Réseaux locaux : le modèle OSI et le transport des données TCP/IP

Réseaux locaux : compléments techniques : le modèle OSI et le transport des données

I/ Le modèle OSI

Pour établir une communication entre deux ordinateurs, il faut tenir compte des différences au niveaumatériel et logiciel de chaque machine. Ces difficultés pour établir une communication se multiplient lorsqu’il s’agit d’interconnecter des réseaux mettant en jeu des matériels et des systèmes informatiques très différents. Ainsi l’apparition de techniques de communication évoluées, de plus en plus performantes, et la mondialisation des transferts d’informations ont amené les constructeurs et les organismes internationaux à définir des architectures de réseaux plus ou moins « standards » : tout particulièrement le modèle OSI, mais également des modèles plus anciens tels que DSA (Bull) et SNA (IBM)…

Le modèle OSI (Open System Interconnection) a été mis au point par l’organisme de normalisation ISO (International Standard Organisation) en 1978, afin de fournir un modèle d’architecture permettant à des réseaux hétérogènes de communiquer. Il s'agit d'une norme officielle, ouverte à des développements ultérieurs.

Le modèle OSI est un modèle composé de 7 couches décrivant l'architecture des réseaux et les protocoles OSI correspondants. Chaque couche doit réaliser une fonction bien précise ; elles sont numérotées de la plus matérielle à la plus logicielle ; les fonctions propres à chaque niveau sont assurées par des "entités" (matériel et/ou logiciel).

Une architecture réseau qui respecte le modèle OSI offre une grande fiabilité et une transparence dans le fonctionnement du réseau

On distingue deux grands groupes de couches :

Les couches 1 à 3 ou couches basses orientées transmission

La couche 4 représentant la couche charnière entre les couches basses et les couches hautes qui gère le transfert de l'information

Les couches 5 à 7 ou couches hautes orientées traitement 

Le modèle ISO des 7 couches (voir illustration ci-dessus) définit, pour chaque couche, le protocole au moyen duquel les systèmes communiquent entre eux.

Les services des couches supérieures peuvent intervenir sur ceux des couches immédiatement inférieures. Les différentes couches (ou niveaux) sont : 

 REMARQUE : A chaque couche correspond une unité de données :

- couche physique : le bit
- couche liaison : la trame
- couche réseau : le paquet ou datagramme
- couche transport : message
- couche session : tâche

II/ Le modèle OSI et le protocole TCP/IP

Les réseaux locaux utilisent un protocole de communication qui garantit leur bon fonctionnement. Ces protocoles respectent plus ou moins les recommandations du modèle OSI :

-    Netbeui : protocole peu performant utilisé pour des réseaux Microsoft de très petite taille et ne nécessitant pas de connexions internet
-    IPX/SPX : protocole utilisé dans les réseaux Novell NetWare
-    TCP/IP : protocole le plus utilisé dans les réseaux Microsoft ou Unix, c’est le protocole utilisé en standard par le réseau Internet (voir fiche RES3)

Comparaison entre le modèle OSI et le protocole TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol)

TCP/IP est plus ancien que la norme OSI, c’est pourquoi certaines couches d’OSI y sont regroupées (couches 1 et 2 et couches 5 à 7).

III/  Les réseaux, comment ça marche ?

Pour que deux ou plusieurs machines puissent communiquer via un réseau, il y a deux éléments :

- Au niveau physique et liaison de données (couches 1 et 2) : l’information émise est découpée en trames (groupes de bits permettant de transporter les données)

(1)    et (2) : il s’agit de l’adresse physique de la carte réseau de chacun des 2 ordinateurs.
Cette adresse, appelée adresse MAC (Medium Access Control) est unique au monde et est constituée de 6 nombres (codification hexadécimale : 16 chiffres de 0 à 9 puis A, B, C, D, E, F). Exemple : 00 :00 :0C :1B :22 :3A.. L’adresse FF.FF.FF.FF.FF.FF est une adresse de diffusion (broadcast) (voir plus loin)

- au niveau réseau et transport (couches 3 et 4), il faut recourir à un protocole de transport : TCP/IP (ou IPX/SPX pour les réseaux Novell…). Le protocole IP repose sur une autre identification desordinateurs : l’adresse IP (constituée de 4 octets : voir fiche RES3).  Le format d’un paquet IP (datagramme) est le suivant :

Code protocole : 17 pour UDP ou 6 pour TCP (UDP=User Datagram Packet : ce protocole est plus rapide mais moins fiable que TCP)

Les datagrammes IP sont eux-mêmes encapsulés dans une trame Ethernet :

Problème : La communication physique se fait grâce aux adresses MAC. Or la machine qui émet une trame connaît généralement l’adresse IP du destinataire (serveur, routeur ou une station de travail ordinaire). Pour obtenir l’adresse MAC, la station émettrice envoie à l’ensemble du réseau une trame ARP contenant l’adresse IP du destinataire en utilisant l’adresse MAC de diffusion (FF :FF :FF :FF :FF :FF). Lorsque le poste destinataire reconnaît son adresse IP il retourne aussitôt son adresse MAC à l’expéditeur, qui peut alors envoyer les données. 

A retenir : 

La communication entre les machines dans un réseau local s’établit grâce à un protocole de transport (TCP/IP par exemple) qui garantit un acheminement fiable des données.

Une augmentation sensible des délais d’attente peut s’expliquer :

-    soit par un trafic important sur le réseau
-    soit par une montée en charge du (des) serveur(s) qui sont alors fortement sollicités.

Les données émises sont découpées en paquets pour permettre un meilleur trafic  : toutes les stations du réseau peuvent envoyer des données sans que l’une d’elle ne monopolise la bande passante, ce qui obligerait les autres stations à attendre la fin de son envoi de données.