Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) est un modèle conceptuel standardisé, développé par l'ISO (International Standard Organization) dans les années 1980 (normalisé ISO 7498), qui divise la communication et l’interopérabilité des réseaux en sept couches abstraites. Il sert de cadre de référence pour comprendre comment les données circulent d’un point A à un point B dans un réseau informatique. Ce modèle est un outil d’analyse et de diagnostic essentiel pour les professionnels réseau, permettant de localiser une panne ou une latence selon la couche concernée.
Introduction au modèle OSI
Le modèle OSI a été créé pour résoudre les incompatibilités de communication entre les divers protocoles réseau utilisés au début du siècle. Il 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 complexes, même sans une connaissance préalable du système réseau.
Les premiers efforts de mise en réseau ont tenté de résoudre les problèmes de compatibilité avec l’ARPANET et la suite TCP/IP. L’ISO a officiellement publié le modèle OSI, un cadre pour le développement de solutions de réseau interopérables, en 1984. Malgré l’évolution des technologies et l’émergence de nouveaux modèles, le modèle OSI reste essentiel pour comprendre l’architecture réseau.
Les sept couches du modèle OSI
Le modèle OSI comprend sept couches distinctes, chacune associée à une fonction bien précise dans le traitement et la transmission des données. Ces couches sont empilées, les couches basses étant les plus proches du matériel, et les couches hautes les plus proches de l’utilisateur. La couche 4 (Transport) est au milieu, faisant le lien entre les deux mondes.
Couche Physique : Correspond à tout ce qui est matériellement impliqué dans le transport des données. Les technologies comme Ethernet, Wi-Fi, ou PPP opèrent à ce niveau. Elle s’occupe de la transmission des bits de façon brute sur un canal de communication. Cette couche doit garantir la parfaite transmission des données (un bit 1 envoyé doit bien être reçu comme bit valant 1). Son rôle est un rôle de « liant » : elle va transformer la couche physique en une liaison a priori exempte d’erreurs de transmission pour la couche réseau.
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Couche Liaison de Données : C'est la couche Ethernet. Elle fractionne les données d’entrée de l’émetteur en trames, transmet ces trames en séquence et gère les trames d’acquittement renvoyées par le récepteur. Pour la couche physique, les données n’ont aucune signification particulière. La couche liaison de données doit donc être capable de reconnaître les frontières des trames et de renvoyer une trame lorsqu’il y a eu un problème sur la ligne de transmission. De manière générale, un rôle important de cette couche est la détection et la correction d’erreurs intervenues sur la couche physique.
Sous-couches de la couche liaison de données
- La sous-couche de contrôle d’accès au support logique MAC (Medium Access Control) jouxte la couche physique (soit la première couche).
- La sous-couche de contrôle de la liaison logique LLC (Logical Link Control) borde la couche réseau (soit la troisième couche). Elle 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.
Fonctions
- Tramage
- Adressage physique
- Contrôle des erreurs
- Contrôle des flux : Pour éviter toute corruption, la couche liaison de données indique la quantité de données que l’expéditeur peut envoyer avant de recevoir un accusé de réception de livraison.
- Contrôle du débit binaire
- Synchronisation des bits
- Mode de transmission
- Topologies physiques
Services pris en charge
- Services sans connexion ni confirmation : Quand des trames sont envoyées au destinataire par cet intermédiaire, celui-ci n’en accuse pas réception. Si les paquets de données viennent à être endommagés ou perdus, il n’est pas possible de les restaurer.
- Services sans connexion avec confirmation : Le transfert est confirmé à chaque fois. Si un transfert ne parvient pas à sa destination ou si certains éléments se perdent en cours de route, ils ne reçoivent aucune confirmation et peuvent donc essayer à nouveau de transférer ces données.
- Services orientés connexion : Un numéro spécifique est attribué à chaque paquet de données et communiqué à l’émetteur comme au destinataire. Avant chaque échange, ceux-ci établissent une connexion.
Couche Réseau : C'est la couche IP. Elle a pour rôle de créer des paquets qui seront transportés. Elle introduit les adresses IP, les routages dynamiques (OSPF, BGP, RIP) et les paquets (data packets). C’est la couche qui permet de gérer le sous-réseau, i.e. le routage des paquets sur ce sous-réseau et l’interconnexion des différents sous-réseaux entre eux. La couche réseau contrôle également l’engorgement du sous-réseau.
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Fonctions
- Adressage, de routage et de transmission des données pour les appareils qui interagissent sur différents réseaux.
- Fragmentation et réassemblage des paquets.
- Contrôle du trafic.
Couche Transport : Elle prend en charge le transport du message de l'utilisateur d'un bout à l'autre du réseau. Elle assure le contrôle de flux, corrige les erreurs, l'acheminement des information. Elle introduit les protocoles TCP (fiable) et UDP (rapide mais non garanti). Cette couche est responsable du bon acheminement des messages complets au destinataire. Le rôle principal de la couche transport est de prendre les messages de la couche session, de les découper s’il le faut en unités plus petites et de les passer à la couche réseau, tout en s’assurant que les morceaux arrivent correctement de l’autre côté. Cette couche est également responsable de l’optimisation des ressources du réseau.
Fonctions
- Adressage des points de service.
- Contrôle des flux.
- Multiplexage.
- Segmentation et met en œuvre un contrôle des flux et des erreurs pour assurer une transmission précise des données.
- Lit le numéro de port figurant dans l’en-tête et transmet les données reçues à l’application appropriée.
Couche Session : Elle permet l'établissement, le maintien, et la libération d'une connexion. Elle synchronise la communication et gère les ports de communication (sockets sous Windows). Exemple de protocole : AppleTalk. Elle établit, gère et termine les sessions de communication entre deux applications. Cette couche organise et synchronise les échanges entre tâches distantes. Elle réalise le lien entre les adresses logiques et les adresses physiques des tâches réparties. Elle établit également une liaison entre deux programmes d’application devant coopérer et commande leur dialogue (qui doit parler, qui parle…). Dans ce dernier cas, ce service d’organisation s’appelle la gestion du jeton.
Fonctions
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- Interactions de session.
- Synchronisation.
- Récupération de session.
- 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 Présentation : Elle a pour rôle d'établir une syntaxe pour la communication entre les applications. C'est en quelque sorte un traducteur dans un langage commun à toutes les applications. Elle agit comme un traducteur entre formats de données. Cette couche s’intéresse à la syntaxe et à la sémantique des données transmises : c’est elle qui traite l’information de manière à la rendre compatible entre tâches communicantes.
Fonctions
- Traduction des données.
- Chiffrement et déchiffrement des données.
- Compression des données.
Couche Application : Est celle que l’utilisateur perçoit directement. Elle ne se limite pas aux « apps », mais représente toutes les interfaces qui utilisent le réseau pour fonctionner. Elle s’appuie sur les couches inférieures pour transporter les données, mais reste agnostique sur la manière dont c’est fait, c’est-à-dire neutre vis-à-vis des moyens utilisés. Cette couche est le point de contact entre l’utilisateur et le réseau.
Fonctions
- Transfert de fichiers.
- Communication et authentification.
- Accès à distance.
- Services d’annuaire.
Transmission de données à travers le modèle OSI
La donnée va suivre un chemin descendant lors de l’envoi, côté émetteur, avant de suivre le chemin inverse, côté récepteur, où l’information initiale va être reconstituée, étape par étape. Car l’information va changer de nature en passant par les diverses couches. La partie présentation va se charger de formater, « traduire » les données pour les transmettre à la couche Application, ou la couche réseau selon le sens de circulation de l’information. Elle constitue donc l’interface entre le Réseau et l’Application afin de leur rendre les données « présentables ».
La donnée, en traversant les divers segments de cette communication réseau, va changer d’aspect car on lui ajoute à chaque étape un en-tête. De donnée, celle-ci va se convertir en segments, en paquets, en Frames et enfin en bits. En émission, la donnée traverse chaque couche de la machine émettrice. Chacune d’elle va « marquer » le paquet d’un en-tête donnant des informations sur la marche à suivre. Ces en-têtes indiquent le protocole utilisé dans chaque couche. A l’inverse, en réception, lors du passage dans chaque couche, le process va être inversé.
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