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Communication unicast, broadcast et multicast

CCNA — Network Fundamentals

Communication unicast, broadcast et multicast

Définition

Un flux Ethernet et IP existe sous trois formes: unicast (un émetteur, un destinataire identifié), broadcast (un émetteur, tous les hôtes du domaine de diffusion, destination FF:FF:FF:FF:FF:FF et 255.255.255.255) et multicast (un émetteur, un groupe d'abonnés identifié par une adresse de classe de groupe). Le multicast évite la duplication: le même flux traverse chaque lien une seule fois et le switch ne le réplique que vers les ports concernés.

Contexte

Les thèmes 1.5 à 1.7 du blueprint 200-301 exigent de comparer ces trois communications, de connaître les plages et adresses réservées (broadcast, multicast IPv4 et IPv6, lien-local) et de les reconnaître dans des traces ou des configurations. Les questions classiques: identifier le mode d'une trame décrite, donner la plage multicast IPv4, retrouver l'adresse MAC d'un groupe IPv6.

Détails techniques

Les trois modes comparés

Mode Destination IP Destination MAC Traitement switch Cas type
Unicast Adresse d'hôte (10.10.10.5) MAC réelle du destinataire Un seul port si connue, flood sinon Navigateur, ping, SSH
Broadcast 255.255.255.255 ou adresse de sous-réseau (10.10.10.255) FF:FF:FF:FF:FF:FF Tous les ports du VLAN ARP, DHCP discover
Multicast Groupe 224.0.0.0/4 01:00:5E:00:00:00 + 23 bits Tous les ports avec abonnés (IGMP snooping), sinon flood Visio, routage OSPF, TV IP

Broadcast: utile et coûteux

Le broadcast n'a pas de souscription: tout le monde le reçoit et tout le monde le traite. ARP l'utilise parce qu'avant de connaître la MAC d'une IP, la seule question possible est adressée à tout le monde: "qui a 10.10.10.5?". DHCP discover, NetBIOS, certaines découvertes de services fonctionnent pareil. Un flux broadcast est borné par le routeur: il ne traverse jamais une interface de couche 3.

Multicast IPv4

  • Plage de groupes: 224.0.0.0/4, soit 224.0.0.0 à 239.255.255.255, première adresse de classe D.
  • 224.0.0.0 à 224.0.0.255: réserve locale (TTL 1), jamais routée: 224.0.0.1 tous-hôtes, 224.0.0.5 et 224.0.0.6 pour OSPF, 224.0.0.9 pour RIPv2, 224.0.0.251 pour mDNS.
  • 239.0.0.0/8: groupes à portée administrative, pour l'intérieur d'une organisation.
  • IGMP (RFC 2236 pour v2, RFC 3376 pour v3) permet à un hôte d'annoncer au routeur local son abonnement à un groupe; le routeur résume les groupes actifs vers le réseau cœur (PIM, hors périmètre CCNA).
  • IGMP snooping côté switch (mention d'examen): le switch écoute les messages IGMP pour ne répliquer le multicast que sur les ports qui ont un abonné, au lieu d'inonder tout le VLAN.

Le mappage IP multicast vers MAC

La plage MAC multicast Ethernet est réservée: préfixe 01:00:5E, bit I/G à 1. L'adresse IP de groupe fournit 28 bits utiles (plage /4), l'espace mappé n'en conserve que 23: on retire le bit de poids fort de la classe D et les 4 bits 1110 de l'en-tête de classe, les 23 bits restants sont collés derrière 01:00:5E. Exemple: 224.0.0.5 = 1110 0000.0000 0000.0000 0000.0000 0101 -> les 23 bits de poids faible sont 0000 0000.0000 0000.0000 0101 -> MAC 01:00:5E:00:00:05. Conséquence connue: deux groupes IP différents dont les 23 derniers bits coïncident partagent la même MAC (32 adresses IP théoriques pour une MAC), d'où une vérification de l'adresse IP de destination par la pile réseau avant de livrer le datagramme.

Multicast IPv6

Pas de broadcast en IPv6: la diffusion est interdite, remplacée par le multicast. Plage FF00::/8. Les groupes liés-étendus utiles à l'examen:

Groupe IPv6 Rôle
FF02::1 Tous les nœuds du lien (remplace le broadcast)
FF02::2 Tous les routeurs du lien
FF02::5, FF02::6 OSPFv3 routeurs et DR
FF02::1:FFXX:XXXX Solicited-node: unicast quasi-broadcast, construit à partir des 24 derniers bits de l'adresse; il porte le Neighbor Solicitation de l'équivalent ARP (NDP) et le DAD

L'adresse MAC correspondante est 33:33: suivi des 32 bits de groupe: pour FF02::1, MAC 33:33:00:00:00:01.

Multicast en production

La visioconférence, la diffusion de classes ou de TV sur réseau IP, la mise à jour de firmware vers 200 postes: le flux part une fois du serveur, le réseau le duplique en arbre de distribution. Un flux vidéo à 1,5 Mbit/s vers 80 salles en multicast consomme 1,5 Mbit/s côté serveur et 1,5 Mbit/s par abonné; en unicast pur, le serveur émet 80 flux et sature son propre lien. Les protocoles de routage eux-mêmes sont multicast: OSPF parle à 224.0.0.5, RIPv2 à 224.0.0.9, ce qui évite de déranger les hôtes qui n'écoutent pas.

Exemple concret

Sur un switch d'accès du VLAN 30, show interfaces GigabitEthernet1/0/5 sert de scène d'observation:

SW1# show mac-address-table | include 0100.5e
  30    0100.5e00.0005    STATIC      Gi1/0/2
  30    0100.5e00.0009    STATIC      Gi1/0/2
  30    0100.5e00.00fb    STATIC      Gi1/0/2 Gi1/0/7 Gi1/0/12

0100.5e00.0005 est le groupe OSPF 224.0.0.5 (le routeur de distribution Gi1/0/2 envoie ses hellos); 0100.5e00.0009 correspond à RIPv2 224.0.0.9; 0100.5e00.00fb = 224.0.0.251, mDNS: l'Apple TV du port 7, l'imprimante du port 12 et le routeur sont abonnés, et le switch ne copie le trafic que vers ces trois ports grâce à IGMP snooping (show vlan id 30 | include IGMP). Une trame ARP à destination FF:FF:FF:FF:FF:FF, elle, part sur les 24 ports actifs du VLAN.