Switch – Dispositif permettant d’établir ou de faire cesser des connexions (circuits) temporaires entre plusieurs points quelconques d’un réseau. Ces connexions peuvent être physiques (commutation de circuits) ou logiques (commutation temporelle ou circuits virtuels).
Le concept de « commutateur » a été inventé par Kalpana. Les commutateurs Kalpana transmettent un paquet à un segment récepteur aussitôt que son adresse a été analysée. Ils n’attendent pas que le paquet entier soit arrivé au commutateur. L’avantage de la vitesse a cependant un revers : les commutateurs Kalpana retransmettent également des paquets pour lesquels la détection de collision se produit seulement après la réception de l’adresse ou pour lesquels le contrôle CRC détecte une erreur à la fin du paquet. Etant donné que la norme IEEE pour ponts proscrit la transmission de trames ayant de telles erreurs, Kalpana ne pouvait nommer ce produit un « pont » et choisit dès lors l’expression « commutateur ». Kalpana connut un grand succès marketing avec ce produit, ce qui amena d’autres fabricants à désigner leurs ponts ainsi ou encore « ponts commutateurs » (bridging switches) .
Il existe plusieurs types de commutateurs dédiés à des fonctions ou des protocoles précis : Commutateurs voix (assurant de la commutation de circuit), commutateur ATM (assurant la commutation de cellules), commutateur Frame Relay (assurant la commutation et le relayage de trame), commutateur Ethernet (assurant la commutation de trames Ethernet) etc. etc.
Principes de base des commutateurs LAN :
Dans un réseau local, le commutateur vient prendre la place d’un concentrateur (hub) classique. II est capable de fournir des connexions de 10 Mbits/s, 100 Mbits/s, 1 Gbits/s voire aujourd’hui de 10 Gbit/s par port sans que cette bande passante ne soit partagée. II est possible d’allouer des débits importants à des groupes de travail, des serveurs ou des stations de CAO. Mais afin d’atteindre de tels débits, les commutateurs doivent transmettre les paquets à des vitesses élevées. Pour que cela fonctionne il y a en fait deux techniques. La première est dite de packet-by-packet. Dans ce cas, le commutateur lit entièrement chaque trame avant de décider de sa destination. Le commutateur peut ainsi effectuer différents traitements (contrôle d’erreurs, filtrage des adresses MAC et protocole, adaptation au milieu hétérogène, fragmentation…). Ce procédé permet donc de réduire les erreurs, mais il en découle une augmentation du temps de latence. Par contre, la seconde technique dite flow-based lit uniquement le début de l’en-tête de la trame de données afin d’identifier l’adresse de destination avant de commuter la trame vers le port voulu. L’avantage de cette technique est sa rapidité d’exécution. En effet le temps de latence est réduit au minimum. Par contre, il n’y a pas de protection contre les trames endommagées. Et cette technologie ne s’applique pas aux réseaux hétérogènes. Les commutateurs permettent de découper le réseau en plusieurs sous-réseaux.
Commutation de niveau 3 paquet par paquet :
Haut niveau d’intégration avec les produits de routage existants, du fait de l’utilisation de protocoles standard. Sont capables d’évoluer en même temps que les protocoles de routage. Fort temps de latence du fait de l’examen de chacun des paquets entrants. Peut être mis en place dans un modèle distribué avec plusieurs autres types de routeurs.
Commutation de niveau 3 flow-based :
Faible interopérabilité avec les routeurs traditionnels du fait de l’utilisation d’une technique de routage propriétaire. Evolution limitée à la technique propriétaire choisie. Très peu de temps de latence du fait que seul le premier paquet est examiné. Ne peut pas évoluer avec des matériels différents. Peuvent donc devenir un goulet d’étranglement dans le réseau. Le filtrage au niveau réseau (niveau 3) permet de mieux gérer le trafic de son réseau. Mais on peut encore aller plus loin, ou plus haut si l’on se réfère au modèle OSI. Certains commutateurs sont déjà capables aujourd’hui de filtrer le trafic au niveau 4. En clair, ils peuvent analyser le trafic en fonction du type d’application utilisée. Ils peuvent ainsi faire la différence entre du trafic HTTP ou mail. Un commutateur de niveau 7, quant à lui, est capable de filtrer le trafic en fonction de l’application qui est utilisée ou en fonction
de l’utilisateur. Ainsi, il sera possible pour l’entreprise de mettre en place une politique cohérente d’utilisation de son réseau. Ce point est particulièrement utile dans le cas d’Internet lorsque l’on souhaite pouvoir en
contrôler l’utilisation, soit pour ne pas saturer la bande passante soit pour s’assurer qu’aucun employé ne l’utilise à mauvais escient. II s’agit donc de l’intégration au sein d’un commutateur de fonctions de filtrage que l’on réalise normalement avec un logiciel proxy ou un firewall (Firewall-1 de Checkpoint, par exemple). Ces commutateurs de niveau 7 permettent en outre d’analyser finement le trafic réseau et de contrôler les accès réseaux. II est ainsi possible d’assigner des priorités à certaines applications ou à certains utilisateurs. Plusieurs types de commutation sont possibles pour les commutateurs, avec chacun leurs avantages et leurs inconvénients. Les deux plus courants sont le mode Store & Forward et le mode Cut Through. Un commutateur en mode Store & Forward stocke l’intégralité de la trame et l’analyse avant de la retransmettre. Ce mode de fonctionnement correspond à la norme IEEE 802.1D qui stipule qu’un pont, et donc un commutateur, se doit d’implémenter une couche MAC complète sur chacun de ses ports. Suite à l’analyse des trames de niveau 2, le mode de fonctionnement Cut Through est apparu. Celui-ci se base sur les informations nécessaires à la commutation situées en début de trame, et effectue la commutation de la trame dès que les premiers octets de celle-ci ont été reçus.
Le mode Store & Forward :
Un commutateur qui fonctionne en Store & Forward stocke l’intégralité de la trame reçue avant d’effectuer la commutation et re-transmettre la trame selon le principe suivant :
- Une trame parvient sur un des ports du commutateur.
- Stockage de la trame dans la mémoire interne de celui-ci.
- Analyse de la trame : FCS calculé, longueur vérifiée, adresse de destination extraite.
- Commutation de la trame vers le bon port.
L’un grand avantage de ce mode de fonctionnement est de permettre de commuter des trames entre des débits différents (de 100 Mb/s à 10Mb/s par exemple) . De plus, il permet d’effectuer l’intégralité des vérifications de la couche MAC. Enfin, le stockage complet de la trame permet la pose de filtres sur différents champs de la trame si on le souhaite. L’inconvénient principal de ce mode de fonctionnement est la lenteur du processus de commutation puisque le temps de traitement dépend de la longueur totale de la trame.
Le mode Cut Through :
Ce mode de fonctionnement est aussi appelé « On The Fly « .Il permet d’accélérer le processus de commutation par rapport au mode Store & Forward en effectuant la commutation dès que la réception du champ destination, selon le principe suivant :
- Arrivée d’une trame sur un port du commutateur.
- Lecture des premiers octets de la trame jusqu’au champ destination.
- Analyse de l’adresse destination.
- Commutation de la trame vers le bon port.
De part son fonctionnement, l’avantage principal du Cut Through est la grande vitesse du processus de commutation, ne dépendant pas de l’analyse complète de la trame. Ainsi, le point faible du mode store & forward devient le point fort du Cut Through.
La vitesse du processus de commutation se fait au détriment du traitement d’erreur de la couche MAC. La trame n’étant pas stockée par le commutateur, aucune analyse (CRC, intégrité, …) n’est possible. De plus, le mode Cut Through ne permet pas une bonne gestion des collisions. En effet, si une collision apparaît, la trame n’ayant pas été stockée par le commutateur ne peut être réémise par celui-ci. Enfin, ce mode de fonctionnement ne permet pas une commutation avec changement de débit. Il existe aussi d’autres modes de fonctionnement des commutateurs, en général dérivé des deux modes précédents :
- Le mode Adaptive :
Ce mode de fonctionnement permet au commutateur de s’adapter en temps réel aux performances de commutation, en imposant les modes Store & Forward et cut Through en fonction des résultats de commutation obtenus:
Démarrage du commutateur en mode Cut Through. Cela permet une grande vitesse de commutation. Si le taux d’erreur est trop grand (collision, trames erronées, …), le commutateur passe en mode Store & Forward, plus sécurisé.Lorsque le taux d’erreur est redevenu convenable, le commutateur repasse en mode Cut Through Ce type de fonctionnement permet au commutateur d’obtenir un bon niveau de performance général.
- Le mode Fragment-free :
Ce mode de fonctionnement est une variante du mode Cut Through, qui ajoute à ce dernier un traitement d’erreur simplifié sur la trame à commuter :
- Arrivée d’une trame sur un port du commutateur.
- Lecture et analyse des 64 premiers octets de la trame. Cela permet de vérifier que celle-ci possède un champ de données cohérent et n’est donc pas un fragment erroné de trame.
- Commutation de la trame vers le bon port.
Ce mode de fonctionnement permet au commutateur d’obtenir de bonnes performances de commutation, avec une vitesse de commutation rapide, et un niveau de correction d’erreurs supérieur au mode Cut Through.