R.3 · Les fondamentaux
Câbles, Ethernet et commutation
Leçon théorique · questionnaire de validation · gratuit, dans le navigateur
Ethernet est partout : dans les bureaux, les datacenters et jusque dans les voitures. Cette leçon descend aux couches 1 et 2 : les câbles et leurs pannes, la trame Ethernet, l'adresse MAC, et la façon dont un commutateur apprend où se trouve chaque machine.
Ce que vous saurez à la fin : choisir entre cuivre, fibre multimode et fibre monomode, reconnaître les pannes d'interface (duplex, vitesse, erreurs CRC), lire une trame et une adresse MAC, et expliquer comment un commutateur apprend, transmet et inonde.
1. Les supports physiques
| Support | Portée typique | Usage |
|---|---|---|
| Cuivre, paire torsadée (catégories 5e, 6, 6A), connecteur RJ45 | 100 m | Postes, téléphones, points d'accès (avec PoE) ; 1 Gbit/s en catégorie 5e, 10 Gbit/s en 6A |
| Fibre multimode (cœur large, source LED ou VCSEL) | quelques centaines de mètres | Dans un bâtiment, dans un datacenter |
| Fibre monomode (cœur fin, laser) | des kilomètres à des dizaines de kilomètres | Entre bâtiments, entre sites, opérateurs |
Les ports fibre reçoivent un module optique enfichable (SFP, SFP+ pour 10 Gbit/s, QSFP pour 40 à 400 Gbit/s), choisi selon la vitesse, le type de fibre et la distance. La fibre ne craint pas les perturbations électromagnétiques et ne conduit pas l'électricité entre deux bâtiments.
Autrefois, relier deux équipements du même type demandait un câble croisé ; aujourd'hui, presque tous les ports détectent seuls le sens des paires (Auto-MDIX).
2. Les pannes d'interface
| Symptôme | Cause probable |
|---|---|
| Interface down/down | Câble débranché ou coupé, module optique absent ou incompatible, port désactivé |
| Lent, avec des collisions tardives d'un seul côté | Désaccord de duplex : un côté en full duplex, l'autre en half (souvent l'un forcé, l'autre en automatique) |
| Pas de lien du tout | Désaccord de vitesse forcée (100 contre 1000) |
| Compteur CRC ou input errors qui monte | Câble abîmé ou trop long, perturbations, connecteur sale (fibre) |
| Erreurs runts ou giants | Trames trop courtes ou trop longues : défaut matériel ou réglage de taille (MTU) différent |
Le bon réflexe : laisser vitesse et duplex en automatique des deux côtés, ou les forcer des deux côtés, jamais l'un sans l'autre.
ip -s link show eth0 # état, compteurs d'erreurs (Linux)
ethtool eth0 # vitesse, duplex, auto-négociation
# Cisco IOS : show interfaces Gi0/1 (compteurs CRC, collisions, duplex)
3. La trame Ethernet et l'adresse MAC
Une adresse MAC fait 48 bits, écrits en hexadécimal : 3c:22:fb:9a:41:0e. Les 24 premiers bits (l'OUI) identifient le fabricant, les 24 suivants la carte. L'adresse ff:ff:ff:ff:ff:ff est le broadcast : la trame est destinée à toutes les machines du réseau local.
4. Comment un commutateur apprend
Un commutateur tient une table d'adresses MAC : pour chaque adresse, le port derrière lequel elle se trouve.
À chaque trame reçue, il suit toujours les mêmes étapes :
- Apprendre : il note l'adresse MAC source et le port d'arrivée (A est derrière Gi0/1) ;
- Chercher l'adresse MAC destination dans sa table ;
- Transmettre : si elle est connue, la trame sort par ce seul port (filtrage) ;
- Inonder (flooding) : si elle est inconnue, ou s'il s'agit d'un broadcast, la trame sort par tous les ports sauf celui d'arrivée ;
- Oublier : une entrée inutilisée expire (300 secondes par défaut sur la plupart des commutateurs).
SW1# show mac address-table
Vlan Mac Address Type Ports
1 aaaa.aa00.0001 DYNAMIC Gi0/1
1 cccc.cc00.0003 DYNAMIC Gi0/3
Sous Linux, un bridge est un commutateur logiciel : bridge fdb show affiche sa table. C'est ce que vous manipulerez dans les labs de commutation.
Deux notions à ne pas confondre : chaque port d'un commutateur est un domaine de collision séparé (en full duplex, il n'y a plus de collisions du tout), mais tous les ports d'un même VLAN forment un seul domaine de diffusion : un broadcast les atteint tous. Seul un routeur (ou un VLAN différent) arrête un broadcast.