Qu'est-ce qu'un commutateur réseau ?

Un commutateur réseau est défini comme un composant matériel chargé de relayer les données d'un réseau informatique vers le point de terminaison de destination via la commutation de paquets, l'identification d'adresse MAC et un système de pont multiport. Cet article explique le fonctionnement d'un commutateur réseau, ses types et ses utilisations.

Un commutateur réseau est un composant matériel chargé de relayer les données des réseaux vers le point de terminaison de destination via la commutation de paquets, l'identification d'adresse MAC et un système de pont multiport.

Commutateur réseau aux normes de l'industrie de Cisco | SourceOuvre une nouvelle fenêtre

Un commutateur réseau connecte et transmet des paquets de données vers et depuis des périphériques sur un réseau local (LAN). Loin d'être un routeur, un commutateur ne distribue les informations qu'au seul appareil pour lequel il a été conçu, y compris un autre commutateur, un routeur ou l'ordinateur d'un utilisateur, plutôt qu'à plusieurs appareils d'un réseau.

De nos jours, les réseaux sont essentiels pour soutenir les entreprises, offrir des services connectés et permettre la collaboration, entre autres. Comme ils relient des appareils qui partagent des ressources, les commutateurs réseau sont un élément essentiel de tous les réseaux.

Un commutateur réseau fonctionne au niveau de la liaison de données de la couche 2 de l'architecture de l'Open Systems Interconnection (OSI). Il accepte les paquets provenant de points d'accès reliés à des ports physiques, puis les envoie uniquement via les ports allant vers un appareil de destination.

Ceux-ci peuvent également fonctionner là où le routage se produit au niveau de la couche 3 du réseau. Les commutateurs sont des composants standard des réseaux Ethernet, Fibre Channel, InfiniBand et en mode de transfert asynchrone (ATM), pour n'en nommer que quelques-uns. Cependant, la majorité des commutateurs de nos jours utilisent Ethernet.

Un commutateur réseau connecte les périphériques réseau (imprimantes, ordinateurs et périphériques/points d'accès sans fil, et permet aux utilisateurs d'échanger des paquets de données. Les commutateurs peuvent être des périphériques virtuels matériels et logiciels qui régissent les systèmes physiques. Dans les systèmes de réseau actuels, les commutateurs constituent la grande majorité des équipements réseau.

Ils connectent des ordinateurs de bureau, des machines industrielles, des points d'accès sans fil et des appareils Internet des objets (IoT) spécifiques, y compris des systèmes d'entrée de carte pour Internet.

Ils connectent les machines dans les centres de données qui exploitent des machines virtuelles (VM) et la plupart des serveurs et des périphériques de stockage. Dans les réseaux des fournisseurs de télécommunications, ils transportent des volumes massifs de données.

En savoir plus :Ouvre une nouvelle fenêtre Qu'est-ce que le matériel réseau ? Définition, architecture, défis et bonnes pratiques

Un commutateur réseau peut fonctionner de trois manières :

Comme illustré ci-dessous, un commutateur réseau est un pont multiport pour les réseaux fonctionnant au niveau de la couche 2 de connexion de données du modèle OSI. Il est responsable de la transmission des données à l'aide d'adresses MAC (Media Access Control Address). Certains commutateurs peuvent transmettre des données à la couche réseau (c'est-à-dire la couche 3) car ils sont équipés d'une fonctionnalité de routage. Les commutateurs de couche 3, souvent appelés commutateurs multicouches, sont des exemples de tels commutateurs.

Le commutateur réseau fait partie de la couche 2 du modèle OSI

Lorsque des trames sont envoyées à une adresse MAC non reconnue par l'infrastructure du commutateur, elles sont inondées vers tous les ports du domaine de commutation pour être livrées à leur destinataire. La saturation se produit également dans les trames utilisées pour la diffusion et la multidiffusion. Dans le cadre de la conception OSI, la fonction d'inondation BUM transforme un commutateur en une couche de liaison de données ou un périphérique de couche 2. L'inondation BUM fait référence à l'inondation de trafic inconnu de monodiffusion, de diffusion et de multidiffusion.

Les commutateurs sont des composants essentiels de chaque réseau. Ils relient plusieurs appareils sur le même réseau dans un local, tels que des PC, des imprimantes, des points d'accès sans fil et des serveurs.

Un commutateur permet aux appareils liés de transférer des données et de communiquer entre eux. Lorsque des appareils sont connectés à des commutateurs, ils notent les informations de contrôle d'accès au support (MAC) de l'appareil. Cette adresse est un code stocké dans la carte d'interface réseau (NIC) de l'appareil, qui est la partie de l'appareil qui se connecte au commutateur via un câble Ethernet.

L'adresse MAC détermine quel appareil associé envoie les paquets sortants et les adresses où les paquets entrants doivent être livrés. Contrairement à l'adresse IP de la couche 3 du réseau, qui peut être attribuée à un appareil de manière sporadique et changer avec le temps, l'adresse MAC est utilisée pour identifier de manière persistante l'appareil d'extrémité physique. Lorsqu'un appareil transmet un paquet à l'autre appareil, il atteint le commutateur, qui analyse l'en-tête du paquet pour déterminer ce qu'il faut faire ensuite.

Il vérifie l'adresse de la destination et transmet le paquet aux périphériques via les ports appropriés. De nombreux commutateurs sont équipés de capacités full-duplex pour minimiser la possibilité de collisions dans le trafic réseau. Cela donne aux paquets toute la bande passante de la connexion entre l'appareil et le commutateur.

Même si les commutateurs exécutent généralement des fonctions au niveau de la couche 2, ils peuvent fonctionner au niveau de la couche 3. Cela est nécessaire pour autoriser les réseaux locaux virtuels (VLAN), c'est-à-dire des segments de réseau logiques qui s'étendent au-delà des sous-réseaux. Le trafic doit passer entre les commutateurs pour passer d'un sous-réseau à un autre, ce qui est facilité par leurs capacités de routage intégrées.

En savoir plus : Qu'est-ce que la gestion de réseau ? Définition, composants clés et meilleures pratiques

Les commutateurs réseau sont disponibles dans différents types et catégories pour répondre à différents cas d'utilisation. Ceux-ci sont:

Types de commutateurs réseau

Les commutateurs gérés, que l'on trouve le plus souvent dans les environnements commerciaux et d'entreprise, offrent une capacité et des capacités supérieures aux experts informatiques. Pour configurer des commutateurs gérés, des interfaces de ligne de commande sont utilisées. Ils activent des agents de protocole de gestion de réseau simples, qui offrent des informations pour résoudre les problèmes de réseau.

Les administrateurs peuvent également les utiliser pour créer des réseaux locaux virtuels afin de diviser un réseau local en parties plus petites. Les commutateurs gérés sont nettement plus chers que les commutateurs non gérés en raison de leurs fonctionnalités supplémentaires.

Les commutateurs les plus élémentaires sont des commutateurs non gérés, qui ont une configuration définie. Un commutateur non géré étend simplement les connexions Ethernet d'un réseau local, permettant des connexions Internet supplémentaires aux périphériques locaux. Les commutateurs non gérés utilisent des adresses MAC de périphérique pour transmettre des données dans les deux sens. Ils sont généralement plug-and-play, ce qui signifie que l'utilisateur a peu d'alternatives parmi lesquelles choisir.

Ces commutateurs peuvent avoir des configurations par défaut pour des aspects tels que la qualité de service, mais on ne peut pas les modifier. Les commutateurs non gérés sont relativement bon marché, mais leurs faibles capacités les rendent inadaptés à de nombreuses applications d'entreprise.

Les fonctionnalités PoE sont désormais disponibles sur certains commutateurs réseau, ce qui rend l'installation des appareils IoT et d'autres équipements plus rapide, plus simple et plus sûre. PoE est une méthode de fourniture d'alimentation CC à des appareils de faible puissance via un câble LAN. Les appareils à faible consommation connectés à un commutateur réseau compatible PoE n'auront plus besoin d'alimentation. Lorsque la dissimulation des connexions n'est pas possible, cela évite le besoin de prises de courant supplémentaires et donne l'impression que l'installation est efficace. Un commutateur compatible PoE est également plus sûr car la puissance de sortie est faible et gérée intelligemment.

Les commutateurs LAN, ou commutateurs de réseau local, sont généralement utilisés pour relier des emplacements sur le réseau local interne d'une entreprise. Il est également appelé commutateur Ethernet ou commutateur de données. L'allocation efficace de la bande passante empêche les paquets de données de se chevaucher lorsqu'ils transitent par un réseau. Avant de diriger le paquet de données livré vers sa destination prévue, le commutateur LAN le délivre. Ces commutateurs atténuent la congestion du réseau ou les goulots d'étranglement en envoyant un paquet de données uniquement à son destinataire prévu.

Les commutateurs gérés sont appelés commutateurs intelligents ou intelligents lorsqu'ils ont des caractéristiques qui vont au-delà d'un commutateur non géré mais sont inférieures à celles d'un commutateur géré conventionnel. Ils sont donc plus avancés que les commutateurs non gérés mais moins chers que les commutateurs entièrement contrôlables.

D'autres alternatives, telles que les VLAN, peuvent ne pas offrir autant de fonctions que les commutateurs entièrement contrôlés. Cependant, comme ils sont moins coûteux, ils peuvent convenir à des réseaux plus petits avec des budgets limités et moins d'exigences en matière de fonctionnalités.

Les commutateurs modulaires vous permettent d'ajouter des modules d'extension selon vos besoins, offrant une plus grande flexibilité à mesure que le réseau se développe. Les modules d'extension pour la connexion sans fil, les pare-feu et l'analyse du réseau sont quelques exemples d'options d'extension spécifiques à l'application.

Des connexions supplémentaires, des sources d'alimentation et des ventilateurs de refroidissement peuvent être possibles. Cependant, ces commutateurs sont nettement plus chers que les commutateurs fixes et souvent utilisés dans des réseaux massifs. Dans la plupart des cas, ils incluent également des capacités de couche 3 (en plus de la couche 2), leur permettant de fonctionner comme des routeurs de réseau.

En savoir plus : Qu'est-ce qu'un réseau maillé ? Signification, types de travail et applications en 2022

Les commutateurs à configuration fixe comportent un nombre fixe de ports et ne sont souvent pas extensibles, ce qui les rend abordables au fil du temps. Les commutateurs les plus courants sur le marché sont ceux-ci. Ils ont un nombre prédéterminé de ports Ethernet, par exemple, 8 ports Gigabit, 16 ports, 24 ports et 48 ports, entre autres. Ils peuvent avoir une variété de ports (en termes de vitesse et de connexion). Cependant, les vitesses de port sont généralement de 1 Gbit/s (au minimum) et les choix de connectivité sont soit des ports électriques câblés (RJ45), soit des ports à fibre optique.

Les commutateurs empilables vous permettent d'optimiser votre réseau tout en augmentant sa fiabilité. Avec un véritable commutateur empilable, ces grappes de commutateurs fonctionnent comme un seul commutateur alimenté par un seul agent SNMP/RMON, un domaine, une seule interface de ligne de commande (CLI) ou une interface Web.

La possibilité de créer des groupements d'agrégation de liens couvrant plusieurs unités de la pile, de transférer le trafic miroir d'un composant à un autre dans la pile et de configurer la qualité de service (QoS) englobant toutes les unités sont autant d'avantages de l'utilisation de ces types de commutateurs pour la connexion.

Les commutateurs font partie de la couche 2 du modèle OSI. Ils fonctionnent au niveau de la couche réseau de données et leur tâche principale consiste à transférer les trames Ethernet aussi rapidement que possible d'un port à un autre. Parce qu'ils fonctionnent au niveau de la couche réseau du modèle OSI, ces commutateurs sont appelés commutateurs de couche 3. Un commutateur de couche 3 est un hybride de dispositifs de couches 2 et 3. Leur logiciel est plus complexe que les commutateurs de couche 2 traditionnels et ils peuvent exécuter des protocoles de routage dynamique.

Les centres de données ont explosé en popularité ces dernières années. Presque toutes les grandes entreprises consolident leurs actifs et réseaux informatiques dans quelques grands centres de données pour faciliter l'administration, la gestion et d'autres raisons. Par conséquent, les commutateurs de centre de données doivent avoir des fonctionnalités telles que des performances à haut débit, une capacité de port énorme, une faible latence, la prise en charge de la virtualisation, la sécurité et la qualité de service, entre autres.

La gamme d'appareils Cisco Nexus est un excellent exemple de commutateurs de centre de données. Ces commutateurs sont idéaux pour mettre en œuvre le concept de réseau défini par logiciel (SDN) et fournir la virtualisation et la programmabilité.

Le connecteur RJ45 se connecte à un câble Ethernet standard et constitue l'interface de commutation la plus courante. Dans de nombreuses circonstances, vous devrez utiliser une connexion à fibre optique pour étendre la connectivité au-delà de la limite de 100 mètres des câbles Ethernet standard. Les commutateurs avec ports fibre optique ont souvent des ports RJ45 et des ports fibre optique supplémentaires pour la connexion aux connexions fibre.

Les ports à fibre optique enfichables à petit facteur de forme sont ce qu'ils sont appelés. Dans la plupart des cas, les ports à fibre optique sont utilisés pour se connecter à d'autres commutateurs distants, soit à l'intérieur du même bâtiment, soit dans des installations situées à des kilomètres de distance.

Ce commutateur connecte de nombreux ordinateurs à un clavier, une souris ou un moniteur. Ces commutateurs sont fréquemment utilisés pour contrôler des groupes de serveurs tout en retirant les cordons du bureau. Un commutateur KVM est une excellente interface pour un utilisateur qui souhaite gérer plusieurs machines à partir d'une seule console. Les raccourcis clavier peuvent généralement être configurés dans ces appareils, ce qui vous permet de basculer rapidement entre les PC. Un prolongateur KVM peut augmenter la portée du commutateur de plusieurs centaines de pieds pour transmettre des transmissions vidéo DVI, VGA ou HDMI.

En savoir plus : Comment préparer les réseaux pour l'ère du cloud avec SD-WAN

Lors du déploiement de commutateurs réseau, les responsables informatiques doivent se souvenir des cas d'utilisation et des applications suivants :

Utilisations d'un commutateur réseau

Un commutateur réseau peut avoir des ports sans fin pour connecter des câbles, ce qui est utile dans une topologie en étoile. De plus, les commutateurs connectent de nombreux ordinateurs au système de réseau. Que les ordinateurs soient situés à l'autre bout de la pièce ou à l'autre bout du monde, la fonction principale d'un commutateur réseau est de déplacer efficacement les paquets de données d'un ordinateur à un autre. Cela est vrai quelle que soit la distance physique entre les appareils. Quelques autres appareils facilitent le transport des données le long de la route, mais le commutateur est un élément essentiel de la conception du réseau.

Chaque port d'un commutateur réseau possède le même mécanisme de transfert ou de filtrage. Les utilisateurs peuvent avoir plusieurs ports reliant chaque commutateur en cascadant plusieurs commutateurs ensemble, qui peuvent tous être réglés et utilisés individuellement dans le groupe.

L'utilisation de commutateurs pour décharger le trafic à des fins d'analyse est courante. Les commutateurs d'un réseau peuvent aider à réguler différents types de trafic réseau, tels que le trafic entrant et sortant du réseau et la connexion de nombreux périphériques réseau, tels que les ordinateurs personnels et les points d'accès sans fil. Un concept clé à cet égard est le "transfert".

Le transfert est le processus d'acheminement du trafic réseau d'un périphérique connecté à un port d'un commutateur réseau vers un autre périphérique connecté à un autre port du commutateur. Ce processus commence lorsqu'un périphérique est connecté à un port et se termine lorsqu'un autre périphérique est connecté à un port de commutateur différent.

Ceci est utile pour la sécurité du réseau car il permet de positionner un commutateur devant un routeur de réseau étendu (WAN) avant que le trafic ne soit envoyé au LAN. C'est aussi comme ça que l'utilisation de commutateurs réseau simplifiera la détection des intrusions, l'analyse des performances et la configuration des pare-feu. Avant que les données ne soient envoyées à un renifleur de paquets ou à un système de détection d'intrusion, par exemple, la mise en miroir des ports peut aider à créer une copie miroir des informations transitant par le commutateur. Cela se produit avant que les informations ne soient envoyées à la destination. Cela facilite les analyses futures.

Les commutateurs réseau divisent le réseau LAN en plusieurs domaines de collision, chacun avec sa connexion à large bande, ce qui entraîne une augmentation de la bande de fréquences LAN. Lors du transfert de trames, les commutateurs de réseau peuvent générer un signal électrique carré inaltéré.

Les commutateurs sont des dispositifs qui fonctionnent à plusieurs niveaux de modèle OSI en même temps, tels que des liaisons de données, des réseaux ou des couches de transport. Les commutateurs multicouches sont des dispositifs qui fonctionnent sur plusieurs couches en même temps. Une commutation efficace est nécessaire pour gérer l'augmentation du trafic réseau provenant de la vidéo et d'autres applications gourmandes en bande passante, davantage d'appareils utilisateur et davantage de paquets destinés aux serveurs et au stockage en nuage. Toute petite ou moyenne entreprise peut utiliser la commutation LAN pour maintenir les vitesses et la fiabilité dont les utilisateurs ont besoin.

En tant que périphérique de couche 2, un commutateur basera toutes ses décisions sur les données contenues dans l'en-tête L2. En fonction des sources et des destinations des adresses MAC, les commutateurs détermineront le chemin de transfert. L'établissement d'une base de données d'adresses MAC qui fait correspondre chacun des ports de commutateur du commutateur aux emplacements MAC des périphériques connectés est l'une des tâches du commutateur.

La base de données d'adresses MAC est vide au départ et lorsqu'un commutateur reçoit des données, il vérifie le champ d'adresse MAC d'origine de la trame entrante. Il remplit la base de données d'adresses MAC avec les adresses MAC source et le port du commutateur collectant le paquet. Le commutateur aura éventuellement une table d'adresses MAC entièrement remplie car chaque périphérique connecté fournit quelque chose. On peut ensuite utiliser cette table pour faire avancer intelligemment les trames vers leur emplacement souhaité.

Enfin, discutons du cas d'utilisation du filtrage des commutateurs réseau. Cette fonction spécifie qu'un commutateur ne retransmettra jamais une trame depuis le même port sur lequel elle a été reçue. On peut utiliser le filtre d'adresse MAC pour empêcher des nœuds spécifiques de se connecter. Vous pouvez y parvenir en filtrant les adresses Ethernet de couche MAC source et de destination au niveau du port source (entrant) d'un commutateur.

Selon vos besoins de contrôle d'accès au réseau, l'adresse MAC de filtrage peut être monodiffusion, multidiffusion ou diffusion. Lorsqu'un commutateur a besoin d'inonder une trame, la trame est copiée et envoyée à tous les ports du commutateur, sauf celui qui l'a reçue. Un hôte envoie rarement une trame avec la destination comme sa propre adresse MAC. Cela est souvent dû à un hôte ayant une situation incorrecte ou étant malveillant. Lorsque cela se produit, le commutateur rejette simplement la trame dans tous les cas.

En savoir plus : Comment fonctionne un réseau Edge et quel avenir lui réserve-t-il ? Réponses de Theresa Lanowitz d'AT&T

La demande mondiale de commutateurs réseau augmente constamment pour prendre en charge une ère de connectivité à distance et l'essor de l'IoT. Les trackers mondiaux d'IDC ont constaté que le marché mondial des commutateurs a augmenté de 7,5 % au troisième trimestre de 2021. Cela est également dû à l'augmentation de l'adoption du cloud computing, car les commutateurs réseau aident à orchestrer, maintenir et stabiliser la distribution des ressources sur le cloud à grande échelle. environnements informatiques. Dans les prochaines années, cette demande va encore croître, rendant indispensable la connaissance du fonctionnement des commutateurs réseau.

Cet article vous a-t-il aidé à comprendre les commutateurs réseau et leur fonctionnement ? Dites-nous sur FacebookOuvre une nouvelle fenêtre, TwitterOuvre une nouvelle fenêtre, et LinkedInOuvre une nouvelle fenêtre . Nous aimerions recevoir de vos nouvelles!

Rédacteur technique