1_Theorie

Le modèle OSI et le rôle du switching

Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) est une représentation en 7 couches permettant de comprendre comment circulent les données dans un réseau.
Les couches importantes pour le switching sont :

• Couche 2 – Liaison de données (Data Link)
  Gestion des adresses MAC, trames Ethernet, VLAN, switching.

• Couche 3 – Réseau (Network)
  Gestion des adresses IP, routage, communication entre réseaux.

Le switching opère principalement en couche 2, tandis que le routage opère en couche 3.

Différence entre un switch L2 et un switch L3

Switch L2 (couche 2)

• Fonctionne uniquement avec les adresses MAC
• Transmet les trames à l’intérieur d’un même réseau
• Gère les VLAN, les ports access, trunk, le PVID
• Ne peut pas faire communiquer deux VLAN entre eux

Switch L3 (couche 3)

• Intègre des fonctions de routage IP
• Peut faire communiquer plusieurs VLAN (inter‑VLAN routing)
• Peut remplacer un routeur dans certains scénarios
• Gère des protocoles comme OSPF, RIP, static routing

En résumé :

• L2 = segmentation du réseau
• L3 = communication entre réseaux

Qu’est‑ce que le routage ?

Le routage est le processus permettant de faire circuler des paquets d’un réseau à un autre.
Il fonctionne en couche 3 et repose sur :

• les adresses IP
• les masques de sous‑réseau
• les routes (table de routage)
• les passerelles

Exemple :
Un PC en VLAN 10 ne peut pas parler à un PC en VLAN 20 sans un routeur ou un switch L3.

Tag et Untag : comprendre les trames VLAN

Dans un réseau VLAN, une trame Ethernet peut être :

• Tagged (802.1Q)
  La trame contient un tag VLAN indiquant son identifiant (VID).
  Utilisé sur les ports transportant plusieurs VLAN.

• Untagged
  La trame ne contient pas de tag VLAN.
  Utilisé pour les ports reliés à des PC, imprimantes, caméras, etc.

Règle générale :

• Ports vers utilisateurs = Untagged
• Ports vers routeurs/switchs/hyperviseurs = Tagged

Ports Access et Trunk

Les ports d’un switch peuvent être configurés de deux manières :

Port Access

• Appartient à un seul VLAN
• Les trames sortent untagged
• Utilisé pour les équipements finaux (PC, serveurs, caméras…)

Port Trunk

• Transporte plusieurs VLAN
• Les trames sortent tagged
• Utilisé pour relier :
  • switch ↔ switch
  • switch ↔ routeur
  • switch ↔ hyperviseur (Proxmox, ESXi…)

Le trunk est indispensable pour transporter plusieurs VLAN sur un seul lien.

Le PVID (Port VLAN ID)

Le PVID est le VLAN par défaut d’un port untagged.
Il indique dans quel VLAN placer les trames non taggées reçues sur ce port.

Exemple :

• Port 3 → PVID 20
• Une trame untagged arrive → elle est placée dans le VLAN 20

Agrégation de liens (Link Aggregation / LACP)

L’agrégation de liens permet de combiner plusieurs ports physiques pour former un seul lien logique.
Objectifs :

• augmenter la bande passante
• assurer une tolérance aux pannes
• équilibrer la charge entre les liens

Deux modes principaux :

• Statique : configuration manuelle des deux côtés
• LACP (802.3ad) : négociation automatique entre équipements

Exemple :
Deux ports 1 Gbit/s agrégés → un lien logique de 2 Gbit/s.

L’agrégation est souvent utilisée entre :

• switch ↔ switch
• switch ↔ serveur
• switch ↔ hyperviseur

Résumé visuel des concepts

• L2 → switching, MAC, VLAN
• L3 → IP, routage, inter‑VLAN
• Access → un VLAN, untagged
• Trunk → plusieurs VLAN, tagged
• PVID → VLAN par défaut d’un port untagged
• Agrégation → plusieurs liens = un seul lien logique
• Routage → communication entre réseaux différents

Comprendre les boucles réseau et la nécessité de STP

Dans un réseau commuté, lorsqu’on relie plusieurs switches entre eux, il peut exister des boucles physiques.
Ces boucles provoquent :

• des tempêtes de broadcast
• des MAC flapping
• une saturation du réseau
• une indisponibilité totale du réseau

Pour éviter cela, on utilise des protocoles de la famille Spanning Tree Protocol (STP).

STP – Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1D)

STP est le protocole historique permettant d’éviter les boucles réseau.
Il fonctionne en couche 2 et construit un arbre logique sans boucle.

Fonctionnement :

• Élection d’un Root Bridge (switch maître)
• Calcul d’un chemin unique vers le Root Bridge
• Mise en blocage des ports redondants
• Surveillance du réseau via des BPDU (Bridge Protocol Data Units)

États des ports STP :

• Blocking
• Listening
• Learning
• Forwarding

Inconvénient majeur :
STP est lent (30 à 50 secondes) pour converger après un changement.

RSTP – Rapid Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1w)

RSTP est une évolution de STP, beaucoup plus rapide.

Améliorations :

• Convergence en 1 à 3 secondes
• États simplifiés :
  • Discarding
  • Learning
  • Forwarding
• Détection plus rapide des liens actifs
• Gestion optimisée des ports edge (ports vers PC)

RSTP est aujourd’hui le standard le plus utilisé dans les réseaux modernes.

MSTP – Multiple Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1s)

MSTP permet de gérer plusieurs instances STP dans un réseau VLAN.

Objectifs :

• grouper plusieurs VLAN dans une instance MST
• optimiser les chemins selon les VLAN
• équilibrer la charge entre plusieurs liens
• améliorer la redondance

Exemple :

• VLAN 10 et 20 → Instance MST1
• VLAN 30 et 40 → Instance MST2

Chaque instance peut avoir un Root Bridge différent → meilleure répartition du trafic.

Résumé des différences

Protocole	Standard	Convergence	Gestion VLAN	Usage
STP	802.1D	Lent (30–50s)	Basique	Ancien, encore présent
RSTP	802.1w	Rapide (1–3s)	Basique	Standard moderne
MSTP	802.1s	Rapide	Avancé (multi‑instances)	Réseaux complexes

Les différents types de fibre optique

Les fibres optiques se divisent en deux grandes familles : monomode et multimode.

Fibre monomode (SMF – Single Mode Fiber)

Caractéristiques :

• cœur très fin (≈ 9 µm)
• une seule trajectoire lumineuse
• portée très longue (jusqu’à plusieurs dizaines de km)
• utilisée pour les liaisons backbone, opérateurs, longues distances

Types courants :

• OS1 : fibre monomode pour intérieur (jusqu’à 10 km)
• OS2 : fibre monomode pour extérieur / longue distance (jusqu’à 200 km)

Couleurs de jarretière : jaune

Fibre multimode (MMF – Multi Mode Fiber)

Caractéristiques :

• cœur plus large (50 ou 62,5 µm)
• plusieurs trajets lumineux
• portée plus courte
• utilisée dans les bâtiments, datacenters, baies informatiques

Types courants :

• OM1 (62,5 µm) – 1 Gbit/s
• OM2 (50 µm) – 1 Gbit/s
• OM3 (50 µm) – 10 Gbit/s
• OM4 (50 µm) – 40/100 Gbit/s
• OM5 (50 µm) – 100 Gbit/s et multiplexage avancé

Couleurs de jarretière :

• OM1 → orange
• OM2 → orange
• OM3 → turquoise
• OM4 → violet
• OM5 → vert clair

Connecteurs fibre les plus courants

• LC : petit format, très utilisé en datacenter
• SC : plus ancien, format carré
• ST : connecteur rond à baïonnette
• MPO/MTP : connecteur multi‑fibres (12, 24, 48 fibres)

Résumé global

• STP évite les boucles mais est lent
• RSTP est la version rapide, standard actuel
• MSTP gère plusieurs instances pour optimiser les VLAN
• Fibre monomode = longue distance
• Fibre multimode = courte distance, datacenter
• OM1 → OM5 = générations de multimode
• LC/SC/ST/MPO = types de connecteurs