Transmission sur un réseau local

Michel Billaud (michel.billaud@u-bordeaux.fr, michel.billaud@laposte.net)

31 mai 2020

Ce texte fait partie d’une petite collection de notes mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les Mêmes Conditions 2.0 France.

1 Le problème

Alice, Bob et Charlie ont des machines connectées à un même réseau local.

Que se passe-t-il lorsque Alice envoie un message message “Hello!” à Bob ?

2 Connexion physique des machines

Les trois machines sont connectées par l’intermédiaire de leurs cartes réseau (interfaces réseau).

On suppose ici que c’est un réseau filaire (connexions par câbles). Il y a donc un boîtier (concentrateur ou commutateur) auquel les 3 machines sont reliées.

3 Trames

Le message (La chaîne de caractère “Hello!”) est transmis dans une trame.

Une trame, c’est une suite d’octets qui contient

Ici on parle d’adresses physiques. Les cartes réseau utilisent habituellement des “adresses MAC” (Media Access Control) de 6 octets (48 bits) notée en hexadécimal sous la forme f4:8e:38:de:f3:d6.

4 Le rôle du boîtier

Les machines du réseau local sont reliées aux prises (ports) d’un boîtier (techniquement un concentrateur ou un commutateur).

Le rôle du boîtier est de transmettre les trames qu’il reçoit sur un port vers toutes les machines du réseau local.

Remarque : C’est une vision un peu simplifiée, comme toujours la réalité est un peu plus compliqués :

5 Émission, transmission et réception d’une trame.

  1. Quand l’ordinateur d’Alice veut envoyer un message à celui de Bob :
  1. Quand le boîtier reçoit cette trame sur un port :
  1. Quand la carte réseau de l’ordinateur de Bob la reçoit :
  1. Par contre, la carte réseau de Charlie, en mode normal :

6 L’adresse de diffusion

Une adresse spéciale, dite “adresse de diffusion” (broadcast address) sert à envoyer une même trame à toutes les machines. C’est l’adresse MAC ff:ff:ff:ff:ff:ff, qui ne comporte que des 1 en binaire.

En mode normal, une carte réseau qui reçoit une trame, l’accepte donc si l’adresse de destination est

Note: une carte réseau peut être mise dans un mode spécial (promiscuous mode) dans lequel toutes les trames sont acceptées. C’est ce qui sert à “sniffer le réseau”, une occupation fréquente pendant les travaux pratiques pour comprendre ce qui se passe.

7 A qui dois-je écrire ? Protocole de résolution d’adresse.

Pour que ça fonctionne, il faut que chaque machine connaisse les adresses MAC de ses interlocuteurs. C’est difficilement gérable (administrativement) sur un vrai réseau.

On adopte donc un autre dispositif : chaque machine a un “identifiant” connu publiquement. Ici on va dire que c’est son nom, pour simplifier.

Exemple : Quand “alice” veut envoyer un message à “bob”, et qu’elle ne connaît pas déjà son adresse MAC :

Cette trame est reçue par toutes les machines du réseau local.

Cet échange constitue un protocole de résolution d’adresse (Address Resolution Protocol), un échange de deux messages :

Il existe d’autres possibilités :

8 Annexes

8.1 Fonctionnement d’un commutateur

De nos jours, les boîtiers de connexion d’un réseau local sont généralement de type “commutateur” (switch) :

Un commutateur s’arrange pour réduire le trafic en ne réexpédiant les trames que sur un seul port, si c’est possible.

8.1.1 Le problème

Dans un réseau local d’une certaine taille (à partir de quelques dizaines de poste), comportant plusieurs boîtiers, on souhaite éviter que toutes les trames soient réexpédiées à toutes les machines.

Deux raisons :

8.1.2 Solution : table d’adresses MAC

Lorsque la machine “Alice”, connectée à un certain port p d’un commutateur, envoie une trame sur le réseau local, cette trame a comme adresse d’origine l’adresse MAC d’Alice.

Le commutateur apprend donc que ce port p permet de joindre Alice.

Dans le commutateur, une table va mémoriser la correspondance entre les adresses MAC connues et les numéros de ports.

Ensuite, quand le commutateur devra faire passer une trame dont l’adresse de destination est connue, il saura par quel port l’acheminer.

Ceci réduit la charge du réseau, et limite les possibilités d’espionnage par écoute du trafic.

8.1.3 Oublier et réapprendre

Sur un commutateur, les ports ne sont pas affectés de façon définitive. Avec le dispositif précédent, que se passe-t-il si le technicien réseau débranche Alice du port 2 pour la rebrancher sur le port 5 ?

A priori, les trames destinées à Alice continueront d’être expédiées sur le port 2. Et n’arriveront jamais à destination.

Pour éviter ce problème, le commutateur peut oublier la correspondance entre le port 2 et l’adresse MAC d’Alice, si Alice n’a rien émis depuis un certain temps (typiquement, 1 ou 2 minutes). Les données de la table ont une durée de vie limitée.

De même, la correspondance sera changée si Alice se met à émettre depuis un autre port.