lundi 5 janvier 2015

Commutateurs vs Concentrateurs (Switchs vs Hubs)

Introduction


Nous avons vu dans le billet précédent comment déterminer le numéro d'un sous réseau, son adresse de broadcast...C'était un peu compliqué....mais ces choses là font partie des briques théoriques indispensable. Avant de creuser plus profondément ce sujet et son (ses) utilité(s), nous allons voir les premières briques matérielles d'un réseau, qui sont les éléments d’interconnexion (switch/hub).

L'idée, de ce billet va être de simuler un petit réseau local dans le logiciel Cisco Packet Tracer et de comparer le fonctionnement d'un Hub et d'un Switch (concentrateur et commutateur).

La version 6 est la version actuelle, elle se trouve un peu partout sur internet, et le logiciel est mis à disposition gracieusement à ceux faisant partie de l'académie Cisco...

Cisco est l'un des leader du marché des réseaux, le matériel est réputé solide et très cher, c'est probablement aussi le matériel le mieux documenté, et le plus largement déployé.

Idéalement, cette première suite de billets aura pour but une approche didactique du fonctionnement du réseau et de ses protocoles, en faisant le moins appel possible à la théorie....qui reste toutefois indispensable par moments!

Prérequis


Avoir installé Cisco Packet Tracer (ne fonctionne que sous Microsoft Windows).


Ecran de travail Cisco Packet Tracer 6



(1): Barre d'outils, tout ce qu'il y a de plus classique...
(2): Passer de la vue "logique", à la vue "physique"....un gadget...
(3): Une barre d'outil permettant d'agrémenter les simulations réalisées de texte, ou de formes graphiques pour illustrer l'ensemble
(4) Permet d'envoyer un paquet IP simple (type ping), ou complexe (un ou plusieurs protocoles réseau testés d'affilée sur le réseau local).
(5) Passer du mode "temps réel", au mode "simulé" (dans lequel les informations envoyées d'un composant du réseau à un autre, par exemple entre deux PCs,  sont simulées par l'envoi de graphiques représentant une enveloppe transitant sur les câbles réseau).
(6) Résultats des tests (avec l'outil (4))
(7) Tous les composants disponibles pour créer un schéma réseau dans la catégorie sélectionnée (ici ce sont des routeurs qui sont représentés)
(8) Toutes les catégories de composants simulés (Routeurs, Commutateurs, Hubs, Pcs, Serveurs, Imprimantes, Téléphones IP)....

Premier réseau local étudié: Hubs vs Switchs

Nous avons 4 PCs dans un appartement, dont les occupants refusent l'utilisation du wifi (la fonction a été désactivée). Problème: la box adsl ne dispose que d'un seul "port" disponible pour raccorder un ordinateur.

Puisque les occupants ne veulent pas utiliser de wifi, il reste plusieurs solutions dont: le hub (concentrateur), n'existe en principe plus en état neuf à ce jour. Ou alors un commutateur (switch), qui est tout ce qu'il y a de plus répandu pour ce type de besoin.
 

                                                       Comment interconnecter ces équipements??????????????????????


Nous allons interconnecter les 4 PCs ci-dessus dans un premier temps à un hub (pour voir ce que çà donne sur les câbles), puis à un commutateur (idem). Pourquoi étudier un truc qui n'existe en théorie plus? Pour comprendre plus finement le concept de commutation (par exemple), et pour comprendre ce qu'est un domaine de collision.

Dans packet tracer, pour positionner les 4 PCs, il faut aller en (8), cliquer sur "End Devices", et choisir PC-PT (Pc fixe générique").

Avec quoi relier mes 4 PCs au Hub ou switch?

Nous allons relier nos PCs au Hub ou au Switch avec un câble réseau cuivre.

Dans l'univers des réseaux locaux, il existe deux types de câblage en cuivre distincts: Les câbles droits et les câbles croisés. Chacun de ces câbles est plus ou moins bien isolé (blindé) aux perturbations internes et externes au câble.

Les câbles droits permettent de relier deux appareils de nature différentes entre eux (exemple: Un PC et un HUB).
Les câbles croisés permettent de relier deux appareils de même nature entre eux (PC à PC sans passer par un routeur ou switch par exemple).

Pourquoi des câbles droits et des câbles croisés? 

Et bien, admettons dans dans un câble réseau il y a 8 brins, 4 permettent d'émettre des données, et 4 autres d'en recevoir. Deux PCs de constructeurs différents auront tous une carte réseau (quel qu'en soit son constructeur) respectant le même schéma de câblage. Mais comment peuvent dialoguer deux PCs entre eux (en les reliant simplement par un câble réseau), si le signal émis par la carte réseau du premier PC est reçu sur les broches d'émission de la carte réseau du second PC??? Pour éviter ceci, on utilise des câbles croisés (aussi, ce qui est émis du premier PC est envoyé sur les broches de réception de signal du second PC).

Un câble est dit "droit" dans le sens ou les brins d'un câble réseau sont dans le même ordre de couleur des deux côtés du câble (il suffit de rapprocher les deux connecteurs RJ45 pour s'en assurer). Si les couleurs diffèrent....nous avons un câble croisé!

Les commutateurs et routeurs récents sont Auto MDIX. MDI est le standard de câblage des cartes réseau, et MDIX est le standard "inversé" (croisé). Quand un commutateur est dit Auto MDIX, c'est qu'il est capable de détecter le type d'équipement auquel il est raccordé et envoyer le signal en émission ou réception sur les broches adéquates du port de la carte réseau, il autoconfigure donc chaque broche de la carte réseau en lui disant si elles doivent travailler en MDI ou en MDI-X....Sinon, il faut utiliser le bon type de câble, sous peine de ne pouvoir communiquer! Les cartes réseau des PCs sont rarement auto MDI-X....

Dans Cisco Packet Tracer, le câble droit est représenté par un trait plein (comme sur le schéma ci-dessus).

Le Hub en détail


Nous allons relier ensuite ces 4 ordinateurs à un Hub (Hubs->HUB-PT)




Maintenant que nos ordinateurs sont reliés au hub, nous allons affecter une adresse IP à chaque ordinateur.
Nous sommes dans le sous réseau 192.168.1.0/24. Le numéro de réseau est donc 192.168.1.0, sont masque est 255.255.255.0 (/24), et son adresse de broadcast est 192.168.1.255.

Nous allons utiliser l'adresse IP 192.168.1.10 pour le premier PC, puis 1.11, 1.12 et 1.13
Notre HUB ne disposera pas d'adresse IP.

Pour configurer les adresses IP sur un PC dans packet tracer, il faut cliquer sur le PC, aller dans l'onglet "Desktop",  puis cliquer sur l'icône "IP configuration".



Configurez les IP sur les 4 PCs.

Puis vérifiez que vous pouvez "pinguer" chaque PC de l'un à l'autre, pour ce faire, aller sur le PC en question, (cliquer sur le PC, onglet "Desktop", puis icône "Command prompt").
Le ping fonctionne si vous obtenez le type de résultat ci dessous.




Maintenant que notre connectivité est vérifiée (cad que tous nos PCs peuvent se pinguer, ce qui valide que le réseau "fonctionne"), nous allons étudier l'impact de l'utilisation d'un HUB sur un réseau....

Passons en mode simulation (en bas à droite de l'écran de packet tracer)

Puis cliquons sur l'icône "Simple PDU" (qui va simplement analyser le protocole ICMP qui défini le fonctionnement de "ping"), et visualiser par où (quel(s)/câble(s)) ce ping passe...

Demandons à ce ping de partir de PC-Amandine (il suffit de cliquer dessus, une petite enveloppe va apparaître sur le PC d'Amandine). Puis demandons à ce que ce soit le PC de Sébastien qui soit visé par la commande ping (donc en principe l'adresse IP 192.168.1.11).

Dans un premier temps, le PC d'Amandine va transmettre "par le câble réseau", le ping, qui va être émis en direction du HUB (en jaune ci-dessous)



Puis le hub va retransmettre ce ping à tous les PCs qui lui sont reliés (ci-dessous en rouge):


Les PCs ne disposant pas de l'adresse IP 192.168.1.11 ne tiendront pas compte des informations venant de lui être transmises (le ping) car elles ne lui sont pas destinées (elles vont donc détruire les trames, ce qui se solde, dans la simulation par une enveloppe avec une croix):
Le PC de Sébastien lui n'a pas l'enveloppe avec la croix: c'est lui qui dispose de l'adresse IP 192.168.1.11....


Il va donc répondre au PC d'Amandine (192.168.1.10), en passant par le Hub à nouveau:



Le Hub va a nouveau transmettre cette information à TOUS les PCs qui lui sont connectés, et finalement, seul le PC d'Amandine va prendre en compte la réponse à sa demande de ping (le seul PC qui a l'enveloppe avec une coche verte; ceci indique que notre "ping" est parti, pus revenu, donc le réseau "fonctionne").




Comme dit plus haut, on ne trouve en principe plus de concentrateur (HUB), neuf sur le marché. C'était pourtant autrefois le seul moyen économique envisageable pour interconnecter les équipements informatique sur des réseaux locaux. Il en existe encore çà et là, dans les petites et grandes entreprises, ils fonctionnent dempuis plus de 10 ans, et continuent à polluer le réseau local....

Domaine de collision

Un domaine de collision est un ensemble logique d'hôtes d'un réseau qui peuvent potentiellement commencer à discuter sur le même canal en même temps....Et deux signaux électriques qui se télescopent ne donnent plus le même signal électrique...les données ne sont pas transportables.

Sur le schéma au dessus, les 4 PCs et le Hub représentent un même domaine de collision.

Dès qu'une station émet des données, ces données sont susceptibles d'entrer en collision avec d'autres données émises par les autres stations à des instants trop proches.

La notion de domaine de collision est apparue avec les Hubs, et a été gommée avec la généralisation des switchs (commutateurs) et l'augmentation des débits des réseaux locaux modernes --> 100Mb/s minimum, en émission et réception simultanée (full duplex).

Analyse Critique des Hubs (concentrateurs)

  • Toute personne mal intentionnée est en capacité d'intercepter toutes les communications qui passent par le Hub, puisque ce dernier ne fait que "répéter", ce que dit un PC aux autres PCs lui étant connectés. Aussi, avec un simple logiciel d'analyse de trame (et un peu de pratique), il est possible de connaitre toutes les informations échangées entre le PC d'Amandine et le PC de sébastien, depuis le PC de Michel ou d'Adrien. La confidentialité des échanges n'est absolument pas respecté.
  • les performances du réseau sont amoindries pour plusieurs raisons....Quand les 4 PCs essaient de dialoguer en même temps, tout ce qu'ils disent est répété vers tous les autres PCs...en même temps. S'ensuivent donc des collisions (quand deux PCs essaient de parler en même temps), et un mécanisme de gestion de ces collision qu'il a fallu intégrer rapidement aux concentrateurs (CSMA/CD). A chaque fois que des collisions interviennent, il faut reprendre les communications à un certain point, donc on perd du temps (et on augmente les "embouteillages), la technique CSMA/CD rajoute du temps de traitement (on écoute sur la ligne, et si rien ne se produit durant un laps de temps aléatoire, on se risque a émettre une information).
  • Des traitements informatiques ont lieu au niveau de la pile TCP/IP de chaque ordinateur pour déterminer si oui ou non une communication lui ai destinée, ce qui est absolument inutile.

Le Hub en résumé

Un Hub répète tout ce que dit un équipement lu étant relié à tous les autres équipements lui étant reliés. A trop vouloir tout répéter en même temps, on en fini par ne plus savoir ce que l'on répète et à qui....ce n'est pas efficace



Le commutateur (SWITCH)


Reprenons le même schéma que précédemment, mais en remplaçant le HUB par un Switch (UN bon vieux 2950 par exemple).

Et refaisons notre test de ping.

Voici le schéma avec un switch, et des câbles croisés, les @IP n'ont pas changées:


On va a nouveau pinguer le PC de Sébastien depuis le PC d'Amandine, toujours en se mettant en mode simulation. Nous allons ainsi voir comment évoluent nos enveloppes (n'oubliez pas que ces enveloppes représentent les informations qui circulent par les câbles qui relient les équipements entre eu).

Ci-dessous en violet, le PC d'Amandine envoie sont ping au commutateur (en violet)


Qui transmet directement au PC de Sébastien, sans "arroser" les deux autres PCs (puisqu'ils ne sont pas concernés).


Un premier pas vers la confidentialité des échanges a eu lieu (le PC de Michel ou d'Adrien n'a aucun moyen de savoir -en écoutant ce qui se passe sur leur câble réseau- ce que se racontent les deux premiers PCs....)

Les performances sont accrues: Les Pcs ont moins de données inutiles à traiter, et les câbles sont plus disponibles pour échanger avec d'autres équipements.




Le commutateur (SWITCH) en résumé:

  • Organe d'interconnexion indispensable en entreprise, mais aussi à la maison....
  • Permet d'optimiser les flux réseau (ne pas tout répéter bêtement sur tous les ports)
  • Permet d'apporter un premier élément de sécurité: seuls les Pcs qui dialoguent entre eux sont mis en relation par le commutateur (c'est la commutation....)




Ce qu'il ne faut pas faire

Il y a tant à dire que des milliers d'ouvrages existent à ce sujet. 
Mais règle de bon sens:
  • Les Hubs sont à mettre au recyclage sans délais
  • Les petits switchs d'appoint (type Netgear à 20€) sont parfaits pour une utilisation à domicile, mais il n'est pas envisageable de les utiliser de façon professionelles. Les technologies utilisées ne sont pas les mêmes dans un commutateur à 20€ et à 200€ neuf bien entendu, la durée de vie, la vitesse et la stabilité de fonctionnement sont sans commune mesure!
  • Ne pas mixer des commutateurs "pro" (Cisco, Hp, Dell, Allied T) haut de gamme avec des switchs bas de gamme en se disant "que l'on coupe la poire en deux", au contraire, on se tire une balle dans le pied.Pas de bricolage dans les infrastructures réseau en entreprise sous peines de lenteurs insupportables et le fameux "c'est le réseau qui rame, on travaille trop".
  • Acheter tout ou n'importe quoi sans avoir expérimenté avant, monter un réseau d'entreprise, çà ne s'improvise pas en deux minutes encore moins les premières fois!




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