Les commutateurs de couche 3, également appelés "switchs de niveau 3", représentent une évolution significative dans le domaine des réseaux informatiques. Ils combinent les fonctionnalités traditionnelles des commutateurs de couche 2 avec les capacités de routage des routeurs, offrant ainsi une solution plus performante et flexible pour la gestion du trafic réseau.
Comprendre les Bases : Couches OSI et Fonctionnement des Commutateurs
Pour bien comprendre le rôle et le fonctionnement d'un commutateur de couche 3, il est essentiel de revenir aux bases du modèle OSI (Open Systems Interconnection). Ce modèle divise les communications réseau en sept couches distinctes, chacune ayant une fonction spécifique.
- Couche 2 (Liaison de données) : Cette couche est responsable de la transmission des données entre deux nœuds directement connectés sur un même réseau physique. Les commutateurs de couche 2 (L2) fonctionnent à ce niveau, utilisant les adresses MAC (Media Access Control) des périphériques pour acheminer les trames de données. Ils sont rapides car ils se contentent de trier les adresses physiques, mais ils manquent d'intelligence en matière de routage. Les adresses physiques, aussi appelées de couche liaison, matérielles ou de niveau MAC, identifient les appareils individuellement.
- Couche 3 (Réseau) : Cette couche est responsable du routage des paquets de données entre différents réseaux. Les routeurs opèrent à ce niveau, utilisant les adresses IP (Internet Protocol) pour déterminer le meilleur chemin pour acheminer les paquets vers leur destination. Les commutateurs L3 utilisent les adresses du réseau ou IP qui identifient des emplacements du réseau. Les adresses physiques identifient des appareils ; les adresses réseau identifient des emplacements. Les adresses réseau sont hiérarchiques. Les switchs qui opèrent en couche 3 (L3) disposent de plus d’intelligence que les switchs L2 et leurs fonctions de routeur calculent activement la meilleure façon de transmettre un paquet jusqu’à destination.
- Couche 4 (Transport) : La couche 4 (L4) du modèle OSI assure la coordination des communications entre les systèmes. La couche 4 identifie quels protocoles applicatifs (HTTP, SNTP, FTP, etc.) sont inclus avec chaque paquet et utilise cette information pour transférer le paquet au logiciel approprié de niveau supérieur.
Le Commutateur de Couche 3 : Un Hybride Intelligent
Un commutateur de couche 3 combine les fonctionnalités d'un commutateur de couche 2 et d'un routeur. Il peut donc :
- Commuter le trafic au niveau de la couche 2 : Comme un commutateur L2 traditionnel, il utilise les adresses MAC pour acheminer rapidement les trames de données au sein d'un même réseau local (LAN).
- Router le trafic au niveau de la couche 3 : Comme un routeur, il utilise les adresses IP pour acheminer les paquets de données entre différents réseaux, y compris entre des VLAN (Virtual LAN).
Fonctionnement Détaillé du Routage IP
Le routage est l’action de router des paquets d’un réseau à un autre. Au niveau de la couche réseau, IP doit vérifier s’il s’agit d’une communication intra-réseau ou d’une communication inter-réseau. Quand il s’agit d’une transmission en dehors du réseau, les paquets sont transmis au routeur qui se chargera du reste. Le protocole IP (Internet Protocol) effectue cette vérification.
Table de Routage
Pour prendre des décisions de routage éclairées, les routeurs utilisent ce qu’on appelle une table de routage. Quand un hôte X du réseau A veut communiquer avec un hôte Y du réseau B, les paquets seront envoyés au routeur AB qui relie le réseau A et le réseau B. Dans l’en-tête du paquet se trouve l’adresse IP de l’émetteur et celle du destinataire. Le routeur devra donc vérifier dans sa table de routage comment faire pour arriver au sous-réseau dans lequel se trouve l’adresse IP du destinataire. Cette table de routage contient les network ID de tous les routeurs qui sont directement connectés au routeur AB.
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Plusieurs facteurs déterminent le coût d’un chemin. Un saut, dans les termes du routage, est défini par le passage d’un paquet par un routeur. Le routeur AB va considérer tous les chemins qu’il a dans sa table de routage, voir quel est le chemin le moins couteux en termes de sauts et va emprunter ce dernier pour router le paquet transmis par X. Une table de routage contiendra toutes ces informations, et c’est par rapport à cette table qu’un routeur prendra la décision effective pour transmettre un paquet. L’intelligence qui est derrière les décisions des routeurs est fournie par les protocoles de routage.
Sous Windows, tapez route print dans votre invite de commande pour voir à quoi ressemble une table de routage. Vous obtiendrez naturellement une table différente de la nôtre. Netmask : diminutif de « Network Mask », cette colonne correspond au masque du réseau. Interface : comme vous le savez, un routeur a plusieurs interfaces. Metric : voilà notre fameuse métrique ! Il s’agit d’une valeur numérique, et comme vous pouvez le constater, les différentes entrées de la table ont des différentes valeurs de métriques. Quand plusieurs chemins conduisent au même réseau de destination, le routeur se base sur le chemin qui a la plus petite valeur dans la colonne métrique de sa table.
Avantages des Commutateurs de Couche 3
L'utilisation de commutateurs de couche 3 offre plusieurs avantages par rapport à l'utilisation de commutateurs de couche 2 et de routeurs séparés :
- Performances améliorées : En effectuant le routage au niveau du commutateur, le trafic inter-VLAN n'a pas besoin de passer par un routeur externe, ce qui réduit la latence et améliore les performances globales du réseau. Cela est particulièrement vrai si vous reliez un serveur en plusieurs fois 1 Gbps ou en 10 Gbps.. ou 20.. et que vous avez mettons un routeur connecté en 1 Gbps sur le réseau : il sera limité à la fois par son interface ethernet, par son CPU.. bref pas joli joli. Quand on passe sur des switches de niveau 3, on va pouvoir déplacer le point où se fait le routage entre les VLANs .. sur le / les switches et bénéficier de leur capacité de routing sans commune mesure avec celle des routeurs. Cela est lié au fait que les switches utilisent des ASIC (application-specific integrated circuits) pour le niveau 3 ce qui est rarement le cas des routeurs installés en entreprise.
- Coûts réduits : L'utilisation d'un seul appareil pour la commutation et le routage peut réduire les coûts d'équipement et de maintenance.
- Simplicité de la gestion : La gestion d'un seul appareil est plus simple que la gestion de plusieurs appareils distincts.
- Flexibilité accrue : Les commutateurs de couche 3 offrent une plus grande flexibilité dans la conception et la configuration du réseau.
Applications des Commutateurs de Couche 3
Les commutateurs de couche 3 sont utilisés dans une variété d'environnements réseau, notamment :
- Réseaux d'entreprise : Pour connecter différents départements ou groupes de travail au sein d'une entreprise, en utilisant des VLAN pour segmenter le réseau et améliorer la sécurité.
- Centres de données : Pour acheminer le trafic entre les serveurs et les périphériques de stockage, en optimisant les performances et la disponibilité. Ils assurent aussi à l’utilisateur, plus de puissance dans le traitement des données et plus de sécurité.
- Réseaux de campus : Pour connecter différents bâtiments ou sites géographiques au sein d'un campus, en offrant une connectivité rapide et fiable.
Choisir le Bon Commutateur de Couche 3
Le choix d'un commutateur de couche 3 dépend des besoins spécifiques du réseau. Voici quelques facteurs à prendre en compte :
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- Nombre de ports : Déterminez le nombre de ports nécessaires pour connecter tous les périphériques du réseau.
- Vitesse des ports : Choisissez la vitesse des ports en fonction des besoins de bande passante des applications utilisées sur le réseau. Les switches ethernet les plus courants offrent des vitesses de 10/100 Mbps ou 10/100/1000 Mbps (Gigabit Ethernet). Pour les réseaux exigeant des vitesses de connexion encore plus élevées, le NETGEAR XS708T est un choix solide. Il offre 8 ports 10 Gb/s et dispose de nombreuses fonctionnalités avancées, telles que la prise en charge du VLAN et de la qualité de service (QoS).
- Fonctionnalités de routage : Assurez-vous que le commutateur prend en charge les protocoles de routage nécessaires pour votre réseau.
- Fonctionnalités de sécurité : Choisissez un commutateur offrant des fonctionnalités de sécurité avancées, telles que le contrôle d'accès et la segmentation du réseau.
- Gestion : Optez pour un commutateur facile à gérer et à configurer. Il existe des switchs non paramétrables layer 2 et 3.
Les Différents Types de Routage
Il existe 4 types majeurs de routage ou méthodologies de routage : unicast, multicast, broadcast et anycast.
- Unicast : L’unicast consiste à transmettre les paquets à un seul destinataire. Un exemple de routage unicast est lorsque vous visitez une page web toute bête, du genre perdu.com.
- Multicast : Le multicast, c’est un peu comme effectuer plusieurs unicast à un groupe déterminé, mais en n’utilisant qu’une seule adresse. Sur un réseau, différents hôtes peuvent s’abonner ou se retirer d’un groupe pour recevoir des données sans que l’émetteur n’ait quoi que ce soit à changer. Cela a diverses applications, comme la transmission d’informations de routage ou encore la diffusion de flux multimédia.
- Broadcast : Le broadcast, c’est simple : on envoie à tout le monde. On peut envoyer des paquets en broadcast sur son réseau logique. On peut utiliser l’adresse 255.255.255.255 pour contacter tout le monde de votre réseau physique.
- Anycast : Le principe de l’anycast, c’est de router des paquets au destinataire le plus proche lorsqu’il existe plusieurs chemins conduisant au même réseau.
Commutateurs Managés, Non Managés et Smarts
- Les commutateurs non managés : les plus basiques et on ne peut modifier leur configuration. En général, ils sont « plug-and-play », c'est-à-dire qu'ils n'offrent que peu ou pas d'options à l'utilisateur. L'avantage des commutateurs non gérés, c'est qu'ils sont relativement bon marché, mais leur manque de fonctionnalités fait qu'ils ne sont pas adaptés à la plupart des utilisations en entreprise.
- Les commutateurs managés : offrent davantage de fonctionnalités et de caractéristiques aux professionnels de l'IT et ce sont les plus répandus dans les entreprises. Les switchs gérés sont dotés d'interfaces en ligne de commande (CLI), ce qui permet de modifier leurs configurations. En raison de leurs caractéristiques avancées, les commutateurs gérés coûtent beaucoup plus cher que les commutateurs non managés.
- Les commutateurs dit smarts : des commutateurs managés simplifiés qui offrent plus de fonctionnalités que les commutateurs non gérés, mais moins de fonctionnalités que les commutateurs managés Ils sont donc plus sophistiqués que les commutateurs non gérés, mais ils sont moins chers que les commutateurs entièrement managés.
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