un fond de panier (ou d'un commutateur). Lorsque les capacités de transfert sont supérieures à la somme des vitesses de tous les ports, il s'agit d'un fond de panier non bloquant (non-blocking backplane en Anglais). Le taux de transfert est exprimé en paquets par seconde (pps).
- Bande passante du fond de panier: Qui est la somme des vitesses de tous les ports. Les vitesses de tous les ports sont comptées deux fois, une pour la direction de transmission (Tx) et une pour la direction de réception (Rx). La bande passante du fond de panier est exprimée en bits par seconde (bps ou bit / s).
- Nombre de VLAN pouvant être configurés: En général, 1K = 1024 VLAN suffisent pour un commutateur de couche 2.
- Table de mémoire de l'adresse MAC: Correspond au nombre d'adresses MAC qu'un commutateur peut conserver, généralement exprimé comme 8k ou 128k.
- Latence: Est le délai de transmission des données, qui doit être le plus court possible. Elle est généralement exprimée en nanosecondes (ns).
Différents types de commutateurs
Il existe différents types de switches différents pour répondre aux besoins de différents types d'utilisateurs. Les switches peuvent être utilisés pour créer de petits réseaux domestiques ainsi que des réseaux internes professionnels utilisés par les grandes entreprises pour connecter des milliers d'ordinateurs et de périphériques.
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- Switches non manageables (dit aussi "non manageable"): Il s'agit du type de switch réseau le plus petit et le plus élémentaire. Ils sont utilisés à des fins professionnelles dans les petites entreprises qui n'ont pas besoin de connecter beaucoup d'équipements et pour les réseaux domestiques. Ces switches non administrables ne disposent pas d'interface de paramétrage mais se branche simplement pour diffuser l'information sur les ports, en fonction de la demande initiale.
- Switches manageables: Permettent la création de petits réseaux mais offrent de meilleures performances et une plus grande connectivité en termes de nombre de PC et de périphériques autorisés.
- Switches PoE: Sont largement utilisés dans des systèmes tels que les caméras de surveillance dans les lieux publics. Ce type de switch dit aussi "manageable" est utilisé pour connecter les équipements des utilisateurs dans les réseaux de taille moyenne à grande et se situe au niveau hiérarchique le plus bas. Ces switches administrables doivent offrir des fonctions de configuration et de gestion avancées.
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