2026-09-04 — Commutation, routage et modèles OSI / TCP-IP
Contexte
Matière : _Reseaux · Type : cours · Source : Cours 04_09_2026 (notes brutes)
🎯 Objectifs de la séance
- Comprendre comment un switch apprend et utilise sa table d’adresses MAC.
- Comprendre comment un routeur décide d’un chemin via sa table de routage.
- Situer ces deux équipements dans les modèles OSI et TCP/IP.
🧠 Encapsulation : trame vs paquet
Les deux niveaux d'adressage
Une communication réseau empile deux adressages de portées différentes. Confondre les deux est l’erreur n°1 du chapitre.
| Unité | Couche | Adressage | Portée |
|---|---|---|---|
| Trame (frame) | 2 — Liaison | Adresse MAC | Locale : un seul lien / réseau physique |
| Paquet | 3 — Réseau | Adresse IP | Bout-en-bout : de la source à la destination finale |
Structure d’une trame pour un ping de PC1 vers PC3 :
┌──────────── TRAME (couche 2) ────────────────────────────┐
│ MAC dest │ MAC source │ ┌──── PAQUET (couche 3) ───┐ │
│ MAC 3 │ MAC 1 │ │ IP source │ IP dest │ │
│ │ │ │ IP PC1 │ IP PC3 │ │
└────────────┴──────────────┴─┴─────────────┴────────────┴─┘
Le moyen mnémotechnique
La MAC dit « à qui je passe le relais », l’IP dit « où on va ». Les adresses IP ne changent jamais de bout en bout. Les adresses MAC sont réécrites à chaque saut de routeur.
🔀 Le switch — commutation par MAC (couche 2)
Topologie de référence
Le schéma ci-dessous sert de support à tout le raisonnement. Double-clique dessus pour l’éditer (Excalidraw).
Le switch maintient une table d’adresses MAC (dite table CAM) associant chaque MAC connue à son port physique :
| Port | Adresse MAC |
|---|---|
| 1 | MAC 1 |
| 3 | MAC 3 |
Les deux phases, pour chaque trame reçue
Phase 1 — Apprentissage (lecture de la MAC source)
- Le switch lit la MAC source de la trame entrante.
- Si elle est absente de la table → il l’ajoute avec le port d’arrivée.
- Si elle est présente → il rafraîchit l’entrée.
Phase 2 — Transfert (lecture de la MAC destination)
- Le switch lit la MAC destination.
- MAC connue → transmission sur le seul bon port : unicast.
- MAC inconnue → inondation sur tous les ports sauf celui d’arrivée : broadcast (flooding). Chaque machine compare la MAC à la sienne ; seule celle qui correspond répond — et c’est cette réponse qui apprend au switch la MAC de PC3.
flowchart TD A[Trame reçue sur le port X] --> B[Phase 1 : lire la MAC source] B --> C{MAC source<br/>dans la table ?} C -->|Non| D[Ajouter MAC source + port X] C -->|Oui| E[Rafraîchir l'entrée] D --> F[Phase 2 : lire la MAC destination] E --> F F --> G{MAC destination<br/>dans la table ?} G -->|Oui| H["UNICAST<br/>un seul port"] G -->|Non| I["BROADCAST<br/>tous les ports sauf X"] I --> J[La machine concernée répond<br/>le switch apprend sa MAC] J --> H style A fill:#e7f5ff,stroke:#1971c2,color:#000 style B fill:#fff9db,stroke:#f08c00,color:#000 style F fill:#fff9db,stroke:#f08c00,color:#000 style C fill:#f3f0ff,stroke:#7048e8,color:#000 style G fill:#f3f0ff,stroke:#7048e8,color:#000 style H fill:#d3f9d8,stroke:#2f9e44,color:#000 style I fill:#ffe3e3,stroke:#e03131,color:#000 style J fill:#d3f9d8,stroke:#2f9e44,color:#000
Conséquence pratique
Un switch qui vient d’être allumé a une table vide : les premières trames partent donc toutes en broadcast. Le réseau devient progressivement « silencieux » à mesure que la table se remplit.
🖧 Le routeur — routage par IP (couche 3)
Table de routage
Là où le switch raisonne en MAC sur un réseau local, le routeur raisonne en IP pour aller d’un réseau à un autre. Sa table est construite à partir des réseaux directement connectés et des informations échangées avec les autres routeurs.
flowchart TD A[Paquet reçu] --> B[Lire l'IP destination<br/>en déduire le réseau] B --> C{Route correspondante<br/>dans la table ?} C -->|Oui| D[Transmettre vers<br/>le next-hop] C -->|Non| E{Route par défaut<br/>configurée ?} E -->|Oui| F[Transmettre via<br/>la route par défaut] E -->|Non| G["ABANDON du paquet<br/>drop"] style A fill:#e7f5ff,stroke:#1971c2,color:#000 style B fill:#fff9db,stroke:#f08c00,color:#000 style C fill:#f3f0ff,stroke:#7048e8,color:#000 style E fill:#f3f0ff,stroke:#7048e8,color:#000 style D fill:#d3f9d8,stroke:#2f9e44,color:#000 style F fill:#d3f9d8,stroke:#2f9e44,color:#000 style G fill:#ffc9c9,stroke:#c92a2a,color:#000
Le cas « pas de route » — la vraie différence avec le switch
Si aucune route ne correspond et qu’il n’y a pas de route par défaut, le paquet est abandonné (drop), point. Le switch, lui, diffuse quand il ne sait pas. Le routeur, quand il ne sait pas, il jette.
⚖️ Switch vs routeur — récapitulatif
| 🔀 Switch | 🖧 Routeur | |
|---|---|---|
| Couche OSI | 2 — Liaison de données | 3 — Réseau |
| Adressage utilisé | MAC | IP |
| Structure de décision | Table d’adresses MAC (CAM) | Table de routage |
| Comment elle se remplit | Apprentissage auto (MAC source) | Réseaux connectés + protocoles |
| Unité manipulée | Trame | Paquet |
| Si destination inconnue | Broadcast sur tous les ports | Route par défaut, sinon drop |
| Portée | Un réseau local | Entre réseaux différents |
📚 Modèles OSI et TCP/IP
Les 7 couches et leurs correspondances
| # | Couche OSI | Rôle | Unité (PDU) | Exemples | TCP/IP (4 couches) | TCP/IP moderne (5) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 | Application | Interface utilisateur / programmes | Données | HTTP, DNS, SMTP | Application | Application |
| 6 | Présentation | Format, chiffrement, compression | Données | TLS, JPEG, ASCII | ↑ | ↑ |
| 5 | Session | Ouverture / maintien du dialogue | Données | NetBIOS, RPC | ↑ | ↑ |
| 4 | Transport | Bout-en-bout, fiabilité, ports | Segment | TCP, UDP | Transport | Transport |
| 3 | Réseau | Adressage logique, routage | Paquet | IP, ICMP · 🖧 | Internet | Réseau |
| 2 | Liaison | Adressage physique local, erreurs | Trame | Ethernet, ARP · 🔀 | Accès réseau (2+1 fusionnées) | Liaison |
| 1 | Physique | Transmission des bits | Bit | Câble, fibre, Wi-Fi | ↑ | Physique |
flowchart LR subgraph OSI["📘 OSI — 7 couches"] direction TB O7["7 · Application"] --- O6["6 · Présentation"] --- O5["5 · Session"] --- O4["4 · Transport"] --- O3["3 · Réseau"] --- O2["2 · Liaison"] --- O1["1 · Physique"] end subgraph TCP["📗 TCP/IP moderne — 5 couches"] direction TB T5["Application"] --- T4["Transport"] --- T3["Réseau"] --- T2["Liaison"] --- T1["Physique"] end O7 -.-> T5 O6 -.-> T5 O5 -.-> T5 O4 -.-> T4 O3 -.-> T3 O2 -.-> T2 O1 -.-> T1 style O7 fill:#d0ebff,stroke:#1971c2,color:#000 style O6 fill:#d0ebff,stroke:#1971c2,color:#000 style O5 fill:#d0ebff,stroke:#1971c2,color:#000 style O4 fill:#e5dbff,stroke:#7048e8,color:#000 style O3 fill:#ffe8cc,stroke:#f08c00,color:#000 style O2 fill:#d3f9d8,stroke:#2f9e44,color:#000 style O1 fill:#f1f3f5,stroke:#868e96,color:#000 style T5 fill:#d0ebff,stroke:#1971c2,color:#000 style T4 fill:#e5dbff,stroke:#7048e8,color:#000 style T3 fill:#ffe8cc,stroke:#f08c00,color:#000 style T2 fill:#d3f9d8,stroke:#2f9e44,color:#000 style T1 fill:#f1f3f5,stroke:#868e96,color:#000
Pourquoi l'« approche moderne » à 5 couches ?
Le TCP/IP historique (RFC 1122) fusionne Physique et Liaison en une couche « Accès réseau ». L’approche moderne les sépare à nouveau : transmettre des bits sur un support et structurer des trames sur un lien sont deux problèmes distincts. Ça colle mieux au matériel réel — un switch travaille en couche 2 sans savoir si le support est du cuivre, de la fibre ou du Wi-Fi.
L’encapsulation à travers les couches
Application │ Données │
Transport │ [ en-tête TCP/UDP │ Données ] = SEGMENT │
Réseau │ [ en-tête IP │ Segment ] = PAQUET │
Liaison │ [ en-tête MAC │ Paquet │ FCS ] = TRAME │
Physique │ 0101110100101110101011010... = BITS │
À chaque descente on ajoute un en-tête (encapsulation) ; à la remontée côté récepteur on le retire (décapsulation).
⚠️ À retenir absolument
Tombe à l'examen
- Trame = MAC (couche 2), Paquet = IP (couche 3). Ne jamais confondre.
- Ordre des champs : MAC dest → MAC source → IP source → IP dest. La destination MAC vient en premier pour que le matériel décide vite.
- Le switch fait deux choses par trame : il apprend (MAC source) puis il transfère (MAC destination).
- MAC dest inconnue → broadcast ; IP dest inconnue → route par défaut, sinon drop.
- Les IP ne changent pas bout en bout ; les MAC changent à chaque saut.
- OSI = 7 couches, TCP/IP historique = 4, approche moderne = 5.
❓ Points flous / à revoir
Durée de vie d'une entrée dans la table MAC ?
Le aging time. À chercher : valeur par défaut sur un switch Cisco, et ce qui se passe à l’expiration.
Rôle exact d'ARP ?
Comment PC1 obtient-il la MAC de PC3 avant de construire la trame ? C’est le chaînon manquant entre l’IP connue et la MAC nécessaire.
Comment les routeurs s'échangent leurs tables ?
RIP, OSPF, BGP — à voir en détail.
Deux machines avec la même MAC sur un switch ?
Cas pathologique : que fait la table CAM ?
- Aging time de la table CAM
- Fonctionnement d’ARP
- Protocoles de routage (RIP / OSPF / BGP)
- Collision de MAC sur un même switch
🔗 Liens
- Notes brutes d’origine : Cours 04_09_2026
- Schéma : topologie-switch-ping.excalidraw
- Matière : _Reseaux
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