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Concentrateur vs commutateur vs routeur : couche OSI, adresses, acheminement, domaines

Tous trois relient des appareils et relaient des données, mais ils diffèrent par la couche dont ils utilisent l’information pour acheminer. Un concentrateur (hub répéteur) est un équipement de couche 1 (couche physique) qui renvoie tel quel un signal entrant sur tous ses ports. Un commutateur (commutateur L2) est un équipement de couche 2 (couche liaison de données) qui lit l’adresse MAC de destination d’une trame et ne la transmet qu’au port où cette destination est connectée. Un routeur est un équipement de couche 3 (couche réseau) qui relaie les paquets entre réseaux différents en fonction de l’adresse IP de destination et de sa table de routage. Les concentrateurs et les commutateurs relient des appareils au sein d’un même réseau ; les routeurs relient les réseaux entre eux.

CritèreConcentrateur (hub)Commutateur (commutateur L2)Routeur
CoucheCouche 1 (couche physique)Couche 2 (couche liaison de données)Couche 3 (couche réseau)
Adresse utiliséeAucune ; il se contente de répéter le signalAdresse MACAdresse IP
Unité de donnéesBits (signaux électriques)TramesPaquets
Mode d’acheminementEnvoie sur tous les ports sauf celui d’arrivéeApprend dans une table d’adresses MAC quelle adresse MAC source se trouve sur quel port et n’envoie que vers le port de la destination ; les destinations inconnues et les diffusions partent sur tous les ports sauf le port d’entrée (inondation)Choisit dans la table de routage la route offrant la plus longue correspondance avec l’adresse IP de destination et envoie au routeur suivant ou à la destination, en réécrivant les adresses MAC de la trame et en décrémentant le TTL de 1
Domaine de collisionUn seul pour tous les ports ; semi-duplex, donc les envois simultanés entrent en collisionUn par port ; pas de collision en full-duplexUn par interface
Domaine de diffusionUn seul pour tous les portsUn seul pour tous les ports, ou un par VLAN en cas de découpage en VLANUn par interface (réseau) ; les diffusions ne sont pas transmises
Interconnexion de réseaux différentsNonNon ; il relie des appareils au sein d’un même réseau (sous-réseau)Oui ; beaucoup assurent aussi le NAT et le filtrage de paquets
Emplacement typiquePetits réseaux anciens ; désormais presque entièrement remplacé par les commutateursRaccordement des PC, serveurs, points d’accès Wi-Fi, etc. au même LANÀ la frontière entre un LAN et Internet, et entre segments (sous-réseaux) d’un réseau interne

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

Concentrateur (hub)
Désormais remplacé par les commutateurs et rarement choisi pour de nouvelles installations. Il reste utile comme point de repère pour comprendre le fonctionnement d’un commutateur.
Commutateur (commutateur L2)
Pour relier de nombreux appareils au sein d’un même réseau. Les modèles qui prennent en charge les VLAN peuvent aussi découper logiquement un réseau avec un seul équipement.
Routeur
Pour relier des réseaux différents. Il se place à la frontière entre LAN et Internet ou entre sous-réseaux et assure la sélection des routes, le NAT, le filtrage de paquets et des tâches similaires.

Questions fréquentes

En quoi un commutateur L3 diffère-t-il d’un routeur ?

Un commutateur L3 est un commutateur auquel on a ajouté des fonctions de routeur (acheminement de couche 3) ; il peut relayer rapidement le trafic entre VLAN de façon matérielle. On l’utilise surtout à l’intérieur d’un LAN pour relier sous-réseaux et VLAN. Un routeur offre généralement un éventail plus large de fonctions nécessaires aux frontières des réseaux, comme le raccordement aux lignes vers Internet ou d’autres sites, le NAT et les VPN. Les fonctions se recoupent toutefois selon les produits.

Lequel de ces équipements est une box internet domestique ?

Elle réunit en un seul appareil un routeur, un commutateur, un point d’accès Wi-Fi et d’autres fonctions. Les ports côté LAN sont reliés entre eux comme un commutateur, tandis que le trafic entre le LAN et Internet est relayé comme par un routeur, avec le partage d’une adresse globale par NAPT. Beaucoup jouent aussi le rôle de serveur DHCP.

Un commutateur réduit-il les diffusions ?

Non. Un commutateur envoie les trames de diffusion sur tous les ports sauf celui d’arrivée : elles atteignent donc tous les appareils connectés. Ce que divise un commutateur, c’est le domaine de collision. Pour limiter la portée des diffusions, il faut découper le réseau avec des VLAN ou un routeur.

Pourquoi n’utilise-t-on plus de concentrateurs ?

Avec un concentrateur, tous les ports partagent un même canal : plus il y a d’appareils connectés, plus les collisions sont nombreuses, et la bande passante est aussi partagée. De plus, tout le trafic circule sur tous les ports, si bien que les appareils peuvent recevoir le trafic destiné à d’autres. Un commutateur n’achemine que vers le port de destination et peut communiquer en full-duplex sur chaque port : des échanges entre différentes paires de ports peuvent donc avoir lieu simultanément.

Vérifier vos connaissances

Dans le modèle OSI, quelle couche utilise des adresses logiques comme les adresses IP pour relayer les paquets entre différents réseaux jusqu'à leur destination ?

  1. ACouche liaison de données (couche 2)
  2. BCouche réseau (couche 3)
  3. CCouche transport (couche 4)
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Réponse : B. Couche réseau (couche 3)

Le modèle OSI organise les fonctions de communication en 7 couches, de la couche physique à la couche application. La couche réseau (couche 3) utilise des adresses logiques comme les adresses IP pour choisir un chemin à travers plusieurs réseaux et relayer les paquets jusqu'à la destination. La couche liaison de données, située en dessous, se limite à remettre les trames à un équipement voisin au sein d'un même réseau, à l'aide des adresses MAC. La couche transport gère la communication entre les applications des terminaux ; TCP, par exemple, s'occupe des retransmissions et de l'ordre des données. Côté équipements, les routeurs fonctionnent en couche 3 et les commutateurs L2 en couche 2.

Par rapport à un hub (hub répéteur), quelle description du fonctionnement d'un commutateur L2 est correcte ?

  1. AIl lit les adresses IP et relaie les paquets entre différents réseaux
  2. BIl lit l'adresse MAC de destination de la trame et la transmet uniquement sur le port auquel l'équipement destinataire est connecté
  3. CIl envoie toujours chaque trame sur tous les ports, et seul l'équipement destinataire l'accepte
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Réponse : B. Il lit l'adresse MAC de destination de la trame et la transmet uniquement sur le port auquel l'équipement destinataire est connecté

Un hub est un équipement de couche 1 qui répète tel quel sur tous les ports le signal arrivé sur l'un d'eux. Tous les équipements connectés partagent donc un même canal, et des émissions simultanées entrent en collision. Un commutateur L2 est un équipement de couche 2 : il enregistre dans une table (la table d'adresses MAC) quel port correspond à quelle adresse MAC source, et ne transmet chaque trame que sur le port où se trouve son adresse MAC de destination. Les trames destinées à une adresse encore absente de la table, ainsi que les trames de diffusion (broadcast), sont envoyées sur tous les ports sauf celui d'arrivée (inondation, ou flooding). Comme le trafic est séparé par port, des communications entre différentes paires de ports peuvent avoir lieu simultanément. Relayer entre différents réseaux en fonction des adresses IP est le rôle du routeur, en couche 3.

Sur un commutateur L2, on configure des VLAN : les ports 1 à 4 dans le VLAN 10 et les ports 5 à 8 dans le VLAN 20. Quelle affirmation sur son fonctionnement est correcte ?

  1. AComme le VLAN 10 et le VLAN 20 sont sur le même commutateur, ils peuvent communiquer directement sans routeur
  2. BDiviser en deux VLAN réduit de moitié la vitesse de chaque port
  3. CLes diffusions envoyées par les équipements du VLAN 10 n'atteignent pas les ports du VLAN 20, et le trafic entre le VLAN 10 et le VLAN 20 nécessite un routeur (ou un commutateur L3)
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Réponse : C. Les diffusions envoyées par les équipements du VLAN 10 n'atteignent pas les ports du VLAN 20, et le trafic entre le VLAN 10 et le VLAN 20 nécessite un routeur (ou un commutateur L3)

Un VLAN (LAN virtuel) crée des réseaux logiquement séparés sur un même équipement physique, en général port par port. Chaque VLAN possède son propre domaine de diffusion (la zone que couvre une diffusion), et le commutateur ne transmet les trames qu'entre les ports d'un même VLAN. Le trafic entre VLAN différents, comme entre le VLAN 10 et le VLAN 20 de cet exemple, doit donc passer par un routeur ou un commutateur L3 qui le relaie en couche 3. Lorsque des VLAN s'étendent sur plusieurs commutateurs, une étiquette (VLAN ID) définie par IEEE 802.1Q est insérée dans les trames pour indiquer à quel VLAN elles appartiennent. Les VLAN servent à séparer les réseaux par service ou à isoler le LAN sans fil des visiteurs du réseau interne.

  1. Un terminal (192.168.1.10/24, passerelle par défaut 192.168.1.1) envoie un paquet au serveur 203.0.113.80 situé sur un autre réseau. Le cache ARP étant vide, de quel équipement le terminal recherche-t-il l'adresse MAC avec ARP ?
  2. La table de routage d'un routeur contient 4 routes : 0.0.0.0/0 (prochain saut : routeur A), 10.0.0.0/8 (routeur B), 10.1.0.0/16 (routeur C) et 10.1.2.0/24 (routeur D). À quel routeur est envoyé un paquet destiné à 10.1.5.9 ?
  3. Quelle description du routage dynamique est correcte ?

Questions d'entraînement sur Bases des réseaux informatiques

Termes clés expliqués

Modèle OSI (modèle de référence OSI)
Modèle qui organise les fonctions de communication en 7 couches : physique, liaison de données, réseau, transport, session, présentation et application. Il sert de vocabulaire commun pour raisonner séparément sur le rôle de chaque couche.
Adresse MAC
Adresse de 48 bits utilisée en Ethernet et en LAN sans fil pour désigner les équipements au sein d'un même réseau. Les 24 bits de poids fort identifient le fabricant, et l'adresse est attribuée à chaque interface lors de la fabrication.
VLAN (LAN virtuel)
Fonction qui crée des réseaux logiquement séparés (domaines de diffusion) sur un même équipement physique, en général par port de commutateur. Entre commutateurs, les VLAN se distinguent par des étiquettes IEEE 802.1Q.
ARP (Address Resolution Protocol)
Protocole qui trouve, à partir de son adresse IP, l'adresse MAC d'un équipement situé sur le même réseau. La requête est diffusée, et l'équipement concerné répond.
Passerelle par défaut
Routeur auquel un terminal confie les paquets destinés à d'autres réseaux. Le terminal utilise son masque de sous-réseau pour déterminer si une destination est sur le même réseau, et l'envoie à ce routeur dans le cas contraire.
NAT (traduction d'adresses réseau)
Technique qui réécrit les adresses IP des paquets qui traversent un routeur. La variante qui réécrit aussi les numéros de port pour que de nombreux terminaux partagent une seule adresse globale s'appelle NAPT (IP masquerading).
Masque de sous-réseau
Valeur de 32 bits qui indique combien de bits de poids fort d'une adresse IP représentent le réseau (la partie réseau). Elle s'écrit par exemple 255.255.255.0, ce qui équivaut à /24 en notation CIDR.

Comparatifs associés