Tentatives de bonnes réponses à des questions qui peuvent ne pas l'être

C'est quoi la différence entre un hub et un switch ?

La réponse à cette question mérite mieux que les quelques mots qui lui sont généralement consacrés. Pour satisfaire sa curiosité il va falloir prendre un peu de recul. Pour commencer, un peu d'histoire.

Les évolutions successives

Au début les réseaux ethernet reposaient sur le principe du bus. Ce bus était matérialisé par un câble coaxial de forte section et les stations y étaient chacune raccordées par un câble de desserte comme schématisé sur la fig. 1 ci-dessous.

On a ensuite remplacé ce câble unique par des segments chaînant les stations entre elles (voir fig. 2), la continuité du bus étant assurée par des prises en T. En même temps le câble coaxial est devenu plus fin et ce type de réseau a pris le nom de réseau ethernet fin.

Pour passer à une configuration en étoile, celle que nous utilisons encore aujourd'hui, il a fallu ajouter un appareil : le concentrateur (hub). Son fonctionnement est simple : une trame qui arrive sur l'un des ports est répétée sur tous les autres. Apparemment les stations sont bien raccordées en étoile autour du concentrateur mais le fonctionnement est analogue à celui d'un bus (voir fig. 3).

Le câble coaxial à deux conducteurs a disparu au profit du câble réseau à huit conducteurs torsadés deux à deux et formant ainsi quatre paires dont deux seulement sont utilisées : une pour l'émission, l'autre pour la réception.

À ce stade on avait simplifié la réalisation des câblages, surtout dans les grands réseaux d'entreprise, mais on n'avait toujours pas résolu le problème majeur d'ethernet : l'incapacité de supporter de fortes charges.

Les trames se télescopent

Ce handicap est lié au principe même d'ethernet. Contrairement à ce qui se passe sur d'autres types de réseaux, chaque station peut émettre quand elle veut. Elle n'a pas à attendre qu'on lui donne la parole ou que son tour soit venu. Deux stations peuvent donc émettre une trame en même temps ce qui provoque une collision ; les deux sont perdues. Si l'on ne peut pas éviter les collisions de trames, on sait néanmoins les détecter et émettre les trames de nouveau. Après une ou plusieurs tentatives elles finissent par arriver à bon port.

La probabilité de collision augmente avec le trafic. Si peu de trames circulent sur le réseau il y a peu de chances qu'elles rentrent en collision. Si toutes les stations échangent en permanence entre elles, de nombreuses trames vont être perdues. Les délais engendrés par les retransmissions vont donc faire chuter le débit effectif du réseau bien en dessous de son débit nominal. On peut même aller jusqu'à l'écroulement total.

Les trames sont commutées

La première amélioration a consisté à augmenter progressivement le débit nominal pour l'amener aujourd'hui à 100 Mbits/s (Fast ethernet), voire 1000 Mbits/s sur les réseaux Gigabit (on utilise alors les quatre paires du câble réseau). Néanmoins pour faire face à la charge sans cesse croissante des réseaux locaux une autre solution a été trouvée : la commutation de trames (voir fig. 4).

Cette fois-ci les trames ethernet en provenance d'une station sont complètement isolées de celles en provenance d'une autre et il en est de même en réception. Le commutateur (switch) analyse l'entête, regarde à qui est destiné la trame et l'envoie vers le destinataire. On peut comparer son rôle à celui d'un aiguillage. Ainsi, même sur un réseau très chargé, le débit effectif reste pratiquement égal au débit nominal.

Concentrateur ou commutateur ?

Autrefois réservés aux réseaux locaux d'entreprises les commutateurs sont maintenant rentrés dans les foyers et ont fait disparaître les concentrateurs à leur profit. Ils peuvent se présenter sous la forme d'appareils dédiés ou dotés de fonctions complémentaires ( point d'accès Wifi, serveur d'impression, etc.) mais ils peuvent également être intégrés à d'autres appareils comme des routeurs, des modems routeurs ou des boîtiers multiservices commercialisés par les fournisseurs d'accès internet (les fameuses boi-boîtes).

Il est évident que les commutateurs ont permis de repousser les limites d'utilisation des réseaux ethernet. Mais sur un réseau local familial il y a de fortes chances que l'on ne perçoive aucune différence entre l'utilisation d'un concentrateur et celle d'un commutateur. Le trafic généré par deux ordinateurs qui parcourent la toile simultanément et qui s'échangent un fichier occasionnellement reste très modeste par rapport à la capacité du réseau local. Les collisions de trame sont donc si peu fréquentes que leur suppression n'apporte aucun gain significatif.

Aujourd'hui pour trouver un concentrateur il faut faire les poubelles ou les fonds de tiroir. Néanmoins un tel dispositif peut encore trouver sa place dans un réseau local. Il n'est donc pas forcément judicieux de s'en débarrasser.

Le retour du medium partagé

En entreprise ou dans les logements récents le précâblage en étoile permet de réaliser sans contrainte un réseau local ethernet. Dans des locaux dépourvus d'un tel câblage ceci peut se révéler plus délicat. On acceptera difficilement qu'un câble réseau traverse le salon en diagonale.

Le problème peut se contourner de deux façons : adjoindre un réseau Wifi au réseau ethernet (un pont entre les deux les fait voir que comme un seul) ou bien utiliser la technique des courants porteurs en ligne (CPL). Il n'entre pas dans ces lignes de décrire l'un ou l'autre de ces systèmes mais plutôt d'attirer l'attention sur un fait rarement mentionné.

Dans un réseau Wifi le medium est constitué par le canal radio utilisé. Il est partagé entre toutes les stations mais seules deux d'entre elles (point d'accès compris dans un réseau de type infrastructure) peuvent échanger des données à un instant donné. Afin d'éviter les collisions de trames, une troisième devra attendre son tour. Le mécanisme mis en œuvre permet de se prémunir des collisions plutôt que de les subir mais n'enpêche pas qu'on retrouve l'inconvénient de l'ethernet non commuté : l'augmentation du nombre de stations et du trafic peut réduire considérablement le débit effectif.

Avec les boîtiers CPL le médium est constitué par les fils de l'installation électrique. Il est lui aussi partagé par toutes les stations. Les remarques faites ci-dessus à propos des réseaux Wifi s'appliquent donc intégralement à cette autre technique.

Il peut sembler paradoxal qu'après que tant d'efforts ont été accomplis pour s'affranchir du vice initial des réseaux ethernet, on recourt de nouveau à des techniques basées sur l'utilisation d'un medium partagé. Wifi et CPL sont néanmoins des alternatives intéressantes à la réalisation d'un câblage standard, toujours contraignante quand elle n'est pas impossible. Il suffit de rester conscient de leurs limites.