Ethernet

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Cette fiche est en cours de rédaction. J'approfondis mes connaissances sur les réseaux pour être plus à l'aise avec la virtualisation des réseaux (Docker, Kubernetes, Proxmox).

Ethernet est le protocole dominant au niveau couche 2 (liaison de données). Il fait abstraction sur le transfert physique (L1) et permet le contrôle d'intégrité de celui-ci.

Points clés

• Ethernet assure la transmission de trames d'une adresse MAC source vers une adresse MAC cible.
• Pour les données, les trames sont porteuses d'un EtherType (0x0800 = IPv4, 0x0806 = ARP,..) et d'une Payload.
• Ethernet n'intègre pas de mécanisme de routage (la communication n'est possible qu'entre deux noeuds connectés à la même "interface").
• Ethernet intègre un mécanisme de somme de contrôle permettant de rejeter les trames subissant des modifications lors du transfert physique.

Les adresses MAC

Voir fr.wikipedia.org - Adresse MAC

• Les adresse MAC sont encodées sur 6 octets et généralement affichées en hexadécimal (ex : 5E:FF:56:A2:AF:15).
• Les adresses MAC peuvent être universelles (attribuées par le constructeur) ou localement administrées (définies par l'utilisateur) auquel cas l'unicité globale n'est pas garantie (voir génération d'une adresse MAC).
• Pour les adresses MAC universelles :
  • Les 3 premiers octets sont affectés aux constructeurs (c.f. liste des Organizationally Unique Identifier)
  • Les 3 derniers octets correspondent à l'identifiant de l'interface réseau (Network Interface Controller)

Les trames

La structure des trames est la suivante :

Champ	Taille	Rôle
Préambule	7 octets	Synchronisation du récepteur
SFD (Start Frame Delimiter)	1 octet	Indique le début de la trame (valeur : 10101011)
Adresse MAC destination	6 octets	Identifie le destinataire
Adresse MAC source	6 octets	Identifie l’émetteur
EtherType / Longueur	2 octets	Type du protocole de couche supérieure (ex: 0x0800 pour IPv4, 0x0806 pour ARP, 0x86DD pour IPv6,...) ou longueur des données (si valeur ≤ 1500, pour les anciens réseaux IEEE 802.3)
Données (payload)	46 à 1500 octets (MTU)	Contenu utile (données IP, ARP, etc.)
FCS (Frame Check Sequence)	4 octets	CRC pour la détection d’erreurs

Remarques

• Préambule, SFD et FCS (Frame Check Sequence) sont gérés par le matériel et ne seront pas visibles dans les captures standards (Wireshark, tcpdump) : la plupart des cartes réseau retirent ces champs avant de passer les trames à la pile logicielle.
• La valeur 1500 octets correspond à la taille maximale par défaut de la charge utile Ethernet (payload). Au niveau interface, la MTU (Max Transmission Unit) est généralement fixée à 1500 octets pour Ethernet : elle définit la taille maximale d'un paquet IP (en octets) transmis sans fragmentation et correspond, sur Ethernet standard, à la taille maximale du payload.
• Ethernet impose aussi une taille minimale de trame (64 octets au total), d'où un payload minimal de 46 octets (les données sont alors complétées par du padding si nécessaire).
• Certains équipements supportent des "jumbo frames" (payload > 1500), souvent configurées autour de 9000 octets. Cette taille n'est pas normalisée et doit être prise en charge et configurée de bout en bout (NIC, commutateurs, OS). L'utilisation de jumbo frames sans compatibilité totale peut provoquer des problèmes d'interopérabilité et de fragmentation.

Les modes de diffusion

Plusieurs modes de diffusion sont possibles :

• unicast : envoi à une adresse MAC précise
• broadcast : envoi à tous les "voisins" avec adresse de destination = FF:FF:FF:FF:FF:FF
• multicast : envoi à un groupe spécifique d'adresses (utilisé par certains protocoles comme IGMP ou IPv6).

Les équipements

Au niveau Ethernet, nous trouvons par exemple :

• Les cartes réseaux qui se voient affecter une adresse MAC avec les 3 premiers octets correspondant au constructeur.
• Les hubs qui transmettent les trames à tous les nœuds connectés, ce qui peut entraîner des collisions (technologie obsolète).
• Les switchs qui optimisent les transmissions en mémorisant les adresses MAC des nœuds connectés à leurs ports, réduisant ainsi les collisions.

Remarques

• Nous retrouverons ces équipements sous forme d'interface réseau au niveau de Linux (ip link) et Windows (Get-NetAdapter)
• Nous trouverons des équivalents virtuels pour ces éléments. Par exemple, avec Linux un interface de type tap est équivalente à une carte réseau virtuelles et un bridge à un switch.
• Les hubs qui génèraient des collisions sont obsolètes au profit des switchs.

La sécurité des switchs

Une attaque courante consiste à envoyer des trames avec une fausse adresse MAC source (spoofing). Cela peut :

• Saturer la table d'adresses MAC du switch (attaque de type MAC flooding), le forçant à se comporter comme un hub et à transmettre les trames à tous les ports.
• Rediriger des trames destinées à une autre machine vers l'attaquant (attaque de type Man-in-the-Middle).

En pratique

Capture des trames

Avec tcpdump, il est possible d'ajouter l'option -e pour afficher les adresses MAC et EtherType pour les trames capturées :

sudo tcpdump -i eth0 -e -n

Génération d'une adresse MAC

Pour générer une adresse MAC (xx:xx:xx:xx:xx:xx), il faut prendre en compte la signification des 2 premiers bits du premier octet (voir fr.wikipedia.org - Adresse_MAC - Structure) :

Bit	Nom	Signification
0 (LSB)	I/G	0 = unicast, 1 = multicast
1	U/L	0 = universel (OUI constructeur), 1 = localement administré

Pour un usage local / unicast, nous pourrons donc utiliser par exemple :

Préfixe (premier octet)	Binaire	Exemple d’adresse
02	00000010	02:00:00:00:00:01
06	00000110	06:11:22:33:44:55
0A	00001010	0A:FF:EE:DD:CC:BB
0E	00001110	0E:00:00:12:34:56

Avec QEMU, nous trouverons l'utilisation fréquente du préfixe 52:54:00 ainsi que le script suivant dans la documentation :

mac_address="52:54:00:$(dd if=/dev/urandom bs=512 count=1 2>/dev/null \
                           | md5sum \
                           | sed -E 's/^(..)(..)(..).*$/\1:\2:\3/')"
echo $mac_address

Source : https://guix.gnu.org/cookbook/fr/html_node/Pont-reseau-pour-QEMU.html#Invoquer-QEMU-avec-les-bonnes-options-de-la-ligne-de-commande