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.