Modèle OSI et modèle TCP/IP

01Normalisation et ISO

La normalisation désigne le procédé de standardisation d'un système. C'est l'activité qui a pour objet d'établir des documents de référence : les normes.

Une norme comporte des solutions à des problèmes techniques et commerciaux qui se posent de façon répétée dans les relations entre partenaires économiques, scientifiques, techniques et sociaux.

L'ISO

ISO — International Organization for Standardization, Organisation internationale de normalisation — regroupe les instituts nationaux de normalisation de plus de cent pays : AFNOR pour la France, BSI pour la Grande-Bretagne, ANSI pour les États-Unis, DIN pour l'Allemagne.

Ses travaux concernent tous les domaines industriels, à l'exception de l'électronique et de l'électricité, du ressort de la Commission électrotechnique internationale (CEI). Pour l'informatique et les télécommunications, ISO et CEI ont formé un comité technique commun, ISO-IEC/JTC 1.

02Le principe du modèle en couches

Le but d'un système en couches est de séparer le problème en différentes parties selon leurs niveaux d'abstraction.

Les quatre avantages

1. Aide à la conception d'un protocole : les protocoles d'une couche donnée disposent d'informations définies à partir desquelles ils agissent, ainsi que d'une interface définie avec les couches supérieures et inférieures.
2. Encourage la concurrence : les produits de fournisseurs différents peuvent fonctionner ensemble.
3. Isole les changements : une évolution technologique ou fonctionnelle dans une couche ne se répercute pas sur les autres.
4. Fournit un langage commun pour décrire les fonctions et fonctionnalités réseau.

Le vocabulaire à maîtriser

L'architecture d'un réseau est définie par l'ensemble des couches et la description des protocoles et des services de chacune d'elles.

03Les 7 couches du modèle OSI

Au cours des dernières décennies, le nombre et la taille des réseaux ont augmenté considérablement. Beaucoup ont été bâtis sur des plates-formes matérielles et logicielles différentes : il en a résulté une incompatibilité. Pour la résoudre, l'ISO a étudié des structures existantes — DECNET, SNA, TCP/IP — afin d'en dégager un ensemble de règles.

Le modèle de référence OSI (Open System Interconnection, interconnexion de systèmes ouverts), diffusé en 1984, a ainsi été créé comme architecture descriptive. Il apporte aux fournisseurs un ensemble de normes assurant compatibilité et interopérabilité entre les technologies de réseau produites partout dans le monde.

De 7 vers 1 (haut → bas) :
   All      People      Seem     To     Need     Data    Processing
   Application Présentation Session Transport Réseau Données  Physique

De 1 vers 7 (bas → haut) :
   Pour   Le      Réseau   Tout       Se       Passe        Automatiquement
   Physique Liaison Réseau Transport Session Présentation Application

Couche 7 — Application

C'est la couche la plus proche de l'utilisateur. Elle fournit des services réseau aux applications de l'utilisateur. Elle se distingue des autres en ce qu'elle ne fournit pas de services aux autres couches OSI, mais seulement aux applications situées à l'extérieur du modèle : tableurs, traitement de texte, logiciels de terminaux bancaires.

Elle détermine la disponibilité des partenaires de communication voulus, assure la synchronisation et établit une entente sur les procédures de reprise sur incident et de contrôle de l'intégrité des données.

Couche 6 — Présentation

Elle s'assure que l'information envoyée par la couche application d'un système est lisible par la couche application d'un autre système. Au besoin, elle traduit différents formats de représentation des données en utilisant un format commun.

Couche 5 — Session

Elle ouvre, gère et ferme les sessions entre deux systèmes hôtes en communication. Elle fournit des services à la couche de présentation, synchronise le dialogue entre les couches de présentation des deux hôtes et gère l'échange des données. Elle assure également le transfert efficace des données, la classe de service, et la signalisation des écarts des couches session, présentation et application.

Couche 4 — Transport

Elle segmente les données envoyées par l'hôte émetteur et les rassemble en flot de données chez l'hôte récepteur. Elle fournit un service de transport qui protège les couches supérieures des détails d'implantation du transport. C'est à elle que revient la question de la fiabilité entre deux hôtes : elle établit, maintient et raccorde les circuits virtuels, et fait appel à des contrôles de détection des erreurs, de reprise sur incident et de contrôle de flux.

Couche 3 — Réseau

Couche complexe qui assure la connectivité et la sélection du trajet entre deux systèmes hôtes pouvant être situés sur des réseaux géographiquement éloignés. C'est la couche de l'adressage logique (IP) et du routage.

Couche 2 — Liaison de données

Elle assure un transit fiable des données sur une liaison physique. Elle s'occupe de l'adressage physique — et non logique —, de la topologie du réseau, de l'accès au réseau, de la notification des erreurs, de la livraison ordonnée des trames et du contrôle de flux.

Couche 1 — Physique

Elle définit les spécifications électriques, mécaniques, procédurales et fonctionnelles pour activer, maintenir et désactiver la liaison physique entre les systèmes d'extrémité : niveaux de tension, synchronisation des changements de tension, débits physiques, distances maximales de transmission, connecteurs physiques.

04L'encapsulation et les PDU

Lorsque les données d'application descendent la pile de protocoles en vue de leur transmission sur le support réseau, différents protocoles ajoutent des informations à chaque niveau. C'est le processus d'encapsulation.

Les cinq étapes de conversion

1. Construction des données. Lorsqu'un utilisateur envoie un message électronique, les caractères alphanumériques qu'il contient sont convertis en données pouvant circuler dans l'inter-réseau.
2. Préparation pour le transport de bout en bout. En utilisant des segments, la fonction de transport s'assure que les hôtes situés à chaque extrémité peuvent communiquer de façon fiable.
3. Ajout de l'adresse IP à l'en-tête. Les données sont organisées en paquets (ou datagrammes) contenant un en-tête avec les adresses logiques d'origine et de destination. Ces adresses aident les unités réseau à acheminer les paquets suivant un chemin déterminé.
4. Ajout de l'en-tête et de l'en-queue de liaison de données. Chaque unité réseau place le paquet dans une trame. La trame permet d'établir la connexion avec la prochaine unité directement connectée. Chaque unité sur le chemin doit effectuer un verrouillage de trame pour se connecter à la suivante.
5. Conversion en bits. La trame est convertie en une série de uns et de zéros pour la transmission sur le média. Une fonction de synchronisation permet aux unités de distinguer ces bits. Tout au long du trajet, le média peut varier : le message peut provenir d'un LAN, traverser le backbone d'un campus, sortir par une liaison WAN et atteindre un autre LAN éloigné.

Les unités de données de protocole

La forme qu'emprunte une donnée à une couche donnée est appelée unité de données de protocole (PDU). Au cours de l'encapsulation, chaque couche encapsule la PDU reçue de la couche supérieure ; à chaque étape, elle change de nom pour refléter sa nouvelle apparence.

05Le modèle TCP/IP

TCP/IP désigne une architecture réseau. Ce sont en fait deux protocoles étroitement liés : un protocole de transport, TCP (Transmission Control Protocol), utilisé « par-dessus » un protocole réseau, IP (Internet Protocol). Le modèle TCP/IP est une architecture en 4 couches dans laquelle ces deux protocoles jouent un rôle prédominant, car ils en constituent l'implémentation la plus courante.

L'origine : ARPANET

TCP/IP remonte au réseau ARPANET, conçu par l'ARPA (Advanced Research Projects Agency), l'agence de recherche du ministère américain de la défense (DoD). Outre la possibilité de connecter des réseaux hétérogènes, ce réseau devait résister à une éventuelle guerre nucléaire — contrairement au réseau téléphonique, jugé trop vulnérable. Il fut donc convenu qu'ARPANET utiliserait la commutation par paquets (mode datagramme). C'est dans cet objectif que les protocoles TCP et IP furent inventés en 1974.

Les quatre critères de conception

Conçue à l'origine dans un but militaire, la suite TCP/IP répond à quatre exigences :

1. le fractionnement des messages en paquets ;
2. l'utilisation d'un système d'adresses ;
3. l'acheminement des données sur le réseau — le routage ;
4. le contrôle des erreurs de transmission.

Les quatre couches

Arh !     Il         Tient       Aussi
Accès rx  Internet   Transport   Application

06Comparer les deux modèles

Les similitudes

• Tous deux comportent des couches.
• Tous deux comportent une couche application, bien que chacune fournisse des services très différents.
• Tous deux comportent des couches réseau et transport comparables.
• Les professionnels des réseaux doivent connaître les deux modèles.
• Tous deux supposent que les paquets sont commutés : chaque paquet peut prendre un chemin différent pour atteindre la même destination — à la différence des réseaux à commutation de circuits, où tous les paquets suivent le même chemin.

Les différences

• TCP/IP intègre les couches présentation et session dans sa couche application.
• TCP/IP regroupe les couches physique et liaison de données dans sa couche d'accès réseau.
• TCP/IP paraît plus simple car il comporte moins de couches.
• Les protocoles TCP/IP constituent la norme sur laquelle s'est développé Internet : le modèle TCP/IP a bâti sa réputation sur ses protocoles. En revanche, les réseaux ne sont généralement pas architecturés autour du protocole OSI, même si le modèle peut servir de guide.

L'accent est mis sur trois correspondances à connaître :

TCP      → protocole de COUCHE 4 OSI  (transport)
IP       → protocole de COUCHE 3 OSI  (réseau)
Ethernet → technologie de COUCHE 2 et COUCHE 1

07Les équipements par couche

Chaque équipement d'interconnexion « travaille » à un niveau précis : c'est ce niveau qui détermine ce qu'il sait lire, et donc ce qu'il sait faire.