modèles osi et tcp-ip
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Modèles OSI et TCP/IP
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1. Internet (rappel).
Cette première partie a pour objectif de rappeler le fonctionnement d’une connexion vers un site web,
que ce site soit installé sur un réseau local ou, plus généralement, sur Internet.
1.1. Aspect physique du réseau Internet.
Les communications entre ordinateurs utilisent comme support physique du câble en cuivre, de la
fibre optique ou l’air, dans le cas de réseaux sans fil. Ces supports de transmissions sont organisés sous
la forme d’un gigantesque réseau ou plus précisément, sous la forme de réseaux de réseaux.
Il existe des réseaux locaux, lesquels sont reliés pour former des réseaux régionaux puis nationaux.
Enfin, des points de convergence mettent en relation ces différents réseaux nationaux, qu’ils soient
publics ou privés.
Différentes liaisons sont empruntées par l’Internet. Nous avons :
Les liaisons terrestres qui acheminent aussi bien de l’Internet que du téléphone,
Les liaisons sous-marines qui traversent les mers et océan,
Les liaisons satellites venues au secours des liaisons sous-marines qu’Internet partage avec le
téléphone et la télévision,
Les liaisons locales mises en place par des professionnels ou les fournisseurs d’accès.
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1.2. Le fonctionnement d’Internet.
En tant qu’utilisateurs, nous n’avons qu’une vue très partielle du fonctionnement d’Internet. Pourtant,
la compréhension du mécanisme d’une connexion est essentielle à la maitrise du fonctionnement d’un
réseau, fut-il de petite taille.
Vidéo Netexpress : le parcours d’une connexion.
1.3. Les différents acteurs du réseau.
L’utilisateur : Identifié par une adresse IP unique, il utilise des logiciels de navigation,
de téléchargement, de messagerie, …
Le fournisseur d’accès : Il établit la connexion entre l’utilisateur et le réseau au niveau du central
téléphonique via un appareil nommé DSLAM.
Il fournit une adresse IP unique à l’utilisateur.
Il autorise la connexion au réseau Internet moyennant un abonnement.
Le Serveur DNS : Il établit la correspondance entre une adresse IP et un nom de domaine.
Le service DNS est souvent fournit par le fournisseur d’accès. S’il ne
connait pas la réponse, il transmet la requête à un autre serveur.
Le routeur : Il transmet l’information en utilisant la route la plus efficace (pas
forcément la plus courte).
Les serveurs Internet : Identifiés par une adresse unique, il propose un service (consultation de
pages web, téléchargement ftp, chat, envoi et réception de courrier, …).
Ils sont disséminés partout dans le monde.
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1.4. Le parcours d’une connexion.
L’utilisateur demande à consulter le site le navigateur demande au serveur www.bidule.com DNS l’adresse IP du site www.bidule.com Le serveur DNS lui répond
Le navigateur connait maintenant l’adresse Le serveur www.bidule.com reçoit la du site. Il le contacte et lui demande demande et prépare l’envoi : découpage sa page web (car il s’agit d’un www) et étiquetage des paquets.
Les paquets sont expédiés puis acheminés L’ordinateur reçoit les paquets, les par les routeurs. Ils n’empruntent pas réassemble et affiche la page web forcément le même chemin demandée
Remarque : la consultation d’un site dans un réseau local fonctionne sur le même principe. La différence est que le serveur DNS est local (Windows 2003 server ou autre)
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1.5. Notion de socket.
Pour pouvoir communiquer entre eux, les
ordinateurs utilisent une adresse IP unique.
Cette adresse permet d’envoyer et recevoir des
paquets de données d'un ordinateur à l'autre.
Imaginons maintenant que nous ayons
plusieurs programmes qui fonctionnent en
même temps sur le même ordinateur :
- un navigateur
- un logiciel d'email
- un logiciel pour écouter la radio sur Internet.
Si l'ordinateur reçoit un paquet IP, comment
savoir à quel logiciel donner ce paquet IP ?
En fait, à chaque logiciel correspond un
numéro unique appelé port. Ce numéro est
transmis en même temps que l’adresse IP. Les
données reçues sont alors transmises au « bon »
logiciel.
Un ordinateur possède 65535 ports. Les 1000 premiers sont réservés (http :80, ftp : 21, etc).
Le couple Adresse IP – n° de port est appelé socket
Une communication entre un ordinateur et un serveur Web peut s’illustrer come suit :
Le port source (ici, 1057) est choisit parmi ceux non utilisés. Le port de destination est celui du
serveur à atteindre (ici, 80 car serveur Web).
Démonstration : analyse des trames transmises lors de l’établissement d’une connexion
Illustration : www.sebsauvage.net
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2. Notion de protocole.
2.1. Un protocole, kezako ?
Une définition du terme « protocole » est la suivante :
Description des formats de messages et règles selon
lesquelles deux ordinateurs échangeront des données.
Concrètement, cela permet, par exemple :
- L’envoi d’un message avec Outlook Express et sa lecture avec Thunderbird car le format (codage)
du message est le même pour les deux logiciels.
- L’envoi des données par une carte réseau IBM sur un PC et la réception des données par une carte
réseau 3COM sur un Macintosh car la façon d’ordonner les informations à transmettre est la
même pour les deux cartes.
- L’envoi d’un message d’un ordinateur à un autre situé à des milliers de km car ils possèdent tous les
deux une adresse IP compatible (ils utilisent et respectent le protocole IP).
2.2. Quelques protocoles.
Dans les réseaux actuels, dont Internet, les communications utilisent et respectent un certain nombre
de protocoles, parmi lesquels on peut citer :
Protocoles Utilisation
IP
ARP, DNS
HTTP, HTTPS
FTP
TCP, UDP
ICMP
RIP, OSPF
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Protocoles (suite)
SMTP, POP
TELNET, SSH
DHCP
Autres
2.3. Le protocole TCP/IP
TCP/IP est en réalité une suite de protocoles. Cette appellation provient des noms des deux principaux
protocoles de la suite, c'est-à-dire TCP et IP. La raison principale qui a rendu ces protocoles
incontournables est la diffusion d'Internet qui repose énormément sur eux.
3. Le modèle TCP/IP.
TCP/IP représente l'ensemble des règles de communication sur internet et se base sur la notion adressage
IP, c'est-à-dire le fait de fournir une adresse IP à chaque machine du réseau afin de pouvoir acheminer des
données. La suite TCP/IP permet :
- Le fractionnement des données en paquets.
- L'utilisation d'un système d'adresses (IP).
- L'acheminement des données sur le réseau (routage).
- La détection et la correction des erreurs de transmission.
Afin de pouvoir appliquer le modèle TCP/IP à n'importe quelles machines, logiciels et matériels, le
système de protocoles TCP/IP a été décomposé en plusieurs modules effectuant chacun une tâche
précise. De plus, ces modules effectuent ces tâches les uns après les autres dans un ordre précis, on a
donc un système stratifié, c'est la raison pour laquelle on parle de modèle en couches.
Chaque couche a une tâche précise.
Une fois cette tâche effectuée, elle transmet
l’information à la couche voisine
- Au-dessus lors d’une réception
- Au-dessous lors d’une émission
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3.1. Exemple simplifié du fonctionnement par « couches » dans le modèle TPC/IP.
Un utilisateur veut envoyer un message (mail) conformément au schéma ci-dessous.
Couche
Application
Repérage de l’application Codage du contenu
Lecture du contenu par Outlook
Express et affichage à l’écran
Couche
Transport
Découpage en segments
numérotation de ces segments indication des ports source et destination
Suppression des n° de ports et
transmission au logiciel concerné
(repéré par le n° du port de
Destination)
Réassemblage des segments
Couche
Internet
Découpage (si nécessaire) en paquets Identification (IP Src et Dest)
Suppression des IP.
Vérification que l’IP Destination est la
bonne
Réassemblage des paquets (si
nécessaire)
Couche
Accès
Réseau
Ajout des adresses MAC par la carte réseau Ajout d’un ode de détection d’erreur (CRC) à la fin
puis expédition des trames sur le câble (ou
fibre/wifi)
Suppression des adresses MAC et
transmission à la couche supérieure
Réception des trames, vérification par
la carte réseau que l’@MAC
Destinataire est bien la sienne
Vérification de la validité des données
(CRC)
Type de message :
Courrier
électronique
« Bonjour, voici une photo »
Typ
e
de mes
sag
e :
Co
urr
ier
élec
tro
niq
ue
« Bonjo
ur, voici
une photo »
Port Src
1067
Port Dest
25
N°
1
Type de
message :
Cou
rrier
élect
roni
que
Port Src
1067
Port Dest
25
N°
2
T
y
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ss
a
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:
C
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u
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n
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« Bonj
our, voi
ci
une pho
to »
Port
Src
106
7
Port
Dest
25
N°
1
IP Dest IP Src
Typ
e de
m
essa
ge
:
C
o
ur
ri
er
él
ec
tr
o
ni
q
ue
Port Src
106
7
Port
Dest
25
N°
2
IP Dest IP Src
0101001010010101111101000.......
1111100010100010100100010.......
T
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IP
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Dest C
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3.2. En-tête, en-queue.
Le schéma du paragraphe précédent montre que chaque couche ajoute des informations à celles
fournies par la couche précédente. Ce schéma était simplifié car en réalité, chaque couche ajoute un
grand nombre d’informations en plus des adresses, n° de ports.
Ces informations sont appelées en-tête si elles sont rajoutées devant ou en-queue si elles sont
ajoutées à la fin.
3.3. Encapsulation.
Les informations d’une couche sont « insérées » dans la couche voisine, en tant que « Données ». Ce
phénomène se répète de couche en couche comme l’illustre le schéma ci-dessous.
Ce phénomène est appelé : Encapsulation
Couche Application
Couche Transport
Couche Internet
Couche Accès Réseau
Remarque : A la réception, il se produit le phénomène inverse : la décapsulation.
Type de message :
Courrier
électronique
« Bonjour, voici une photo »
Port Src
1067
Port Dest
25
N°
2
Autres
infos
Données
IP
Dest
IP
Src
Autres
infos Données
C
R
C
MAC Src MAC Dest Autres
infos
Données
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3.4. Placement des protocoles dans le modèle.
Chaque protocole intervient à un certain niveau dans l’émission des données. Il est placé dans le
niveau correspondant dans le modèle TCP/IP, selon le schéma ci-dessous.
Modèle TCP/IP Quelques protocoles associés Données
5 Application FTP HTTP Telnet DNS SMTP, POP Message
4 Transport TCP UDP Paquet
3 Internet
ICMP Datagrammes
ARP IP
2 Interface Réseau Ethernet 802 ARPANET X25 Trames
1 Matériel
4. Modèle OSI.
Il existe d’autres modèles décrivant la transmission de l’information. Parmi ceux-ci, il en existe un,
concurrent du modèle TCP/IP et plus détaillé : c’est le modèle OSI.
Le principe de fonctionnement est exactement le même que celui observé précédemment (rôle de
chaque couche, encapsulation).
Couches Description
7
Couches
hautes
Application
est chargé de l'exécution de l'application et de son dialogue avec
la couche 7 du destinataire en ce qui concerne le type ou la
signification des informations à échanger (transfert de fichiers,
interrogation de base de données,...)
6 Présentation
met en forme les informations échangées pour les rendre
compatibles avec l'application destinatrice, dans le cas d'un
dialogue entre systèmes hétérogènes.
5 Session
assure l'ouverture et la fermeture des sessions (des
communications) entre usagers, définit les règles d'organisation
et de synchronisation du dialogue entre les abonnés.
4
Couches
basses
Transport
responsable du contrôle du transfert des informations de bout en
bout, réalise le découpage des messages en paquets pour le
compte de la couche réseau ou le réassemblage des paquets en
messages pour les couches supérieures.
N°PORT
3 Réseau
assure le cheminement ou le routage des données groupées en
paquets à travers le réseau.
@IP
2 Liaison
assure un service de transport des trames sur la ligne et dispose
de moyens de détection et de correction d'erreurs
@MAC
1 Physique
réalise le transfert physique des éléments binaires constitutifs des
trames sur le support suivant des caractéristiques physiques,
électriques et mécaniques définies par des normes.
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5. Comparaison OSI – TCP/IP
Les deux modèles étudiés ont un certain nombre de point communs et on peut établir un parallèle
entre les deux :
Plus de détail (protocoles associés, matériels, …) en annexe.
6. Transmission de l'information :
Le modèle choisi, OSI ou autre doit permettre à deux machines (ou plus) de communiquer sans
interférences. Il existe différents types de matériels permettant l'interconnexion des machines.
Lors d'un échange entre deux machines, les informations sont traitées par ces différents matériels.
Bien évidemment, pour fonctionner correctement, il faut que les machines parlent le même
langage c'est à dire utilisent les mêmes protocoles. Les échanges s'effectuent évidemment par
encapsulation et décapsulation des messages.
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Couche 1
Machine A
Couche 7
Couche 6
Couche 5
Couche 4
Couche 3
Couche 2
Couche 1
Machine B
Couche 7
Couche 6
Couche 5
Couche 4
Couche 3
Couche 2
Couche 1
Répéteur
Machine A
Couche 7
Couche 6
Couche 5
Couche 4
Couche 3
Couche 2
Couche 1
Machine B
Couche 7
Couche 6
Couche 5
Couche 4
Couche 3
Couche 2
Couche 1
Pont
Couche 1
Couche 2
A/ transmission entre deux machines d'un même réseau: cas d'un Hub (Répéteur)
Le hub se contente de réémettre l’information reçue. Il ne s’intéresse absolument pas au contenu de
l’information transmise.
B/ transmission entre deux machines d'un même réseau sur deux segments distincts: cas d'un Switch (ou
Pont)
Le switch oriente les données vers le bon destinataire. Il faut donc qu’il obtienne son adresse MAC. Pour
cela, il décode les informations reçues afin de lire l’adresse MAC du destinataire. On dit qu’il travaille au
niveau 2 du modèle OSI car c’est à ce niveau qu’apparait l’adresse MAC.
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Couche 1
Machine A
Couche 7
Couche 6
Couche 5
Couche 4
Couche 3
Couche 2
Couche 1
Machine B
Couche 7
Couche 6
Couche 5
Couche 4
Couche 3
Couche 2
Couche 1
Routeur
Couche 2
Couche 3
C/ transmission entre deux machines de deux réseaux distincts: cas d'un Routeur
Afin d’acheminer les données, le routeur doit connaitre l’adresse IP du destinataire. Il travaille au niveau 3
du modèle OSI car il doit décoder les informations des couches 1, 2 et 3 avant de pouvoir « lire » l’adresse
du destinataire.
D/ transmission entre deux machines en traversant plusieurs routeurs (cas d’Internet).
On s'aperçoit ici que le choix du matériel mis en œuvre pour l'interconnexion des machines est très
important pour la compréhension des échanges, mais aussi pour la définition de la structure du ou
des réseaux. Il est aussi tout à fait possible de changer les protocoles d'un même niveau entre les
deux cotés d'un matériel d'interconnexion.