Qu'est-ce qu'un commutateur réseau ?

Qu'est-ce qu'un commutateur réseau ?

Un commutateur réseau est un équipement qui permet à deux appareils informatiques ou plus, tels que des ordinateurs, de communiquer entre eux. La connexion de plusieurs appareils informatiques crée un réseau de communication. Les ressources de calcul, d'impression, de serveur, de stockage de fichiers, d'accès Internet , en autres, peuvent être partagés sur le réseau.

Les appareils informatiques communiquent en échangeant des « paquets » de données sur le réseau. Les commutateurs de base transfèrent les paquets d'un périphérique à un autre, tandis que les opérations plus compliquées (telles que décider si un paquet est autorisé à atteindre sa destination prévue) sont traditionnellement du ressort d'autres types de périphériques réseau.

Les commutateurs existent en tant qu'appareils dédiés ou comme composant d'autres équipements, routeurs ou points d'accès sans fil (AP) par exemple, qui effectuent des opérations sur les paquets de données. La technologie classique de commutation existe depuis des décennies et constitue l'un des éléments fondamentaux de tous les réseaux informatiques modernes, y compris Internet.

Quels problèmes les commutateurs résolvent-ils ?

Un commutateur réseau connecte les utilisateurs, les applications et les équipements sur un réseau afin qu'ils puissent communiquer entre eux et partager des ressources. Les commutateurs réseau les plus simples ne connectent que les appareils d'un seul réseau local (LAN). Des commutateurs plus avancés peuvent connecter des appareils à partir de plusieurs réseaux locaux et même intégrer des fonctions basiques de sécurité des données. 

Les commutateurs les plus avancés proposent des fonctions qui ne se limitent pas à l'interconnexion LAN, et qui sont souvent adaptées d'autres périphériques réseau, tels que les routeurs et les pare-feu. Malgré les capacités avancées de ces commutateurs, ils continuent d'être appelés « commutateurs », car leur objectif principal est de connecter des appareils les uns aux autres dans le cadre d'un réseau informatique. 

Les commutateurs avancés ont un rôle important : créer des « réseaux virtuels ». Les réseaux virtuels isolent des groupes de systèmes en réseau en fonction des configurations fournies par les administrateurs réseau. Cette capacité permet à un grand nombre de systèmes d'être connectés à un seul réseau physique tout en isolant certains systèmes du reste en toute sécurité. Les types de réseaux virtuels comprennent les réseaux privés virtuels (VPN), les réseaux locaux virtuels (VLAN) et les réseaux locaux extensibles virtuels VPN Ethernet (EVPN-VXLAN), qui sont tous régulièrement utilisés dans les réseaux de taille moyenne et grande. EVPN-VXLAN est une implémentation de plus en plus courante permettant de segmenter les réseaux d'entreprise modernes.

Les commutateurs réseau offrent une grande diversité de vitesses, de capacités et de tailles. Ils peuvent prendre en charge entre trois et des milliers d'appareils. Plusieurs commutateurs réseau peuvent être interconnectés pour prendre en charge encore plus d'appareils. Ces commutateurs peuvent être interconnectés de plusieurs façons : c'est la « topologie de réseau ». 

Une topologie moderne « spine-leaf » utilisant des commutateurs à grande vitesse avec une densité de ports élevée peut facilement connecter des dizaines de milliers d'appareils dans un seul réseau physique. Dans un réseau de datacenter spine-leaf, les commutateurs leaf agrègent le trafic des serveurs et se connectent directement aux commutateurs spine, qui interconnectent tous les commutateurs leaf dans une topologie à maillage complet. Ces grands réseaux sont généralement segmentés en un grand nombre de réseaux virtuels utilisant EVPN-VXLAN, avec des commutateurs leaf fournissant l'accès (et le routage) à différents segments de réseau.

Ce type de réseau est courant dans les datacenters partagés par de nombreux clients (appelés datacenter « multilocataires »), ainsi que ceux utilisés par les gouvernements et les grandes entreprises.

Comment fonctionne un commutateur ?

Les commutateurs réseau permettent aux appareils de communiquer, y compris avec le commutateur lui-même, en suivant un ensemble normalisé de protocoles de communication. Ces normes sont définies et maintenues par des organismes de normalisation internationaux, tels que l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) et l'Internet Engineering Task Force (IETF).

Les appareils peuvent se connecter à un réseau de trois manières principales : radio (Wi-Fi, par exemple), électrique (RJ-45 Ethernet, par exemple) et optique via la lumière. Chaque méthode de connexion utilise sa propre méthode d'interconnexion physique (spectre RF, câblage en cuivre et câblage en fibre optique, respectivement) via laquelle les appareils informatiques communiquent en s'envoyant un flux de 1 et de 0.

Les normes de réseau permettent à ces flux de 1 et de 0 d'être interprétés en paquets. Les paquets contiennent un en-tête et une charge utile. Les en-têtes de paquet contiennent des informations telles que l'adresse source et l'adresse de destination des appareils qui participent à cette communication. Les charges utiles contiennent les données que les appareils en réseau tentent réellement d'échanger. Chaque équipement sur un réseau a une ou plusieurs adresses vers lesquelles les paquets peuvent être dirigés.

Les groupes de paquets échangés par deux adresses ou plus sont appelés « flux de données ». Les flux de données sont à peu près équivalents à des conversations individuelles entre des appareils en réseau. Un commutateur lit les adresses des en-têtes de paquets, puis transmet les paquets vers leur destination.

Les commutateurs conservent des enregistrements, appelés tables de correspondance (LUT). Les LUT contiennent une liste des adresses pouvant être atteintes à l'aide de ports de commutateur spécifiques. Certains commutateurs, ainsi que tous les routeurs, peuvent être configurés avec des « routes ». Les routes sont un type de LUT qui indiquent aux commutateurs d'envoyer tous les paquets avec certains types de destinations vers un commutateur ou un routeur intermédiaire. L'utilisation de routes permet aux commutateurs d'envoyer des paquets à des périphériques pour lesquels le commutateur ne dispose pas d'informations d'adresse.

Prenons l'exemple d'un smartphone qui utilise un réseau Wi-Fi domestique pour accéder à une page Web. Le smartphone se connecte via le Wi-Fi à un point d'accès (AP). L'AP dispose d'un commutateur RJ-45/Ethernet intégré, qui est connecté à un routeur Internet.