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Les VLAN : segmenter un réseau local

Ce que ce chapitre apporte 6 points
  • Expliquer ce qu'un VLAN sépare, et ce qu'il faut pour franchir la séparation.
  • Distinguer un port d'accès d'un lien d'agrégation, et dire pourquoi l'étiquetage est nécessaire.
  • Reconnaître les pannes causées par un VLAN natif discordant.
  • Expliquer pourquoi une boucle entre commutateurs ne ralentit pas le réseau mais l'effondre.
  • Décrire le calcul de l'arbre couvrant en trois règles.
  • Justifier qu'un lien bloqué n'est pas un lien inutile.

Un VLAN découpe un commutateur en plusieurs réseaux logiques, et le lien trunk les fait circuler ensemble sur un seul câble. Un commutateur, laissé à lui-même, fait deux choses qui posent problème dès que le réseau grandit. Il livre à tout le monde ce qu'il ne connaît pas encore, si bien que rien n'est séparé de rien. Et il recopie fidèlement les diffusions, ce qui rend une simple boucle de câblage capable de mettre à genoux un réseau entier en quelques secondes.

Les deux mécanismes de ce chapitre traitent chacun l'un de ces problèmes. Les VLAN découpent un commutateur en plusieurs réseaux qui s'ignorent. L'arbre couvrant désactive juste assez de ports pour qu'aucune boucle ne subsiste, tout en gardant les câbles en réserve.

Séparer sans multiplier les équipements

VLAN

Un VLAN regroupe des ports d'un ou plusieurs commutateurs en un réseau qui se comporte comme s'il était seul sur un équipement dédié. Aucune trame, aucune diffusion, ne franchit la frontière.

La formule à retenir est plus dure que la définition : séparer, c'est interdire. Deux machines branchées sur deux prises voisines du même commutateur cessent de communiquer si leurs ports ne portent pas le même VLAN. Aucune diffusion ne passe, donc aucune conversation ne peut même commencer.

▪ 10 Bureaux▪ 20 Atelier

C1

Gi0/1VLAN 10 BureauxPC1
Gi0/2VLAN 10 BureauxPC2
Gi0/3VLAN 20 AtelierPC3

livréePC1 → PC2Gi0/1 puis Gi0/2 : même commutateur et même VLAN 10 : la trame est remise directement.

  • 1 envoi aboutit sur 2, pour 3 ports d'accès répartis en 2 VLAN.
  • 1 est séparé par les VLAN : les machines sont branchées au même équipement et ne s'entendent pas.
Trois prises du même commutateur. Les deux premières se parlent, la troisième est hors d'atteinte, et rien dans le câblage ne le laisse deviner.

C'est exactement ce qu'on attend d'un découpage, et c'est aussi ce qui rend le diagnostic déroutant : le câble est bon, le voyant est vert, la machine a une adresse, et rien ne répond. La configuration des ports est invisible depuis le poste.

Pour passer d'un VLAN à l'autre, il faut un routeur, au même titre qu'entre deux réseaux distants. Un VLAN correspond d'ailleurs presque toujours à un sous-réseau IP, ce qui rend le rapprochement littéral : franchir un VLAN, c'est changer de réseau.

Vérification rapideon peut se reprendre

Deux ports voisins du même commutateur, dans deux VLAN différents. Que se passe-t-il ?

Étendre un VLAN sur plusieurs commutateurs

Un VLAN qui s'arrêterait à un équipement n'aurait guère d'usage. Le lien entre deux commutateurs doit donc transporter les trames de tous les VLAN à la fois, et celui d'en face doit pouvoir les trier.

Port d'accès et lien d'agrégation

Un port d'accès dessert une machine et appartient à un seul VLAN. Les trames y circulent nues.

Un lien d'agrégation relie deux équipements et porte plusieurs VLAN. Chaque trame y reçoit une étiquette qui indique son VLAN, ajoutée à l'entrée et retirée à la sortie.

L'étiquette n'existe que sur le lien. La machine émettrice ne l'ajoute pas, la machine réceptrice ne la voit jamais : c'est une convention entre commutateurs, et rien d'autre.

Une exception s'y glisse, et elle coûte cher. Un VLAN par lien, appelé natif, traverse sans étiquette. À l'arrivée, une trame nue est donc rattachée au VLAN natif déclaré de l'autre côté. Tant que les deux bouts s'accordent, tout va bien.

▪ 1 Gestion▪ 10 Bureaux▪ 20 Atelier

C1

Gi0/1VLAN 10 BureauxPC1
Gi0/2VLAN 20 AtelierPC2
Gi0/24agrégation, natif 1, autorisés 1, 10, 20

C2

C2-Gi0/1VLAN 10 BureauxPC3
C2-Gi0/2VLAN 20 AtelierPC4
C2-Gi0/24agrégation, natif 1, autorisés 1, 10, 20
Sur le lien Gi0/24 ↔ C2-Gi0/24la trame porte l'étiquette 10, ajoutée à l'entrée et retirée à la sortie

livréePC1 → PC3Gi0/1 puis Gi0/24 puis C2-Gi0/24 puis C2-Gi0/1 : étiquetée 10 à l'entrée du lien, l'étiquette est retirée à la sortie.

  • 1 envoi aboutit sur 2, pour 4 ports d'accès répartis en 3 VLAN.
  • 1 est séparé par les VLAN : les machines sont branchées au même équipement et ne s'entendent pas.
Deux commutateurs, un lien d'agrégation. Le VLAN 10 traverse d'un bout à l'autre avec son étiquette ; le VLAN 20 reste séparé du VLAN 10, exactement comme sur un seul équipement.

Deux réglages du lien méritent attention. La liste des VLAN autorisés est un filtre : une trame d'un VLAN absent de la liste est jetée à l'entrée du lien, sans que rien ne soit signalé au poste émetteur. Et le VLAN natif doit être identique des deux côtés.

▪ 1 Gestion▪ 10 Bureaux▪ 99 Service

C1

Gi0/1VLAN 1 GestionPC1
Gi0/24agrégation, natif 1, autorisés 1, 10, 99

C2

C2-Gi0/1VLAN 1 GestionPC3
C2-Gi0/24agrégation, natif 99, autorisés 1, 10, 99
Sur le lien Gi0/24 ↔ C2-Gi0/24la trame passe sans étiquette, parce que son VLAN est le natif du lien

Les deux bouts n'ont pas le même VLAN natif (1 et 99) : tout ce qui traverse sans étiquette change de réseau en route, et rien ne le signale.

détournéePC1 → PC3Gi0/1 puis Gi0/24 puis C2-Gi0/24 puis C2-Gi0/1 : partie sans étiquette du VLAN natif 1, elle est rattachée au VLAN natif 99 à l'arrivée : elle a changé de réseau en route, sans qu'aucune erreur ne soit signalée.

  • Aucun des 1 envois n'aboutit, pour 2 ports d'accès répartis en 3 VLAN.
  • 1 change de VLAN en traversant le lien, sans qu'aucune erreur ne soit signalée nulle part. C'est la panne la plus difficile à voir, et elle vient d'un seul chiffre mal recopié.
Un seul chiffre diffère entre les deux bouts du lien. La trame part du VLAN 1, traverse sans étiquette, et ressort dans le VLAN 99 : elle a changé de réseau en route, et aucun équipement ne le signale.

C'est la panne la plus difficile à voir de tout le module, parce que rien n'échoue. Aucune erreur, aucun compteur, aucun voyant. Les trames arrivent, simplement pas dans le réseau prévu. Le seul moyen de la trouver est de comparer les configurations des deux bouts du lien.

Un VLAN ne sécurise que ce que la configuration dit. La séparation est réelle et repose sur le commutateur, mais elle ne survit pas à une erreur de configuration, et elle ne chiffre rien. Un port d'accès mal placé dans le VLAN d'administration donne accès à l'administration, sans qu'aucune alerte ne se déclenche.

Vérification rapideon peut se reprendre

1.À quoi sert l'étiquette ajoutée sur un lien d'agrégation ?

2.Qu'a de particulier le VLAN natif d'un lien d'agrégation ?

Pourquoi une boucle est mortelle

Le raisonnement se construit à partir de ce que le chapitre 3 a établi, et sa conclusion surprend toujours.

Un commutateur inonde ce qu'il ne connaît pas. Une trame de diffusion part sur tous les ports sauf celui d'entrée. Et surtout, rien dans une trame ne compte les équipements traversés : il n'existe aucun compteur de durée de vie au niveau de la trame, contrairement au paquet IP du chapitre 6.

Une seule trame de diffusion lâchée dans un anneau de commutateurs tourne donc indéfiniment. Pire, elle se duplique à chaque équipement qui la recopie sur plusieurs ports. Le nombre de copies croît, le réseau sature en quelques secondes, et les tables d'adresses deviennent incohérentes parce que la même adresse source apparaît alternativement sur plusieurs ports.

Le symptôme ne ressemble pas à une panne de câblage. Tout s'arrête d'un coup, y compris les machines qui ne communiquaient avec personne, et l'équipement fautif fonctionne parfaitement : il ne fait qu'appliquer les règles. C'est ce qui rend le diagnostic difficile pour qui n'a pas déjà rencontré le cas.

Vérification rapideon peut se reprendre

1.Pourquoi une boucle entre commutateurs est-elle mortelle et non simplement gênante ?

2.Sur quoi repose le coût d'un lien dans le calcul de l'arbre ?

L'arbre couvrant

La solution ne consiste pas à interdire les boucles, puisqu'on les câble exprès pour la redondance, mais à en désactiver juste assez de ports pour qu'il n'en reste aucune. Ce qui subsiste est un arbre couvrant au sens exact du chapitre sur les arbres et les arbres couvrants : tout le monde est relié, aucun cycle ne demeure, et le nombre de liens actifs vaut le nombre de commutateurs moins un.

Le calcul se fait sans chef désigné, en trois règles.

  1. Élire une racine. Le commutateur de plus petite priorité l'emporte, l'adresse départageant à priorité égale.
  2. Chaque commutateur garde un port racine, celui par lequel la racine lui coûte le moins cher. Le coût dépend du débit du lien, pas de sa longueur ni du nombre de sauts.
  3. Chaque segment garde un seul bout ouvert, celui du commutateur le moins cher vers la racine. Tous les autres ports se bloquent.
racine C1
1g · coût 41g · coût 41g · coût 4C1racinepriorité 32768C2coût 4priorité 32768C3coût 4priorité 32768
C2 vers C1port racineport racine de C2 : c'est par là que la racine est la moins chère, à 4
C3 vers C1port racineport racine de C3 : c'est par là que la racine est la moins chère, à 4
C3 vers C2port bloquébloqué : C3 atteint la racine à 4, C2 y arrive à 4, et un segment ne garde qu'un bout ouvert
  • 3 commutateurs et 3 liens : il en faut exactement 2 pour relier tout le monde sans boucle, donc 1 est désactivé. 2 restent en service.
  • C1 est élu racine : toutes les priorités étant égales, c'est l'identifiant qui a départagé. Le reste du calcul en découle entièrement.
  • Un lien bloqué n'est pas un lien perdu : il reprend du service dès qu'un autre tombe, et c'est précisément la raison pour laquelle on l'a câblé.
Trois commutateurs câblés en triangle. Il faut deux liens pour relier trois équipements, donc exactement un port se bloque, et la boucle disparaît sans qu'aucun câble ne soit débranché.

La vue « câblage » montre le triangle tel qu'il est branché, avec sa boucle. La vue « arbre calculé » montre le même triangle après le calcul : un port fermé, plus de cycle, et tout le monde toujours relié.

Le rôle du coût se voit mieux dès que les débits diffèrent.

racine C1
1g · coût 41g · coût 410m · coût 1001g · coût 4100m · coût 19C1racinepriorité 4096C2coût 4priorité 32768C3coût 8priorité 32768C4coût 12priorité 32768
C2 vers C1port racineport racine de C2 : c'est par là que la racine est la moins chère, à 4
C3 vers C2port racineport racine de C3 : c'est par là que la racine est la moins chère, à 8
C4 vers C3port racineport racine de C4 : c'est par là que la racine est la moins chère, à 12
C3 vers C1port bloquébloqué : C3 atteint la racine à 8, C1 y arrive à 0, et un segment ne garde qu'un bout ouvert
C4 vers C2port bloquébloqué : C4 atteint la racine à 12, C2 y arrive à 4, et un segment ne garde qu'un bout ouvert
  • 4 commutateurs et 5 liens : il en faut exactement 3 pour relier tout le monde sans boucle, donc 2 sont désactivés. 3 restent en service.
  • C1 est élu racine : c'est la plus petite priorité, et elle prime sur tout le reste. Le reste du calcul en découle entièrement.
  • C3 a pourtant un lien direct vers la racine, et ne l'emprunte pas : en passant par C2, il l'atteint à 8. Le coût suit le débit, jamais le nombre de sauts.
  • Un lien bloqué n'est pas un lien perdu : il reprend du service dès qu'un autre tombe, et c'est précisément la raison pour laquelle on l'a câblé.
Le coût suit le débit. C3 possède un lien direct vers la racine et ne l'emprunte pas : à dix mégabits, il coûte plus cher que deux gigabits en série.

Le résultat n'est pas celui qu'on dessinerait à la main. C3 a un câble qui va droit à la racine et passe pourtant par C2 : le lien direct est trop lent, et deux liens rapides en série reviennent moins cher qu'un seul lien lent. Le protocole ne cherche pas le chemin le plus court, il cherche le moins coûteux.

Un lien bloqué n'est pas un lien perdu. Il reste physiquement branché, et reprend du service en quelques secondes ou quelques dizaines de secondes si un autre lien tombe. C'est précisément la raison pour laquelle on l'a câblé : le protocole ne supprime pas la redondance, il l'empêche de nuire tant qu'elle ne sert pas.

Deux conséquences pratiques en découlent. Choisir la racine explicitement, en abaissant la priorité de l'équipement central, évite qu'elle ne se retrouve sur un petit commutateur de bureau, ce qui allongerait tous les chemins. Et activer une protection sur les ports d'accès, qui bloque un port si un équipement s'y annonce comme commutateur, écarte le cas le plus fréquent : quelqu'un qui rebranche les deux bouts d'un même câble dans deux prises murales.

Vérification rapideon peut se reprendre

1.Combien de liens restent en service dans un réseau de cinq commutateurs sans boucle ?

2.Un port bloqué par l'arbre couvrant est-il inutile ?

Mettre en pratique

Une étiquette de VLAN coûte quatre octets et ouvre un espace de plus de quatre mille réseaux. Les deux nombres se calculent, et le second surprend moins que le premier.

L'étiquette, les VLAN et la boucle

  • 1.

    L'étiquette 802.1Q ajoute 4 octets à une trame. Quelle taille maximale une trame étiquetée atteint-elle ?

  • 2.

    L'identifiant de VLAN occupe 12 bits, dont deux valeurs sont réservées. Combien de VLAN reste-t-il utilisables ?

  • 3.

    Trois commutateurs sont reliés en anneau. Combien de liens l'arbre couvrant doit-il bloquer pour supprimer la boucle ?

  • 4.

    Six commutateurs sont reliés par neuf liens. Combien de liens l'arbre couvrant bloque-t-il ?

Une boucle n'encombre pas le réseau, elle l'arrête
Une trame de diffusion entrée dans une boucle est recopiée indéfiniment, et rien dans Ethernet ne l'arrête : la trame ne porte aucun compteur de sauts, contrairement à un paquet IP. Le nombre de copies double à chaque tour de boucle.
Le symptôme n'est donc pas un ralentissement progressif mais un effondrement en quelques secondes, avec des commutateurs dont les voyants clignotent tous ensemble. C'est ce que l'arbre couvrant existe pour empêcher, et c'est la raison pour laquelle il bloque des liens parfaitement fonctionnels.
Après un changement, le VLAN 20 ne traverse plus le lien entre deux commutateurs, alors que le VLAN 10 passe toujours. Que chercher ?

La liste des VLAN autorisés sur le lien, des deux côtés.

Ce filtre est le seul mécanisme qui traite deux VLAN différemment sur un même lien. Une trame d'un VLAN absent de la liste est jetée à l'entrée, sans signalement au poste émetteur, ce qui explique qu'il ne voie qu'un silence.

L'erreur classique est d'avoir ajouté le VLAN d'un seul côté. Le lien fonctionne alors dans un sens et pas dans l'autre, ou pas du tout selon l'ordre des échanges.

Des trames d'un VLAN se retrouvent dans un autre, sans qu'aucune erreur n'apparaisse nulle part. Quelle est la cause la plus probable ?

Un VLAN natif discordant entre les deux bouts du lien d'agrégation.

Le VLAN natif est le seul à traverser sans étiquette. Une trame nue est donc rattachée, à l'arrivée, au VLAN natif déclaré de l'autre côté. Si les deux déclarations diffèrent, la trame change de réseau en route.

Rien n'échoue, donc rien n'est signalé : les trames arrivent, simplement pas où il faut. Le seul moyen de le voir est de comparer les deux configurations.

La bonne pratique consiste à réserver le VLAN natif à un numéro qui ne sert à rien d'autre, pour qu'une discordance n'expose aucun trafic réel.

Quelqu'un rebranche les deux bouts d'un câble dans deux prises murales du même bureau. Que se passe-t-il, avec et sans arbre couvrant ?

Sans arbre couvrant, une boucle est créée. La première trame de diffusion qui l'atteint y tourne indéfiniment, se duplique à chaque commutateur, et le réseau sature en quelques secondes. Les tables d'adresses deviennent incohérentes, puisque la même adresse source apparaît alternativement sur plusieurs ports. Tout s'arrête, y compris pour les machines qui ne communiquaient avec personne.

Avec l'arbre couvrant, le protocole détecte la boucle et bloque l'un des deux ports. Le réseau continue de fonctionner, et l'incident ne se voit que dans les journaux.

La protection à activer sur les ports d'accès va plus loin : elle ferme le port dès qu'un équipement s'y annonce comme commutateur, ce qui traite la cause au lieu du symptôme et laisse une trace explicite.

Chapitre révisé en octobre 2026 · Une erreur dans ce chapitre ?

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