Comprendre le réseau grâce au modèle OSI

Qu’est-ce qu’un réseau ?

Faire communiquer des machines

Si le fonctionnement d’un réseau peut être complexe, sa définition demeure simple. Le terme réseau provient du latin Retis, c’est-à-dire filet, soit un « ouvrage formé d’un entrelacement de fils ».  Il s’agit donc tout simplement d’un système composé de machines connectées entre elles pour échanger des informations. On peut appeler cela la connectivité réseau. Ces machines peuvent être de différentes natures (ordinateurs, serveurs physiques ou encore routeurs…). Si un réseau peut simplement se composer de deux ordinateurs reliés localement, ceux-ci s’avèrent bien souvent constitués d’un nombre d’hôtes conséquents et de multiples nœuds, comme un filet.

Les trois dimensions du réseau

Le réseau LAN, le domaine local

Le réseau local est un réseau restreint à un lieu bien déterminé, comme une maison, un hôpital ou un local d’entreprise. Il se constitue de périphériques comme des ordinateurs, des imprimantes etc. reliés par des liaisons physiques (câbles etc.). C’est à ce niveau que se situent les lignes RTC par exemple.

Il est possible également de segmenter un réseau LAN existant en plusieurs sous-réseaux sur un même commutateur. C’est ce qu’on appelle le vLAN. Celui-ci peut servir à isoler les flux de voix sur ip par exemple.

Le réseau MAN, le domaine intermédiaire

Le réseau MAN est un réseau couvrant un domaine plus étendu que celui du LAN, mais moins que celui du WAN. Il s’agit, en général de localités de densité réduite.

Le réseau WAN, le domaine étendu

Un WAN est un réseau pouvant couvrir une zone très vaste, comme un pays, un continent ou même le monde entier. Le réseau internet d’une entreprise est un exemple de WAN. Les déplacements au sein de ces réseaux requièrent des routeurs qui vont déterminer le chemin le plus efficace à emprunter pour se rendre d’une adresse A à une adresse B.

L’interconnexion des réseaux LAN et WAN

Le Switch ou commutateur

Le commutateur est responsable de la connexion des ordinateurs entre eux. Le commutateur est une épine dorsale majeure des réseaux locaux LAN (Local Area Network) puisqu’il il fournit un moyen pour différents ordinateurs d’être interconnectés.

Le Routeur

Un routeur est utilisé pour connecter différents réseaux entre eux. Par exemple, pour que deux ou plusieurs LAN soient interconnectés, vous avez besoin d’un routeur. Il est responsable de la détermination du chemin des données envoyées.

Le langage réseau pour faire parler les machines

Si ces machines doivent communiquer entre elles, échanger des informations, elles ne parlent pas pour autant le même langage.  Pour fonctionner, celles-ci vont donc devoir utiliser des règles communes, sans quoi elles ne pourraient s’échanger que des bits, sans en comprendre la signification; ce qui s’avèrerait peu utile (ex: les réseaux IP). Justement, les règles de cette communication réseau peuvent être modélisées par le modèle OSI.

OSI : un cadre conceptuel pour comprendre le fonctionnement d’un réseau

Qu’est-ce que le modèle OSI ?

Créé en 1978, le modèle OSI pose un cadre conceptuel pour comprendre le process de toute communication réseau en décomposant cette communication en 7 parties nommées « couches ». Ce modèle est souvent comparé à la suite de protocoles TCP/IP. Chacune de ces sections interagit avec ses sections adjacentes de la façon suivante :

• La couche en cours utilise les services de la couche du dessous
• La couche en cours fournit des services à la couche du dessus

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. Il s’agit donc

A noter qu’il s’agit de couches d’abstraction, leurs noms ne sont pas nécessairement en lien avec leur fonction.

Le modèle OSI segmente donc la communication réseau des machines en sept couches.

7 couches, 7 services différents au service de la communication réseau

7 – Application : connexion aux services réseaux

La partie application, la plus «proche de l’utilisateur final», comprend toute interface permettant d’émettre, et de recevoir, des données via des services applicatifs.  Recevoir un mail, envoyer un fichier, se connecter à une page internet etc.  

Protocoles utilisés :  TelNet, FTP, HTTP, SMTP, voix sur réseau ip etc.

6 – Présentation : formatage et cryptage des données

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 ».

Données reconnues :  HTML, DOC, MP3, JPEG etc.

5 – Session : établir le lien entre hôtes

Lorsque deux machines doivent échanger, une session doit être créée et paramétrée. Cette couche va donc organiser la session en établissant des règles (combien de temps attendre une réponse avant de fermer la session, etc.). Par exemple, cette couche peut établir des points de contrôle tous les x octets. Ainsi, en cas de déconnexion lors d’un transfert, la session pourra reprendre à partir de ce point et le transfert également.

Protocoles utilisés :  SIP, RTP, etc.

4 – Transport : le paramétrage des échanges

La couche de transport détermine les conditions du transfert d’informations entre les hôtes de la manière la plus optimale (Quel numéro de port utiliser, doit-on s’assurer de la bonne réception de la donnée, etc.). Elle va, par exemple, définir une vitesse de transmission optimale selon la qualité de la connexion de l’émetteur et du récepteur. A partir de ce stade, la donnée récupérée de la couche Session va être décomposée en morceaux appelés segments pour être transmis à la strate du dessous.

Protocoles utilisés :  TCP, UDP, SSL, TLS etc.

3 – Réseau : le  routage et l’adressage des données

Cette couche s’occupe du routage des paquets entre les noeuds d’un réseau, de l’adresse A à l’adresse B, lorsque les données doivent être transférées sur des réseaux différents (opérateurs tier). Pour l’adressage, cette couche va déterminer le meilleur chemin physique pour y parvenir. A ce niveau, les segments issus la couche transport sont, à leur tour, décomposés en unités plus petites, appelées paquets.

Protocoles utilisés :  IP, ARP etc.

2 – Liaison : la transmission entre hôtes d’un réseau local

Au même titre que la couche réseau, la couche liaison va se charger de la transmission de données, mais cette fois au sein d’un même réseau, en agissant sur la liaison entre 2 noeuds directement connectés. Ici, les paquets de la couche réseau vont à nouveau être divisés en morceaux plus petits appelés trames.

Protocoles utilisés :  Ethernet, PPP etc.

1 – Physique : les composants matériels du réseau

La partie physique constitue l’infrastructure physique impliquée dans les échanges qui compose le réseau. Arrivés jusqu’ici, les trames vont être réduits au stade minimal : les bits, une chaîne binaire composée de 0 et de 1 avant d’être expédié par de la fibre optique par exemple.

Le cheminement des données sur le réseau

Le Protocol Data Unit (PDU)

Si la donnée envoyée est reçue dans on exact format par le récepteur, cette donnée aura traversé plusieurs étapes pour y parvenir, changeant de format à chaque stade, comme nous venons de la voir. 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. Ce processus se nomme Unité de Données de Protocole, PDU.

L’émission ou encapsulation : de la donnée au bit

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. Cela s’appelle l’encapsulation.

Finalement, tout cela va finir en Bit avant d’être transmis à l’autre machine et suivre le processus inverse.

La réception ou décapsulation : du bit à la donnée

A l’inverse, en réception, lors du passage dans chaque couche, le process va être inversé. Chaque couche va interpréter l’en-tête qui la concerne, et la supprimer, pour finalement adresser la donnée à son état d’origine au récepteur.

Comment un mail arrive à la bonne adresse ?

Pour bien comprendre la logique sous-jacente, prenons un exemple simple : l’envoi d’un email. Lorsque vous envoyez un mail, voici ce qui se passe selon OSI :

• Choix du protocole d’envoi (SMTP)  et transmission des données à la couche Présentation via Application.
•  Compression des données et transmission de ces dernières à la couche Session via Présentation.
• Ouverture d’une session de communication avec le serveur mail via Session.
• La session établie, la couche transport va segmenter les données. Pour s’assurer de la bonne livraison des paquets, le protocole TCP est sélectionné et le bon port défini également. 
• La partie Réseau va préciser votre adresse IP et l’adresse IP du destinataire et décomposer les segments en paquets.
• Les paquets sont décomposés en trames dans la couche liaison, et transmis à la couche physique.
• La couche physique va convertir les trames en bits pour les envoyer via un support physique comme la fibre.

L’email va parvenir jusqu’au réseau local du récepteur, par wifi par exemple, et suivre le chemin inverse. Les données seront rassemblées progressivement jusqu’à s’afficher en texte sur un écran.

OSI est-il utile pour comprendre un réseau et sa configuration ?

Beaucoup de personnes reprochent à OSI son aspect trop théorique, et son décalage avec les protocoles de réseau modernes comme TCP / IP. S’il est certainement vrai que le modèle OSI est principalement théorique, et que les protocoles de réseau ne sont pas toujours conçus pour s’adapter strictement aux limites de ses couches, il n’est pas vrai que le modèle OSI a peu d’applicabilité aux «réseaux réels».

Cela permet en premier lieu de séparer un processus de communication réseau très complexe et d’évaluer ses composants. Le modèle OSI nous permet de penser notre réseau en morceaux ou en couches. Cela offre un cadre précieux pour comprendre un réseau et résoudre certaines problématiques liées.

Ensuite, la technologie réseau aujourd’hui comporte de multiples références au modèle OSI et à ses couches. La structure du modèle aide à encadrer les discussions sur les protocoles et à comparer les différentes technologies. Par exemple, OSI fournit la base pour comprendre comment un protocole réseau comme Ethernet.