Trame Ethernet : définition et variantes de la trame réseau

Dans un réseau Ethernet IEEE 802.3, les appareils partagent des paquets de données entre eux, également appelés paquets Ethernet. Leur contenu comprend la trame Ethernet (souvent appelée trame de données), qui est à son tour divisée en plusieurs ensembles de données. Ces ensembles de données se composent d’un code binaire qui fournit des informations importantes, notamment les adresses, les informations de contrôle, les données utilisateur et les sommes de contrôle.

Selon le standard Ethernet, les trames Ethernet sont structurées différemment et peuvent contenir plus ou moins de champs de données, selon le protocole réseau.

Dans le modèle OSI, la trame est située sur la couche de liaison qui est responsable de la transmission sans erreur et sépare le flux de données binaires en blocs ou trames. La première version d’Ethernet (Ethernet I) était encore basée sur des champs de données 16 bits sans octets définis. Les trames Ethernet modernes ont été utilisées pour la première fois dans la structure dite Ethernet II avant qu’Ethernet ne soit développé en 1983 par l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) dans le protocole standard IEEE 802.3 (premier IEEE 802.3raw).

Au cours du progrès technique, la structure des cadres a été adaptée à plusieurs reprises afin que les cadres puissent transporter des données d’information plus précises. Au format IEEE 802.3, la trame MAC de base et la trame SNAP pour la méthode multiplex et pour les données d’identification du fabricant ont été créées. Pour le développement du wifi, la trame Ethernet II et la trame Ethernet IEEE 802.3 ont été développées en tant que variantes balisées, c’est-à-dire qu’elles ont une étiquette spéciale. Cette balise contient des données de contrôle qui peuvent affecter la trame à un VLAN spécifique.

Une trame Ethernet doit avoir une taille d’au moins 64 octets par défaut pour que la détection de collision fonctionne, et peut avoir une taille maximale de 1 518 octets. Le paquet commence toujours par un préambule, qui contrôle la synchronisation entre l’émetteur et le récepteur, et un Start Frame Delimiter (SFD), qui définit la trame. Les deux informations sont une séquence de bits au format 10101010.... La trame réelle contient des informations sur les adresses de destination et de source (format MAC) et des informations de contrôle (dans le cas d’Ethernet II, le champ type, plus tard une spécification de longueur), suivies par l’ensemble des données à transmettre. Une Frame Check Sequence (FCS) ferme la trame entière (à l’exception du préambule et du SFD) comme somme de contrôle. Le paquet est terminé par un Inter Frame Gap, qui définit une pause de transmission de 9,6 µs.

Ethernet II utilise la structure de trame classique, qui comprend le champ type, qui définit différents protocoles de la couche de commutation. Dans le modèle OSI, la couche réseau est importante pour la commutation des connexions et la fourniture des adresses réseau. Dans les formats de trame ultérieurs, le champ de type a été remplacé par une spécification de longueur.

La trame Ethernet II a été définie en 1982 et constitue la pierre angulaire des trames ultérieures. Cependant, le format jouit encore aujourd’hui d’une grande popularité, surtout parce qu’il donne le plus d’espace au champ de données actuel (jusqu’à 1 500 octets).

Novell a publié cette supposée version brute du paquet 802.3 avec le protocole IPX/SPX populaire avant l’établissement de la norme IEEE 802.3 et l’a malheureusement appelée Ethernet 802.3, ce qui a souvent entraîné une confusion avec la norme IEEE. Par conséquent, Novell a ajouté raw. Contrairement au modèle Ethernet II classique, cette trame définit pour la première fois une fin exacte de la séquence de bits pour le SFD. Cela signifie que le paquet de données est identifié par le récepteur comme un standard 802.3. Au lieu de cela, la zone type, qui est remplacée par une spécification de longueur, n’existe plus. Ce type de trame ne contient pas d’identificateur de protocole, car il ne peut être utilisé que pour les IPX de Novell. En outre, les données à transmettre sont toujours précédées de 2 octets, qui sont toujours constitués de plusieurs octets. C’est la seule façon de distinguer un cadre « brut » des autres cadres de la famille 802.3.

La trame IEEE 802.3raw ne peut être utilisée que pour le protocole IPX car l’ID de protocole du champ type est manquant. Le nom IEEE 802.3raw est également légèrement trompeur car Novell a utilisé le nom du protocole sans impliquer l’IEEE dans le développement de la trame. L’utilisation de ce cadre représente un effort supplémentaire pour l’utilisateur, car des problèmes de compatibilité entre les appareils peuvent survenir. Depuis 1993, Novell recommande le format Ethernet 802.2 pour son Netware, qui n’est rien de plus que le cadre IEEE 802.3 ci-dessous (pour éviter tout risque de confusion avec le cadre raw). En outre, Novell prend désormais également en charge la norme officielle IEEE 802.3.

Cette version standardisée de la trame Ethernet 802.3 peut à son tour définir jusqu’à 256 protocoles compatibles. De plus, d’importantes informations de protocole sont maintenant intégrées dans le champ de données. Les champs « Destination Service Access Point » (DSAP) et « Source Service Access Point » (SSAP) sont également inclus. Le nouveau champ de contrôle définit le lien logique (LLC) du protocole. Ce point assure la transparence des procédures de partage des médias. En outre, des informations pour le contrôle du flux de données y sont enregistrées, entre autres choses.

Ethernet IEEE 802.3 est de loin la structure de trame LAN la plus populaire et la plus utilisée aujourd’hui. Cependant, certains réseaux et protocoles nécessitent plus d’espace pour certaines informations. Par conséquent, il existe des variantes de la trame IEEE 802.3 qui fournissent des blocs de données supplémentaires pour des informations spécifiques, y compris l’extension SNAP et l’étiquette VLAN.

Le champ SNAP (Subnetwork Access Protocol) permet de définir plus de 256 protocoles. Il fournit 2 octets pour le numéro de protocole. Le fabricant peut également intégrer un identifiant unique (3 octets). Contrairement à ses prédécesseurs, SNAP assure également une rétrocompatibilité avec Ethernet II. DSAP, SSAP et Control sont définis ici.

Avec l’ajout d’un espace d’information de protocole, IEEE 802.3 SNAP est extrêmement polyvalent et permet la compatibilité entre de nombreux protocoles différents sur un réseau. Cependant, l’espace pour les données réelles est un peu plus petit.

Les trames balisées contiennent une balise VLAN qui leur permet d’être affectées à un Virtual Local Area Network (VLAN). Le VLAN sépare la structure du réseau en niveaux physique et logique. Cela signifie que les VLAN peuvent être utilisés pour implémenter des sous-réseaux sans avoir à installer du matériel supplémentaire : le sous-réseau est donc virtuel et n’est pas physiquement implémenté. Le champ tag est nécessaire pour l’identification des trames Ethernet dans un VLAN. Sur le plan physique, les VLAN fonctionnent via des commutateurs.

Dans le modèle de couche OSI, le VLAN travaille sur la couche de liaison (couche 2) et contrôle ainsi le contrôle du flux de données. Avec le VLAN, des réseaux plus efficaces peuvent être développés en divisant un réseau en sous-réseaux. Les trames étiquetées sont responsables des informations traitées par le switch. Dans la trame Ethernet II, le champ tag est implémenté avant le champ type et occupe 4 octets. Cela augmente également la taille minimale de la trame Ethernet II de 4 octets.

Bien entendu, les balises VLAN peuvent également être installées dans le format de cadre IEEE 802.3 le plus populaire d’aujourd’hui. Dans ce cadre, le champ tag est implémenté avec une taille de 4 octets avant la longueur. La taille minimale de l’image passe ainsi de 4 octets à 68 octets.