NOTIONS FONDAMENTALES SUR LES RÉSEAUX CHAP. 2 MODÈLES OSI ET TCP/IP

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1 BTS I.R.I.S NOTIONS FONDAMENTALES SUR LES RÉSEAUX CHAP. 2 MODÈLES OSI ET TCP/IP G.VALET Nov 2010 Version 2.0 Courriel : genael.valet@diderot.org, URL : 1

2 LE BESOIN D UN MODÈLE Devant la diversité des matériels, des logiciels et des interfaces, il a fallu trouver un modèle Couvrant tous les aspects de la communication en réseau Modèle universel sur lequel s appuierait les développeurs et fabricants de matériel réseau Le principe : décomposer en plusieurs couches Chaque couche ayant un rôle bien défini Chaque couche servant de support à la couche supérieure Exemple d un modèle utilisé dans les systèmes d exploitation L OS, grâce aux pilotes fournit une couche d abstraction aux logiciels Représente tous les éléments matériels (Disque, périphériques, ) Couche Logicielle Couche OS BIOS Couche Matérielle Les logiciels n ont pas besoin de connaître chaque périphérique pour l utiliser Joue le rôle d interface entre le système d exploitation et les périphériques 2

3 LE MODÈLE OSI Modèle à 7 couches finalisé en 1994 Normalisé par l ISO ( ISO 7498) «Open System Interconnexion» : Interconnexion de systèmes ouverts Utilisé pour modéliser toute communication entre ordinateurs Il y a 2 catégories de couches Les 4 couches inférieures : Couches bas-niveau fournies en général par le système d exploitation et les périphériques matériels Les 3 couches supérieurs : Orientées application, elles sont réalisées à l aide de bibliothèques ou de programmes (logiciels) spécifiques s + bibliothèques OS + Périphériques

4 POURQUOI EST-CE SI IMPORTANT? Tout apprentissage sur les réseaux passent par la connaissance du modèle OSI Ennuyeux car trop théorique? Il y a peu d applications de ces modèles dans la vie réelle? Il n est pas nécessaires de connaître le modèle pour réussir dans les réseaux? Bien évidemment, tout cela est faux Ces modèles permettent de comprendre à quel niveau est fourni tel service Ils permettent de comparer des technologies entre elles et de mettre en évidence les avantages et inconvénients De nos jours, Il est très rare de ne pas trouver une référence au modèle OSI dans une documentation technique Exemple : Commutateur de niveau 3 (L3) signifie que ce commutateur est capable de fournir un service de niveau 3 4

5 PRINCIPE Chaque couche fournit à la couche supérieure un service La couche de niveau N : Utilise les services de la couche N-1 Fournit un service à la couche N+1 La couche N est comme un «sous traitant» pour la couche N+1 Les couches s appuient sur le travail réalisé par les couches inférieures en toute transparence Cela beaucoup plus facile, le travail sur une couche donnée N+1 N N-1 5

6 LES 7 COUCHES Le modèle est organisé en 7 couches Présentation Session Fournit un point d accès aux services réseaux. Le modèle ne donne aucune spécification à cette couche Chargée du codage et de la conversion des données applicatives transmises Gère la synchronisation des échanges et des transactions par ouverture ou fermeture de session Gère les communications de bout en bout entre processus Gère les communications de proche en proche à travers des réseaux physiques différents Gère les communication entre 2 hôtes reliés directement par un support physique. Chargée de transmettre les données à envoyer sur le support physique. Service limité à l envoi d un bit 6

7 OSI À L ŒUVRE Fonctionnement des couches Utilisateur 1 L utilisateur provoque la création de la communication Logiciel Et matériel 2 Les logiciels convertissent les données au format numérique Chaque couche transfère les données aux couches inférieures 4 Présentation Session 5 Les données sont transmises sur le support Les services de la couche application sont sollicités. Le transfert des données est démarré 3 7

8 VOYAGE ENTRE LES COUCHES Exemple d une communication entre 2 nœuds d un réseau 5 L application reçoit les données. Toutes les informations propres à chaque couche ont été supprimées 1 L émetteur prépare la transmission Nœud émetteur Présentation Session Equipement intermédiaire (Commutateur) Equipement intermédiaire (Routeur) Nœud récepteur Présentation Session 2 La couche physique transmet sur le support Les équipements intermédiaires traitent les données et les expédient sur le support 3 4 Le récepteur traite les données reçues afin de les fournir à la bonne application 8

9 COUCHES ET PROTOCOLES Chaque couche fournit un ou plusieurs services Ces services sont assurés grâce à un protocole Chaque protocole est organisé autour de 2 éléments principaux : Les entêtes : Informations nécessaires au bon fonctionnement du protocole Les données : Destinées à être transmises à la couche supérieure Entêtes Données En-queue Exemple du protocole IP L ensemble entête + données + en-queue est un PDU (Protocol Data Unit) Version 4 bits Adresse IP source Adresse IP dest 32 bits 32 bits Données Entêtes IP Données 9

10 ECHANGES ENTRE COUCHES HOMOLOGUES Dans une communication entre 2 nœuds, chaque couche homologue s échange des données Echanges entre couches homologues La couche communique avec son homologue sur le nœud B NŒUD A Présentation Session virtuelle SUPPORT DE TRANSMISSION NŒUD B Présentation Session Tout passe par le support physique bien entendu 10

11 UNITÉ DE DONNÉES DE PROTOCOLE Il s agit pour chaque couche de définir la forme des «entête + données» échangée avec la couche homologue Chaque couche possède son PDU PDU et couches OSI Présentation Session Dépend du protocole utilisé Segment ou Message Paquet Trame Bit Chaque application utilise sa propre terminologie concernant le PDU. Par exemple, le protocole FTP s échange des «commandes». Pour HTTP, il s agit plutôt de «requêtes/réponses» Les messages permettent de contrôler le flux de données entre 2 nœuds finaux Les paquets sont échangés entre des routeurs avant d arriver à destination Une trame est une suite organisée de bits échangés entre nœuds du même réseau Un bit à 0 ou à 1 tout simplement 11

12 PRINCIPE D ENCAPSULATION Chaque couche «encapsule» les données et entêtes des couches supérieures Principe de l encapsulation Nœud A Nœud B Présentation Session E2 E7 D7 E6 D6 E5 D5 E4 D4 E3 D3 D2 SUPPORT DE TRANSMISSION Présentation Session 12

13 L1 : LA COUCHE PHYSIQUE Chargée de la transmission effective sur le support Elle transmet un bit ou un train de bit continu Elle assure la conversion d un bit en signaux électriques ou lumineux Ce travail est réalisé par un circuit électronique spécifique Ce circuit utilise un codage adapté à la bande passante du support de transmission Bien entendu, ce circuit dépend est spécifique au support Il existe deux catégories de codage En bande de base Le signal ne subit pas de transposition de fréquences Cas d une interface Ethernet En large bande Le signal est transposé par différentes techniques de modulation Cas du modem ADSL C est, en général l interface réseau qui gère la couche physique 13

14 L2 : LA COUCHE LIAISON DE DONNÉES Gère la communication entre 2 nœuds directement connectés par un support physique Sur un même segment de réseau dans le cas des réseaux LAN Entre 2 nœuds adjacents pour les réseaux WAN Les données sont organisées sous forme de trames Ces trames ne franchissent pas le réseau local La trame contient une adresse physique Exemple d Ethernet : l adresse MAC Cette couche gère également le contrôle d erreurs Une somme de contrôle (checksum) est utilisée Exemple de protocoles travaillant sur la couche 2 Ethernet, ATM, n (Wifi), PPP Exemple d équipement travaillant sur la couche 2 Commutateur Ethernet (Switch) 14

15 L3:LA COUCHE RÉSEAU Gère les communications de proche en proche C est la 1 ère couche concernée par les communications inter-réseaux Cette couche est chargée de construire une communication de bout en bout en utilisant les équipements voisins Elle réalise : Le routage : Détermine un chemin vers la destination Le relayage : Transmet les paquets vers l équipement suivant Le contrôle de flux : prise en compte de la congestion réseau Utilise l adresse logique Adresse IP (ipv4 et ipv6) Exemples de protocoles : IP, ICMP, IPX, ARP, IGMP Exemple d équipement : Le routeur 15

16 L4 : LA COUCHE TRANSPORT Elle gère les communications de bout en bout entre processus distants Le processus dialogue avec le processus distant et demande une page web Le processus dialogue avec le processus distant et demande le téléchargement d un fichier Communication inter-processus Nœud A Processus (Client Web) Processus (Serveur mail) Processus (Client FTP) Nœud C Processus (Serveur FTP) Port Port Port Port Port Port Support de transmission Nœud B Processus (Serveur Web) Processus (Client mail) Le processus dialogue avec le processus distant et demande à lire les nouveau courriels 16

17 L4 : RÔLES DE LA COUCHE TRANSPORT Connexion entre processus Multiplexage proposant plusieurs terminaisons sur un même nœud grâce au port Segmentation et réordonnencement des données Rappel : Le PDU est le segment ou message Contrôle de flux La vitesse de transmission peut être gérée en fonction des capacités hétérogènes de réception/transmission des nœuds impliqués Deux modes : Le mode orienté connexion Priorité est donnée à l intégrité des données Le mode non orienté connexion Priorité est donné à la rapidité de transmission Exemples de protocoles : TCP, UDP, SCTP, FCP 17

18 L5 : LA COUCHE SESSION Elle est chargée de l ouverture, du maintien et de la fermeture d une session entre processus Elle est donc fortement liée aux notions suivantes : Authentification : Exemple : Ouverture de session avec login/mot de passe Permissions : Exemple : Droits accordés à l utilisateur pendant la session Restauration de session : Exemple : L utilisateur retrouve ses droits si la connexion est interrompue Elle assure aussi la communication multipoint Typiquement : Visio-conférence, téléphonie Exemple de protocoles: SSH, SIP, L2TP, PPTP 18

19 L6 : LA COUCHE PRÉSENTATION Chargée du codage des données applicatives Les couches 1 à 5 ne se préoccupent pas de la signification des octets qu elles transportent La couche 6 prépare ces données pour la couche applicative Exemple : Encodage de caractères (UTF-8, ISO ) Chargée aussi de la sérialisation de structures complexes sous forme d une suite d octets Exemple : XML A l occasion, L6 peut aussi réaliser du cryptage ou de la compression Exemple de protocoles : ASCII, Unicode, MIME, HTML 19

20 L7 : LA COUCHE APPLICATION L7 est considérée comme le point d accès réseau de toute application Le modèle OSI n a pas pour rôle de spécifier de règles à ce niveau Il existe une multitude d applications si bien qu il est impossible d être exhaustif Quelques exemples de protocoles : DNS : Domain Name System DHCP : Dynamic Host configuration Protocol HTTP : HyperText Transfer Protocol IMAP : Internet Message Access Protocol RTP : Real-time Transfer Protocol 20

21 LE MODÈLE TCP/IP Modèle basé sur 4 couches seulement S inspire d une approche plus pragmatique Conçu pour modéliser le réseau Internet TCP/IP représente une pile de protocoles à l usage d Internet Les 4 couches sont : Internet Accès au réseau 21

22 COMPARAISON OSI, TCP/IP Comparaison OSI TCP/IP OSI Présentation Session TCP/IP Internet Accès au réseau 22

23 DÉMONSTRATION - WIRESHARK 23