Fondements des Réseaux - Chapitre 3 : Normalisation

Ce matériel couvre les principes fondamentaux de la normalisation dans les réseaux informatiques, en présentant les modèles OSI et TCP/IP. Il s’adresse aux étudiants en informatique ou réseaux souhaitant comprendre les bases de l’interopérabilité, des couches réseau et des protocoles de communication.

Introduction à la normalisation des réseaux

Les réseaux informatiques doivent permettre à des applications diverses de coopérer malgré l’hétérogénéité des moyens de transmission, des topologies, des méthodes d’accès et des équipements. La normalisation est essentielle pour :

• Offrir l’interopérabilité entre systèmes différents ;
• Optimiser l’utilisation des ressources réseau ;
• Assurer la pérennité des choix technologiques.

Plusieurs organismes jouent un rôle dans la normalisation des réseaux, notamment :

• L'ISO (International Standard Organisation) ;
• L'ANSI (American National Standards Institute), membre de l'ISO ;
• L'IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) ;
• L'AFNOR (Association Française de Normalisation).

Le modèle OSI

Au début de l’évolution des réseaux, chaque constructeur développait sa propre technologie, rendant l’interconnexion quasi impossible. Pour résoudre ce problème, l’ISO a créé un modèle de référence théorique appelé modèle OSI (Open Systems Interconnection), inspiré des architectures DECNet et SNA.

Le modèle OSI est conceptuel et divise la communication en 7 couches, chacune remplissant une fonction spécifique :

• Quelles informations circulent ?
• Sous quelle forme ?
• Quels chemins empruntent-elles ?
• Quelles règles s’appliquent aux flux d’informations ?

Terminologie du modèle OSI

Trois termes clés :

• Couches : sept niveaux, où les couches 1 à 3 sont basses et orientées transmission, la couche 4 est charnière, et les couches 5 à 7 sont hautes et orientées traitement.
• Protocoles : règles définissant le dialogue entre couches de même niveau sur deux systèmes différents.
• Interfaces : ensemble de services proposés par une couche aux autres couches adjacentes.

Chaque couche offre des services à la couche immédiatement supérieure et utilise ceux de la couche immédiatement inférieure. Les couches ne communiquent qu’avec leurs voisines.

Services rendus par chaque couche

• Couche physique : définit les spécifications du média (câblage, connecteurs, voltage, bande passante).
• Couche liaison de données : envoie la donnée sur le média. Elle comprend deux sous-couches :
  • MAC (Media Access Control) : contrôle l’accès au média, gère les adresses de liaison (MAC, DLCI).
  • LLC (Logical Link Control) : gère la communication entre stations et interagit avec la couche réseau.
• Couche réseau : gère l’adressage de niveau 3, la sélection du chemin et l’acheminement des paquets.
• Couche transport : assure la qualité de transmission, retransmet les segments en cas d’erreurs, contrôle le flux des données.
• Couche session : établit, gère et ferme les sessions de communication entre applications.
• Couche présentation : spécifie les formats des données (encodage MIME, compression, chiffrement).
• Couche application : interface avec les applications, la plus proche de l’utilisateur.

Avantages du modèle OSI

• Division de la communication en éléments plus simples pour une meilleure compréhension ;
• Uniformisation permettant le développement multi-constructeurs ;
• Modification possible d’un aspect sans affecter le reste (exemple : nouveau média).

Principe d’encapsulation

Pour communiquer, chaque couche encapsule les données en ajoutant un en-tête spécifique avant de les transmettre à la couche inférieure. À la réception, chaque couche enlève son en-tête et transmet les données à la couche supérieure. Ce processus garantit que la couche N de la source communique avec la couche N du destinataire.

Les données à chaque couche sont appelées PDU (Protocol Data Unit).

Exemple d’encapsulation

Supposons qu’une application génère un message. Ce message est d’abord traité par la couche application (PDU : message), puis encapsulé en segment par la couche transport, ensuite encapsulé en datagramme par la couche réseau, et enfin encapsulé en trame par la couche liaison de données avant d’être transmis physiquement.

Le modèle TCP/IP

Le ministère américain de la Défense a créé le modèle TCP/IP pour concevoir un réseau capable de résister à toutes conditions, y compris une guerre nucléaire. Ce modèle vise à assurer la transmission fiable de paquets sur des réseaux hétérogènes (cuivre, micro-ondes, fibre optique, satellite).

TCP/IP est une norme ouverte, accessible à tous, ce qui a accéléré son adoption et son développement.

Description du modèle TCP/IP

Un modèle en 4 couches

• Couche application
• Couche transport
• Couche Internet
• Couche d’accès au réseau

Couche Accès réseau

Cette couche regroupe les fonctions des couches physique et liaison de données du modèle OSI. Elle n’est pas strictement spécifiée, laissant libre l’implémentation selon la technologie réseau locale (exemple : Ethernet).

Couche Internet

Clé de voûte de l’architecture, elle assure l’interconnexion des réseaux distants sans connexion préalable. Elle injecte les paquets dans n’importe quel réseau et les achemine indépendamment les uns des autres. Les paquets peuvent arriver dans le désordre, la remise en ordre étant assurée par des couches supérieures.

Le protocole officiel de cette couche est IP (Internet Protocol).

Couche Transport

Elle permet à des entités de conversation de soutenir une communication fiable ou non, selon le protocole utilisé :

• TCP (Transmission Control Protocol) : protocole fiable, orienté connexion, qui fragmente le message, assure la remise dans l’ordre et contrôle le flux.
• UDP (User Datagram Protocol) : protocole simple, non fiable et sans connexion, utilisé lorsque la remise en ordre ou le contrôle de flux ne sont pas nécessaires (exemple : transmission de la voix).

Couche Application

Contrairement au modèle OSI, les couches présentation et session sont absentes, car peu utilisées en pratique. Cette couche regroupe tous les protocoles de haut niveau tels que Telnet, TFTP, SMTP, HTTP.

Le choix du protocole de transport (TCP ou UDP) dépend de la nature du service. Par exemple, TFTP utilise UDP car il suppose une liaison locale fiable.

Comparaison entre modèles OSI et TCP/IP

• Les deux modèles sont à couches et utilisent l’encapsulation des données.
• TCP/IP regroupe certaines couches OSI en couches plus générales.
• TCP/IP est un modèle pratique sur lequel repose Internet, tandis que OSI est un modèle théorique.

Encapsulation dans TCP/IP

Lors d’une transmission, chaque couche ajoute un en-tête au paquet de données :

• Au niveau application, le paquet est appelé message.
• Dans la couche transport, le message devient un segment.
• Dans la couche Internet, le segment devient un datagramme.
• Dans la couche accès réseau, le datagramme devient une trame.

À la réception, chaque couche lit puis supprime son en-tête avant de transmettre les données à la couche supérieure.

Glossaire des termes clés

• Encapsulation : Processus d’ajout d’un en-tête à des données avant transmission à la couche inférieure.
• Couches (OSI) : Niveaux fonctionnels du modèle OSI, de 1 (physique) à 7 (application).
• Protocoles : Règles définissant la communication entre couches de même niveau sur différents systèmes.
• Interface : Ensemble de services offerts par une couche à la couche supérieure.
• PDU (Protocol Data Unit) : Unité de données à chaque couche (message, segment, datagramme, trame).
• TCP : Protocole de transport fiable, orienté connexion.
• UDP : Protocole de transport simple, non fiable, sans connexion.
• IP : Protocole de la couche Internet, responsable de l’acheminement des paquets.
• MAC : Contrôle d’accès au média dans la couche liaison de données.
• LLC : Gestion des communications entre stations dans la couche liaison de données.

Points clés à retenir

• La normalisation assure l’interopérabilité et la pérennité des réseaux.
• Le modèle OSI divise la communication en 7 couches distinctes avec des fonctions précises.
• L’encapsulation consiste à ajouter des en-têtes à chaque couche pour assurer la transmission.
• Le modèle TCP/IP, en 4 couches, est la base du réseau Internet actuel.
• TCP/IP regroupe certaines couches OSI et supprime les couches présentation et session.
• TCP est fiable et orienté connexion, UDP est simple et sans connexion.
• Le protocole IP assure l’acheminement des paquets sur des réseaux hétérogènes.