Le modèle d'Interconnexion de Systèmes Ouverts (OSI) est un cadre conceptuel essentiel pour comprendre le fonctionnement des réseaux et des télécommunications. Il décompose un système de réseau en couches distinctes, permettant de visualiser et de gérer la complexité des communications. Cet article explore en profondeur le modèle OSI, en mettant un accent particulier sur son application dans le contexte d'Ethernet, la technologie de réseau local la plus répandue.
Introduction au Modèle OSI
Conçu dans les années 1970, à une époque où les réseaux informatiques étaient en plein essor, le modèle OSI a été créé pour standardiser les communications réseau. Deux modèles distincts ont été fusionnés en 1983 et publiés en 1984 pour créer le modèle OSI tel qu'on le connaît aujourd'hui. Il sert de référence pour les fournisseurs de technologies lorsqu'ils présentent leurs produits, aidant ainsi les clients à comprendre avec quelle couche ils fonctionnent, ou s'ils fonctionnent « à travers la pile ».
Le modèle OSI est divisé en sept couches, chacune ayant une fonction spécifique :
- Couche 7 : Application
- Couche 6 : Présentation
- Couche 5 : Session
- Couche 4 : Transport
- Couche 3 : Réseau
- Couche 2 : Liaison de données
- Couche 1 : Physique
La plupart des descriptions du modèle OSI partent de haut en bas, les chiffres allant de la couche 7 à la couche 1.
Les Sept Couches du Modèle OSI en Détail
Couche 7 - Application
La couche application est la couche la plus proche de l'utilisateur final. Les applications qui fonctionnent au niveau de la couche 7 sont celles avec lesquelles les utilisateurs interagissent directement. Elle crée une interface directe via des applications réseau comme un navigateur web (Google Chrome, Firefox, Safari, etc.), la messagerie électronique, le protocole FTP, ou d'autres applications autonomes comme Skype, Outlook, Office. Toutes sont des exemples d'applications de la couche 7. La couche applicative veille à ce que l’appareil récepteur accepte les données et que les interfaces de communication nécessaires au transfert existent. Elle permet également l'accès à distance et offre des services d'annuaire.
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Couche 6 - Présentation
La couche présentation désigne une zone indépendante de la représentation des données au niveau de la couche d'application. En général, c'est au niveau de cette couche qu'est effectuée la préparation ou la traduction du format d'application au format de réseau, ou du format de réseau au format d'application. En d'autres termes, la couche « présente », c'est-à-dire formate les données pour l'application ou le réseau. Un bon exemple de fonction de la couche 6, c'est le cryptage et le décryptage des données pour une transmission sécurisée, ou encore la compression des données. La couche de présentation transforme les données pour obtenir un format que la couche applicative accepte à des fins de transmission sur le réseau. Elle prend en charge les protocoles SSL/TLS (Secure Sockets Layer/Transport Layer Security), les protocoles JPEG (pour la compression d’images) et les protocoles MPEG (pour la vidéo).
Couche 5 - Session
Pour que deux dispositifs, ordinateurs ou serveurs, puissent « parler » entre eux, il faut créer une session, et cela se passe au niveau de la couche du même nom. Les fonctions de la couche 5 impliquent la configuration, la coordination (le temps pendant lequel le système doit attendre une réponse, par exemple) et la terminaison entre les applications à chaque fin de session. Elle assure la synchronisation du dialogue entre hôtes. La couche session est responsable de la gestion des sessions, qui consiste à établir, à gérer et à mettre fin aux connexions (appelées « sessions ») entre deux ou plusieurs ordinateurs. Elle établit également des protocoles pour connecter et déconnecter les sessions entre les flux de données connexes, tels que l’audio et la vidéo dans les conférences web.
Couche 4 - Transport
La couche transport s'occupe de la coordination du transfert de données entre les systèmes finaux et les hôtes. Elle gère la quantité de données à envoyer, le rythme, la destination, etc. L'exemple le plus connu de la couche transport est celui du protocole de contrôle de transmission (TCP), lui-même construit sur le protocole Internet (IP), communément appelé TCP/IP. Les numéros de port TCP et UDP fonctionnent au niveau de la couche 4, tandis que les adresses IP fonctionnent au niveau de la couche 3, la couche réseau. La couche transport s’appuie sur des protocoles tels que TCP (Transmission Control Protocol) et UDP (User Datagram Protocol) pour gérer la livraison de bout en bout des messages complets. Elle prend les messages de la couche session et les divise en unités plus petites (appelées « segments »), chacune ayant un en-tête associé. Côté expéditeur, la couche de transport reçoit les données formatées des couches supérieures, procède à une segmentation et met en œuvre un contrôle des flux et des erreurs pour assurer une transmission précise des données. Côté destinataire, la couche de transport lit le numéro de port figurant dans l’en-tête et transmet les données reçues à l’application appropriée.
Couche 3 - Réseau
C'est au niveau de la couche réseau que se trouvent la plupart des fonctionnalités du routeur. Elle est très surveillée par les professionnels des réseaux. Dans son sens le plus élémentaire, cette couche est responsable de la transmission des paquets, y compris le routage par différents routeurs. Vous savez peut-être que tel ordinateur de Boston veut se connecter à tel serveur en Californie, mais des millions de chemins différents sont possibles. Les routeurs de cette couche permettent de le faire efficacement. La couche réseau du modèle OSI est chargée de faciliter le transfert des données d’un nœud à l’autre sur différents réseaux. La couche réseau détermine le meilleur chemin (routage) que les données doivent emprunter entre les nœuds. Un réseau est un support permettant à plusieurs nœuds (chacun avec une adresse unique) de se connecter. La couche réseau permet aux nœuds d’envoyer des messages aux nœuds sur d’autres réseaux en fournissant le contenu du message et l’adresse de destination.
Couche 2 - Liaison de données
La couche de liaison de données assure le transfert des données de noeud à noeud (entre deux noeuds directement connectés), et gère également la correction des erreurs de la couche physique. Cette couche comprend aussi deux sous-couches : la couche de contrôle d'accès au support (MAC) et la couche de contrôle de liaison logique (LLC). Dans le monde des réseaux, la plupart des commutateurs fonctionnent au niveau de la couche 2. La couche liaison de données correspond au deuxième niveau du modèle OSI et assure le bon transfert des bits dans les paquets de données. En plus de prendre en charge le portionnement et la surveillance lors du transfert, elle contribue aussi de manière active à la résolution des problèmes. La couche de contrôle de liaison logique (LLC ), qui sert d’interface entre la couche de contrôle d’accès au support (MAC) et la couche réseau, gère le contrôle du flux, la synchronisation et le multiplexage (deux ou plusieurs flux de données partagent la même connexion à l’hôte).
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Couche 1 - Physique
Au bas de cette liste, la couche physique décrit les caractéristiques électriques, logiques et physiques du système, c'est-à-dire de tous les composants, depuis le type de câble jusqu'à la liaison par radiofréquence (comme dans les systèmes sans fil 802.11), en passant par la disposition des broches, les tensions et autres exigences physiques. En cas de problème de réseau, les professionnels des réseaux commencent souvent par vérifier la couche physique pour s'assurer que tous les câbles sont correctement connectés et que, par exemple, la fiche d'alimentation n'a pas été retirée du routeur, du commutateur ou de l'ordinateur.
Ethernet et le Modèle OSI
Ethernet est défini par les normes IEEE 802.2 et 802.3 (protocoles de couche 2 et les technologies de couche 1) et est la technologie de réseau local la plus utilisée. Ethernet prend en charge des bandes passantes de données de 10, 100, 1 000 ou 10 000 Mbit/s. 802.11 est une extension des normes IEEE 802 car un environnement sans fil doit comporter des contrôles supplémentaires.
Couche Liaison de Données et Ethernet
La couche liaison de données joue un rôle crucial dans Ethernet. Elle est responsable de l'adressage des périphériques sur le réseau local et de la transmission des données entre eux. La sous-couche MAC (Media Access Control) gère l'accès au support de transmission, en utilisant des mécanismes tels que CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) pour les réseaux Ethernet filaires et CSMA/CA (CSMA/Collision Avoidance) pour les réseaux Ethernet sans fil 802.11.
Topologie Ethernet
La topologie d'Ethernet correspond à une topologie de bus logique qui prend en charge un accès multiple. Tous les nœuds (périphériques) du réseau partagent le même support et reçoivent l’ensemble des trames transmises par n’importe quel nœud du segment. Un anneau logique circule sur le réseau.
Évolution d'Ethernet : Des Concentrateurs aux Commutateurs
Le point central des premiers réseaux Ethernet 10BASE-T était le concentrateur. Comme le support étant partagé, une seule station à la fois pouvait effectuer une transmission. Cette transmission est dite bidirectionnelle non simultanée (half-duplex). Les concentrateurs retransmettent les signaux de données reçus à tous les périphériques connectés, sauf à celui qui a émis les signaux. Ils sont également appelés répéteurs multiport. Les périphériques connectés à un support partagé via un concentrateur ou une série de concentrateurs directement connectés forment un domaine de collision ou segment de réseau.
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Les commutateurs ont été introduits en même temps qu’Ethernet 100BASE-TX , en suppléant l’utilisation des concentrateurs afin d’améliorer les performances LAN. Les commutateurs permettent de contrôler le flux de données en isolant chaque port et en envoyant une trame uniquement à sa destination (si elle est connue), plutôt qu’en envoyant chaque trame à chaque périphérique. Comme le commutateur réduit le nombre de périphériques recevant chaque trame, cela minimise les risques de collisions. Les commutateurs permettent la segmentation du LAN en domaines de collisions distincts. Ces topologies physiques en étoile basées sur le commutateurs ne sont autres que des liaisons de point à point. Par la suite, l’introduction des communications bidirectionnelles simultanées (full duplex, c'est-à-dire dont la connexion transporte à la fois des signaux transmis et reçus), a permis de développer le Gigabit Ethernet.
Utilité du Modèle OSI
Même si certains estiment que le modèle OSI est obsolète (du fait de sa nature théorique et du fait qu'il est moins important que le modèle TCP/IP à 4 couches), Vikram Kumar affirme « qu'aujourd'hui, il est difficile de comprendre la technologie des réseaux sans faire référence au modèle OSI et à ses couches, car la structure du modèle aide à cadrer les discussions sur les protocoles et à distinguer les différentes technologies ». Le modèle OSI fournit une liste de tâches que les ingénieurs doivent accomplir pour créer chaque couche de l’architecture réseau, au lieu de spécifier les protocoles de communication des couches. Son approche théorique permet aux développeurs de visualiser et de construire des réseaux informatiques très complexes, même sans une connaissance préalable du système réseau. Le modèle OSI nous permet de penser notre réseau en morceaux ou en couches.
Modèle OSI vs Modèle TCP/IP
Le modèle OSI et le modèle TCP/IP sont deux cadres conçus pour aider à comprendre comment fonctionnent les réseaux informatiques. Le modèle OSI comprend sept couches distinctes : physique, liaison de données, réseau, transport, session, présentation et application. Le modèle TCP/IP, lui, s’organise en quatre couches : accès réseau, internet, transport et application. Il combine certaines fonctions des couches OSI, notamment en regroupant les couches session, présentation et application en une seule couche application.
Le modèle OSI est surtout utilisé à des fins pédagogiques, mais reste peu présent dans les réseaux réels. Le modèle OSI, avec ses couches bien définies, offre une grande flexibilité pour intégrer de nouveaux protocoles et technologies. Le modèle TCP/IP, en étant plus simple et orienté vers des protocoles spécifiques, facilite le développement et la mise en œuvre de solutions réseau. Cependant, cette spécificité peut limiter son adaptabilité à des technologies non prévues initialement.
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