Autonégociation, vitesse et duplex
Définition
L'autonégociation est le mécanisme par lequel deux ports Ethernet échangent leurs capacités au démarrage du lien: chaque côté annonce par impulsions FLP (Fast Link Pulse, IEEE 802.3u) les vitesses et duplex qu'il supporte, et l'algorithme retient la meilleure combinaison commune. Quand un seul côté négocie et que l'autre est forcé manuellement, le lien s'établit souvent avec des paramètres différents des deux côtés: c'est le mismatch de duplex, une des pannes de couche 2 les plus fréquentes en production.
Contexte
Le blueprint 200-301 attend que tu saches configurer et vérifier vitesse et duplex sur une interface (thème 1.3) et diagnostiquer les problèmes de lien et de câble: collisions, erreurs, mismatch (thème 1.4). Les questions d'examen tournent autour de la lecture des compteurs de show interfaces et de la règle d'or: les deux côtés négocient, ou les deux côtés sont forcés, jamais un seul.
Détails techniques
Le déroulement de la négociation
Au câblage, chaque port émet une salve de FLP espacées de 16 ms. Chaque impulsion transporte un lien selector field (cuivre, fibre) et une table de priorités: 1000BASE-T full, 100BASE-T2 full, 100BASE-T full, 100BASE-T half, 10BASE-T full, 10BASE-T half. Les deux parties comparent leurs annonces et verrouillent la priorité la plus haute commune. Toute la séquence tient en quelques centaines de millisecondes; un port qui échoue la négociation repasse en boucle en notconnect.
Si le voisin ne négocie pas, l'interface en mode auto bascule en parallel detection: elle détecte la vitesse grâce aux impulsions de link (ou au signal 1G), mais ne peut pas connaître le duplex désiré. La règle IEEE impose alors le half duplex, sauf sur 1000BASE-T où le half est interdit: un port 1 G auto en face d'un port 1 G forcé full ne monte simplement pas le lien.
CSMA/CD, le companion du half duplex
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) n'existe qu'en half duplex, sur un média partagé (hub, répéteur). Une station écoute, émet si le canal est libre, et écoute encore pendant l'émission: si deux émissions se chevauchent, elles détectent la collision, envoient un signal de 32 bits (jam) puis attendent un temps de backoff binaire exponentiel, jusqu'à 16 tentatives.
Le dimensionnement vient du slot time de 512 bit-times: une trame doit durer plus de deux fois le temps de propagation aller-retour maximal pour que la collision soit vue avant la fin de l'émission. D'où la trame minimale de 64 octets. À 10 Mbit/s, 512 bits représentent 51,2 µs, et la règle des 5-4-3 (5 segments, 4 répéteurs, 3 peuplés) borne le diamètre cuivre à environ 1024 m pour du 10BASE5; en 10BASE-T, chaque segment est limité à 100 m. À 100 Mbit/s, le slot time tombe à 5,12 µs et le diamètre utile à environ 205 m pour une chaîne de deux répéteurs de classe II: le hub multi-étages devient inutilisable en Fast Ethernet.
Full duplex et switch
Chaque port de switch est son propre domaine de collision: l'interface n'a plus de voisin à écouter. CSMA/CD est désactivé, l'émission et la réception sont simultanées, et un lien 100 Mbit/s full duplex transporte jusqu'à 200 Mbit/s utiles en cumulé. Le Gigabit cuivre (802.3ab) n'a jamais été déployé en half duplex et le standard 802.3-2019 a supprimé la définition au-delà de 100 Mbit/s.
Configurer et vérifier
SW1(config)# interface GigabitEthernet1/0/24
SW1(config-if)# speed 100
SW1(config-if)# duplex full
SW1(config-if)# no shutdown
!
SW1# show interfaces GigabitEthernet1/0/24 | include duplex|BW|errors|collisions
BW: 100000Kbit, DLY: 100usec, 100Mb/s, Full-duplex, 100Mb/s
input errors: 1240, CRC: 1233, frame: 7, overrun: 0, ignored: 0
collisions: 0
Par défaut, speed auto et duplex auto sur IOS. Forcer sans raison est la première cause des pannes listées ci-dessous.
Les compteurs du mismatch
| Compteur | Définition | Ce qu'il évoque |
|---|---|---|
| Runts | Trame reçue de moins de 64 octets | Collision interne, émission tronquée par un partenaire half duplex |
| Giants | Trame de plus de 1518 octets (1522 taguée) avec FCS invalide | NIC défectueuse, MTU incohérent |
| CRC / FCS | empreinte de trame invalide | Câble, connecteur, EMI, ou mismatch |
| Late collisions | Collision détectée après le slot time | Signature typique du duplex mismatch |
| Output drops | Trames non émises, file pleine | Congestion ou vitesse inférieure au trafic entrant |
Un mismatch half/full produit ce cocktail: le côté half attend le canal libre et backoff, le côté full émet quand il veut. Les trames du côté half sont détruites en cours d'émission (runts, late collisions), les ACK TCP arrivent en double ou corrompus, le débit s'effondre à quelques pour cent du nominal alors que show interfaces annonce les deux côtés up up.
Auto-MDIX
Avant l'auto-MDIX, il fallait choisir le bon câble: droit pour relier un équipement MDI-X (port switch) à un équipement MDI (routeur), croisé entre deux mêmes rôles. 802.3ab impose l'auto-MDIX en 1000BASE-T et les plateformes Cisco récentes l'activent par défaut: le port détecte et compense la brochage. Vérification avec show interfaces GigabitEthernet1/0/1 | include MDIX.
Exemple concret
Un serveur applicatif est épinglé manuellement à speed 100 duplex full par l'équipe sysadmin, côté switch le port est laissé en auto. Parallel detection: le switch voit 100 Mbit/s mais ne peut pas négocier le duplex, il se règle sur half. Le lien monte, les tests courts passent. En production, les sauvegardes de 20 Go échouent: show interfaces affiche 100Mb/s, Half-duplex côté switch, Full-duplex côté serveur, avec 98 412 late collisions et 47 203 runts sur le port. Correction: remise en auto des deux côtés, les compteurs s'effacent avec clear counters GigabitEthernet1/0/24 et le débit revient au nominal.