Les 7 Couches du Modèle OSI : Explication Détaillée
Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) est un cadre conceptuel représentant le parcours des données au sein d’un réseau. Mis au point par l’Organisation internationale de normalisation (ISO) en 1984, il est aujourd’hui considéré comme le modèle standard des communications réseau. Le modèle OSI est une référence incontournable pour comprendre comment les données circulent dans un réseau. 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.
Cette architecture offre une représentation systématique des processus de communication réseau, chaque couche jouant un rôle spécifique qui contribue au fonctionnement global des communications réseau. Chaque couche communique avec celle qui la suit et celle qui la précède. Le modèle OSI est donc divisé en 7 couches empilées. On parle de couches basses pour désigner celles les plus proches du matériel, et de couches hautes pour celles les plus proches de l’utilisateur. La couche 4 (Transport) est au milieu : elle fait le lien entre les deux mondes.
Les 7 Couches du Modèle OSI
Couche 1 - Couche physique
La première couche de l’architecture OSI transmet les données en flux binaire brut via des canaux physiques (cuivre, fibre optique, ondes radio…). Le flux binaire (de l’anglais « bitstream ») désigne une séquence de bits qui représente un flux continu d’informations dans un format brut binaire. Dans le contexte informatique ou de communications numériques, il peut s’agir de texte, d’images, ou de contenus audio ou vidéo. C’est l’unité fondamentale de transmission et de stockage des données. Elle régit certains paramètres comme le débit binaire, la puissance du signal, les connecteurs physiques, les types de câbles et la topologie réseau. La 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.
Couche 2 - Couche de liaison de données
La couche 2 structure les bits bruts provenant de la couche physique pour créer des trames de données, et gère les communications node-to-node au moyen d’adresses physiques (adresses MAC). Sa capacité à détecter et corriger les erreurs lui permet de garantir la fiabilité des transmissions de données. Au niveau de la couche de liaison de données (couche 2), le paquet de données est encapsulé pour créer une trame. Sont alors ajoutés des adresses MAC dans l’en-tête et un code FCS (Frame Check Sequence) à la fin de la trame. Il s’agit d’une méthode de détection des erreurs utilisée pour assurer l’intégrité des données au sein du réseau. Concrètement, il prend la forme d’un calcul ajouté à la fin d’une trame de données pendant la transmission. Lorsqu’il reçoit la trame, l’appareil de destination recalcule le FCS et le compare à la valeur reçue. La couche 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 modèle OSI, la sous-couche LLC fait partie de la couche liaison. Elle fournit une interface pour les protocoles de la couche réseau et la sous-couche MAC, ce qui permet à différents protocoles réseau d’opérer sur différents types de réseaux.
Couche 3 - Couche réseau
La couche réseau assure le transfert de blocs de données de longueurs variables (des « paquets ») d’un nœud à l’autre au sein de différents réseaux. Elle introduit les adresses IP, les routages dynamiques (OSPF, BGP, RIP) et les paquets (data packets). La couche réseau (couche 3) ajoute ensuite un en-tête IP contenant les adresses IP des appareils émetteur et récepteur. 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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Couche 4 - Couche de transport
La couche 4 gère les communications entre les systèmes hôtes source et de destination. Elle assure la fiabilité des transmissions, grâce notamment aux protocoles TCP et UDP. Elle introduit les protocoles TCP (fiable) et UDP (rapide mais non garanti). 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. 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.
Couche 5 - Couche de session
La couche de session établit, gère et clôt les connexions (ou sessions) entre les applications aux deux extrémités de la communication. Elle établit également une liaison entre deux programmes d’application devant coopérer et commande leur dialogue (qui doit parler, qui parle…). 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. 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.
Couche 6 - Couche de présentation
La couche de présentation concerne le codage des données, à savoir leur traduction dans un format standard. Les opérations de chiffrement, de décryptage et de compression de données sont effectuées à ce niveau. 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 ». 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.
Couche 7 - Couche application
Dernier niveau du modèle OSI, la couche application sert d’interface pour les communications entre les utilisateurs/processus et le réseau. On peut considérer la couche 7 comme le centre de contrôle du réseau. Elle fournit des services spécifiques à chaque application, dont la navigation web (HTTP), le transfert de fichiers ou la messagerie électronique. La 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. Sa fonction consiste à fournir des méthodes permettant aux applications d’utiliser les services réseau. La couche 7 facilite les communications entre les applications et les services réseau de niveau inférieur, sans se soucier des détails de mise en œuvre sous-jacents.
Transmission de Données à Travers le Modèle OSI
Les données parcourent l’architecture OSI lors d’un processus appelé « encapsulation » dans un sens et « désencapsulation » dans l’autre. 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. 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.
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L’encapsulation démarre au niveau de la couche application (couche 7) sur l’appareil émetteur. Les données utilisateur sont d’abord converties dans un format adapté à la transmission, puis transférées vers la couche de présentation (couche 6) où elles sont traduites, compressées ou chiffrées. La couche de transport (couche 4) reçoit les données, les divise en segments, puis ajoute un en-tête TCP ou UDP incluant des numéros de port. Après avoir atteint l’appareil de destination, les données remontent l’architecture OSI dans le sens inverse.
Au niveau de la couche physique, les bits reçus sont reconvertis en trames. Celle-ci supprime les adresses IP du paquet pour le reconvertir en segment, et ce dernier est transmis à la couche de transport. À ce stade, les données ont retrouvé leur format initial. Elles transitent via les couches de session et de présentation, où la session prend fin, et les éventuelles traductions ou opérations de chiffrement effectuées en amont sont annulées.
Comparaison avec le Modèle TCP/IP
À l’instar du modèle OSI, le modèle TCP/IP spécifie la façon dont les protocoles réseau interagissent et interopèrent pour fournir des services réseau. Le modèle OSI possède sept couches, dont chacune fournit un ensemble de services spécifiques et fonctionne de manière indépendante, tout en interagissant avec les couches directement attenantes. Plus axé sur les réalités de la communication réseau, le modèle TCP/IP regroupe certaines fonctions en une seule couche, et n’en possède donc que quatre. Le modèle OSI et le modèle TCP/IP sont deux cadres conçus pour aider à comprendre comment fonctionnent les réseaux informatiques.
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. L’Organisation internationale de normalisation (ISO) a conçu le modèle OSI comme un cadre théorique pour standardiser les communications réseau. Le modèle TCP/IP, quant à lui, a été conçu par le Département de la Défense des États-Unis pour répondre à des besoins pratiques de communication fiable sur des réseaux hétérogènes.
Bien que très complète, l’architecture OSI n’a jamais fait l’unanimité dans le contexte concret des implémentations réseau. Son utilisation est restée conceptuelle : elle sert essentiellement d’outil permettant de comprendre et de décrire les interactions entre les protocoles réseau, ainsi que leur fonctionnement. De son côté, le modèle TCP/IP repose sur deux protocoles qui forment les piliers de l’Internet moderne.
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