Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) est une norme de communication réseau pour tous les systèmes informatiques. C'est un modèle conceptuel qui décrit le fonctionnement théorique de n'importe quel réseau en sept couches. Bien que conceptuel, le modèle OSI permet une communication à la fois physique et virtuelle sur un réseau. Il sert de cadre général propice à la création de normes futures sans imposer de technologies physiques ou logicielles spécifiques.
Découpage en Couches : Séparation des Préoccupations
Le découpage en couches permet de "séparer les préoccupations", c'est-à-dire de traiter un aspect particulier de la problématique générale, comme identifier une machine, envoyer des données, ou formater les données.
Dans la terminologie OSI, chaque couche est délimitée par un service, un protocole et une interface. Un service correspond aux fonctions réalisables par une couche, un protocole correspond aux règles d'échange entre les couches, et l'interface est le point d'accès concret au service. Les couches basses rendent des services aux couches plus hautes.
Les Sept Couches du Modèle OSI
Le modèle OSI est structuré en sept couches distinctes, chacune ayant une fonction spécifique :
Couche Physique : La couche physique est chargée d'émettre et de recevoir des données brutes entre deux machines. Elle s’occupe de la transmission des bits de façon brute sur un canal de communication et doit garantir la parfaite transmission des données. Les systèmes sont interconnectés réellement au moyen de supports physiques de communication.
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Exemple : Fibre optique, câble Ethernet, ondes électromagnétiques, ondes radio.
Couche Liaison de Données : Cette couche gère la communication entre deux machines directement connectées entre elles. Elle transforme les paquets reçus de la couche réseau en trames. La couche liaison de données assure le bon transfert des bits dans les paquets de données. Elle détecte et corrige, dans la mesure du possible, les erreurs issues de la couche inférieure. Elle structure les données transmises à l'aide de marqueurs, de champs et de mécanismes de contrôle. Cette couche est l'un des aspects de la transmission réseau où les normes sont essentielles.
Exemple : Détection d'erreur par ajout de la somme des nombres à la fin du message.
Couche Réseau : La couche réseau gère les communications entre plusieurs machines d'un même réseau. Elle exploite les notions d'adressage, de routage et de fragmentation. Elle achemine les informations à travers un réseau pouvant être constitué de systèmes intermédiaires (routeurs).
Exemple : Les adresses IP (Internet Protocol) qui permettent l'adressage unique de toutes les machines du réseau.
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Couche Transport : La couche transport gère les communications de bout en bout, sans se soucier du mode de transport. Elle raisonne en termes de messages complets plutôt qu'en termes de paquets. Elle assure une transmission de bout en bout des données, maintient une certaine qualité de la transmission, et optimise l'utilisation des ressources. Pour rendre les transferts plus efficaces et plus rapides, la couche transport divise les données en segments plus petits.
Fonctions : Correction d'erreurs, ré-ordonnancement des paquets, contrôle de flux.
Couche Session : La couche session a un rôle de chef d'orchestre des discussions entre les différents acteurs. Elle gère les tours de parole et synchronise les communications émanant de différentes sources. La session doit être ouverte suffisamment longtemps pour que les données soient transférées, mais elle doit être fermée une fois le transfert terminé. Si une communication est interrompue et que la couche 4 ne peut pas corriger les erreurs, la couche 5 permet de reprendre la communication à l'endroit où elle s'est arrêtée.
Exemple : Dans une application de diffusion vidéo, la couche session combine les flux de voix et d'image en veillant à leur synchronisation. Par exemple, si 10 Mo de données sont transférés et que seuls 5 Mo sont complets, la couche session s'assure que seuls 5 Mo sont retransmis.
Couche Présentation : La couche présentation est chargée du codage des données à communiquer. Elle transforme les données en un format transportable par les couches inférieures et négocie avec le destinataire pour élire un format commun. Optionnellement, cette couche assure le chiffrement des données.
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Exemple : Négociation de la langue de communication entre deux ordinateurs. La couche présentation se charge de la représentation des informations que les entités s'échangent.
Couche Application : La couche application ne contient pas les véritables applications, mais leur rend des services. Elle offre un ensemble de fonctionnalités standard, comme du transfert de fichiers. Elle donne aux processus d'application les moyens d'accéder à l'environnement de communication de l'OSI et comporte de nombreux protocoles adaptés aux différentes classes d'application.
Exemple : Les protocoles de communication tels que HTTP pour consulter des fichiers sur le Web ou FTP pour transférer des fichiers.
Chemin d'une Donnée dans le Modèle OSI
Une application sur un ordinateur A voulant communiquer avec une application sur un ordinateur B fera passer les données par toutes les couches de haut en bas. La série de bits sortant de la couche 1 va circuler sur Internet via les routeurs pour arriver à destination, où le chemin inverse sera fait.
Exemple : Le parcours d'une requête web
- La requête est émise par l'utilisateur via son client, via un navigateur Web par exemple (application).
- La requête est chiffrée par HTTPS (présentation).
- S'en suit la mise en place de la connexion (session) et son transport de données (transport).
- Ces paquets sont passés de proche en proche sur le réseau via IP (couche réseau).
- Au niveau du réseau local, ces données sont acheminées vers la machine en question grâce à son adresse MAC (couche liaison).
- Ces données sont transférées via un médium, ondes ou signaux électriques par exemple (couche physique).
- Puis on remonte dans les couches : ce médium est écouté par l'interface réseau de la machine du serveur (couche physique).
- Les données sont reçues par la machine du serveur (couche liaison).
- La machine récupère les paquets (couche réseau) et les ordonne selon leur ordre de départ (couche transport).
- La connexion avec le client est fermée ou maintenue (couche session).
- Les données sont déchiffrées pour obtenir la requête (couche présentation).
- La requête est lue puis traitée par le serveur.
Couche Liaison de Données (Couche 2) : Fonctions Détaillées
La couche liaison de données, également connue sous le nom de « data link layer », constitue le deuxième niveau du modèle OSI. Elle agit comme une « couche protocole » et garantit le bon transfert des trames dans le cadre d’une connexion physique.
Fonctions Principales:
- Codage et Décodage des Bits : Elle permet de coder, de décoder et d’organiser les différents bits, mais aussi de les préparer sous forme de trames de données.
- Structuration des Données : Elle crée des paquets de données ou décompose les plus grands d’entre eux en ensembles plus petits.
- Transfert Sécurisé : Elle assure le bon transfert des trames et permet de transformer les connexions système non sécurisées en connexions système sécurisées.
- Gestion de la Connexion : La communication au niveau de la couche liaison de données peut être établie avec ou sans connexion.
Détection et Élimination des Erreurs:
En plus de la mise en place et de la suppression des différentes sections réseau, mais aussi de la structuration des différents bits en trames, la couche liaison de données prend également en charge la surveillance pendant et après le transfert, ainsi que la détection et l’élimination des erreurs. Pour ce faire, elle commence par analyser les différents modèles de bits au sein des trames pour détecter les problèmes et les erreurs suffisamment tôt.
En cas d’irrégularité, la couche liaison de données prévient les couches qui lui succèdent. Le destinataire peut alors réorganiser les trames n’ayant pas été transférées dans le bon ordre, tandis que la couche liaison de données vérifie l’intégrité des différents paquets.
Pour ce faire, la couche liaison de données OSI contrôle le flux de données afin de détecter toute connexion physique saturée et intervenir en conséquence. En cas de restrictions, ces informations sont diffusées par les appareils voisins et un réacheminement est amorcé, s’il est possible.
Services Pris en Charge:
La couche liaison de données est constituée de deux sous-couches :
- MAC (Medium Access Control) : Jouxte la couche physique.
- LLC (Logical Link Control) : Borde la couche réseau.
Les services proposés par la couche liaison de données peuvent être décomposés en trois catégories :
- Services sans connexion ni confirmation : Les trames sont envoyées sans confirmation de réception.
- Services sans connexion avec confirmation : Le transfert est confirmé à chaque fois.
- Services orientés connexion : Un numéro spécifique est attribué à chaque paquet de données et communiqué à l’émetteur comme au destinataire.
Modèle OSI et TCP/IP
L'architecture du modèle OSI est très stricte et s'efforce de séparer les fonctionnalités qui sont séparables. Si ce modèle forme une excellente base théorique pour créer de nouveaux protocoles et de nouveaux réseaux, l'architecture n'est pas intégralement utilisée en pratique. Internet repose essentiellement sur les protocoles IP et TCP, que l'on peut associer aux couches 3 et 4.
Critique du Modèle OSI
Le modèle OSI est peut-être trop complet et trop complexe. La distance entre l’utilisation concrète (l’implémentation) et le modèle est parfois importante. OSI est en fait trop complexe pour pouvoir être proprement et efficacement implémenté. Ce modèle est également redondant (le contrôle de flux et le contrôle d’erreur apparaissent pratiquement dans chaque couche).
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