Understanding Computer Network Operation Through OSI and TCP-IP Models

1. Comprendre le fonctionnement du réseau informatique : les modèles OSI et TCP-IP Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Free Powerpoint Templates Page 1

2. Introduction Afin que les ordinateurs ou des objets qui utilisent un langage informatique puissent communiquer ensemble, des chercheurs ont créé des modèles ou normes qui facilitent la communication.  Deux modèles sont entrés en concurrence :   Le modèle TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) créé en 1976).  Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) créé en 1984. Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Page 2

3. Principes généraux Ces modèles sont basés sur une superposition de couches : 4 dans le modèle TCP/IP et 7 dans la modèle OSI.  Chaque couche est caractérisée par deux particularités :  elle utilise un protocole de communication (ensemble des règles et formats permettant la communication entre deux matériels informatique) qui lui est propre et est incompréhensible pour les autres couches ;  elle offre un service à la couche qui lui est supérieure.  Ces deux particularités ont deux conséquences :  chaque couche ne peut communiquer qu'avec la couche la plus proche (en dessous ou au dessus d’elle) ;  chaque couche est indépendante, c’est-à-dire que toute évolution technique d’une couche ne nécessite pas de modifier les autres couches.  Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Par exemple, le changement du protocole de la couche réseau (couche 3), le protocole IPV4, en un nouveau protocole, le protocole IPV6, peut se faire sans qu’il soit nécessaire de revoir le fonctionnement des autres couches. Page 3

4. Les modèles OSI et TCP/IP : résumé des couches et de leur rôle respectif Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Source : cisco.goffinet.org Page 4

5. Le modèles OSI : principe de circulation de l’information Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Page 5

6. Le modèles OSI : principe de circulation de l’information (1/2) Afin d’expliquer le principe de circulation, prenons l’exemple d’un individu qui souhaite voir afficher une page web en saisissant son adresse dans la barre d’adresse de son navigateur préféré. Dès que l’individu aura validé l’adresse en appuyant sur la touche entrée de son clavier, sa requête va parcourir 14 étapes, c’est-à- dire 14 couches (dans le modèle OSI). Sur l’ordinateur de l’émetteur (l’individu dans notre exemple), la requête va passer par 7 couches successives : 1) Application 2) Présentation 3) Session 4) Transport    Chaque couche va ajouter des informations (un « entête ») qui seront « décodées » par la couche correspondante lors du processus de réception. Ce processus d’ajout d’un entête par couche s’appelle « l’encapsulation » ( à l’image des poupées russes). Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits 5) Réseau 6) Liaison de données 7) Physique Page 6

7. Le modèles OSI : principe de circulation de l’information (2/2) Sur l’ordinateur du récepteur (l’hébergeur du site web dans notre exemple), la requête va à nouveau passer par 7 couches successives (dans le sens opposé au processus d’envoi) : 1) Physique 2) Liaison de données 3) Réseau 4) Transport 5) Session 6) Présentation 7) Application La signification des entêtes est la suivante : AH Application header PH Presentation header SH Session header TH Transport header Chaque couche va lire l’entête qui a été créé par la couche correspondante lors du processus d’émission. Ce processus de lecture d’un entête par couche s’appelle « dé-encapsulation ». Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits NH Network header LH Liaison header LT Limiteur de trame Page 7

8. Le modèle OSI : la couche 1 - Physique Le rôle principal de la couche 1 est de fournir le support physique de transmission de la communication. Les câbles Ethernet (gaines torsadées) au bout desquels on trouve une prise RJ45 jouent ce rôle.  Pour communiquer, la machine envoi deux types de signaux électriques qui varie entre 0 Volt et 5 Volts : le 5 V signifie « 1 » ; le 0 V signifie « 0 » .  - - Le signal ne pouvant représenter que le chiffre « 0 » ou le chiffre « 1 », on l’appelle nombre binaire, dont le nom anglais est binary digit plus communément appelé « bit ». Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Page 8

9. Le modèle OSI : la couche 2 – Liaison de données (1/3) Le rôle de la couche 2 est de connecter des ordinateurs sur un réseau local. Le réseau local est, en anglais, appelé LAN (Local Area Network).  Pour pouvoir s’identifier de façon unique, chaque machine à une adresse qui lui est propre : l’adresse MAC (Media Access Control). L'adresse MAC est l'adresse d'une carte réseau que possède chaque ordinateur (comme le numéro de Sécurité Sociale d’un individu). L’adresse MAC est en numérotation hexadécimale (de 0 à f). Les lettres a à f représente les chiffres 10 à 16. Elle est unique au monde pour chaque carte et est codée grâce à un nombre qui comprend 6 octets (48 bits). Chaque octet est généralement séparé par le signe de ponctuation « : ». Un constructeur de cartes achète trois octets qui lui permettront de donner des adresses à ses cartes. Par exemple, s’il achète la suite de trois octets :      Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits 2a:09:bd, toutes les cartes qu’il va fabriquer vont commencer par ces trois octets. Par exemple : 2a:09:bd:00:00:01 ; puis : 2a:09:bd:00:00:02 ; etc. Page 9

10. Le modèle OSI : la couche 2 – Liaison de données (2/3)  Pour que les ordinateurs sur le LAN se comprennent, ils utilisent un même protocole : le protocole Ethernet.  Ce protocole précise que, dans un message, il faut nécessairement envoyer trois types d’informations (comme pour un mail) : 1) l'adresse du destinataire ; 2) l'adresse de l'émetteur ; 3) le message.  Ce format de message, qu’on appelle une trame, comprend 5 blocs : Adresse MAC DST (ordinateur du DeSTinataire) Adresse MAC SRC (ordinateur SouRCe) Protocole de couche 3 Données à envoyer CRC Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Le CRC est un contrôle d’erreur qui permet de vérifier que le message est entier. Page 10

11. Le modèle OSI : la couche 2 – Liaison de données (3/3)  Pour connecter plusieurs matériels (PC, imprimante…) sur un même LAN, on utilise un commutateur (souvent appelé par son nom anglais switch). Les câbles Ethernet des ordinateurs sont reliés, via leur prise RJ45, aux ports (« prises femelles ») du commutateur. Commutateur Cisco 24 ports  Ce dernier doit transmettre les trames qu’il reçoit d’un PC (ou tout autre appareil muni d’une carte réseau) au bon destinataire.  Dès qu’un PC fait une demande au commutateur de transmettre une trame à un autre PC, le commutateur regarde dans sa table CAM (Content- Addressable Memory - Mémoire adressable par contenu -) à quel port est associé l’adresse MAC du PC destinataire de la trame. Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits  Si l’adresse MAC du PC n’est dans sa table, le commutateur envoi une requête à tous les PC reliés pour qu’ils s’identifient auprès de lui. Page 11

12. Le modèle OSI : la couche 3 - Réseau (1/6)  Le rôle de la couche 3 est de connecter les réseaux entre eux (on dit interconnecter).  Le routeur permet cette interconnexion car il possède au minimum 2 cartes réseaux, ce qui lui permet de se connecter à au moins 2 réseaux différents (chaque carte réseau appartient à un seul réseau à la fois).  Lorsque la machine destinataire d’un message n’est pas dans le réseau local de la machine qui l’expédie, le routeur du réseau va devoir trouver le chemin (la route) à suivre pour envoyer le message. Chercher une route s’appelle le routage.  Pour que des matériels situés sur des réseaux différents se comprennent, ils utilisent un même protocole : le protocole IP (Internet Protocol). Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Page 12

13. Le modèle OSI : la couche 3 - Réseau (2/6)  Pour pouvoir s’identifier de façon unique, chaque machine à une adresse qui lui est propre : l’adresse IP.  À la différence de l’adresse MAC, celle-ci n’est pas attribuée par le fabricant de la carte réseau mais peut être changée.  Si l’adresse IP change automatiquement au bout d’un certain délai (ex. 24h), on dit que l’adresse IP est dynamique (ce qui est généralement le cas pour les postes clients au contraire des serveurs qui possèdent généralement une adresse statique).  Lorsqu'un réseau local est connecté à internet, c’est le fournisseur d’accès à internet (FAI) qui va fournir l’adresse IP à l’une des cartes du routeur afin que ce dernier puisse communiquer avec d’autres routeurs situés sur dans réseau internet. Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Page 13

14. Le modèle OSI : la couche 3 - Réseau (3/6)  En France, le FAI intègre le routeur au sein de sa « BOX » (ex. Livebox pour Orange). Celle-ci contient, en plus du routeur :  un commutateur,  un point d’accès Wifi,  un modem qui transforme les bits en impulsions électriques afin qu’ils puissent circuler sur le réseau ADSL,  un ou plusieurs ports USB qui permettent de relier un disque dur externe ou une imprimante (la box fournit un serveur d’impression) qui seront accessibles à l’ensemble des ordinateurs du réseau LAN. Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Page 14

15. Le modèle OSI : la couche 3 – Réseau (4/6)  Pour connaître l’itinéraire suivi par un message (un paquet IP) sur internet on peut utiliser la commande tracert sous Windows (ou traceroute sous Linux) . Pour cela : 1) Appuyer sur la touche Windows du clavier en même temps que sur la touche « X ». 2) Dans la liste qui apparaît, cliquer sur « Invite de commande ». 3) À la suite du prompt, saisir la commande « tracert » suivi du nom du site dont vous voulez connaître l’itinéraire (dans l’exemple ci-après « www.clubic.com »). Il faut veiller à mettre un espace après la commande tracert.  En moins d’une minute, vous connaitrez la liste de tous les routeurs (ainsi que les temps de connexion entre chaque routeur) qui sont situés sur le chemin entre votre PC et le serveur sur lequel est hébergé le site auquel Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits vous souhaitez vous connecter. Page 15

16. Le modèle OSI : la couche 3 – Réseau (5/6)  Un exemple (sous Windows 10) : Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Page 16

17. Le modèle OSI : la couche 3 – Réseau (6/6)  Le rôle de la table ARP  La table ARP (qui est un protocole à cheval entre la couche 2 et la couche 3) fait l’association entre l’adresse MAC et l’adresse IP.  Chaque routeur et chaque PC met à jour sa table ARP par l’adresse de broadcast (255.255.255.255).  Ci-dessous, un exemple de table ARP d’un PC (adresse 192.168.1.12). L’adresse physique est l’adresse MAC des matériels qui sont connus du PC (avec leur adresse IP associée). Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Page 17

18. Le modèle OSI : la couche 4 – Transport (1/3)  Le rôle de la couche 4 est de permettre les connexions aux applications (logiciels) qui sollicitent l’accès à internet.  En effet, une fois connues les adresses MAC et IP d’un PC, il faut pouvoir envoyer les paquets demandés au bon logiciel (et au bon onglet dans un navigateur).  Par exemple, chaque navigateur qui sollicite un accès au web va demander l’ouverture de ports (des portes en fait) pour envoyer et recevoir les informations des pages web dont il demande l’affichage (dans le jargon informatique, on dit qu’il fait des requêtes).  Ainsi, une requête nécessitant l’affichage d’une page web sera d’abord envoyée sur le port 80 du PC (qui est le port réservé aux requêtes vers le web).  Le PC transmettra la requête au routeur du LAN qui l’enverra à son tour à Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits un routeur situé sur le chemin qui mène au site web demandé (et ainsi de suite). Page 18

19. Le modèle OSI : la couche 4 – Transport (2/3)  Lorsque le serveur sur le lequel est hébergé le site web aura reçu la requête, il transmettra le contenu de la page web au PC du demandeur.  Le système d’exploitation de celui-ci (ex. Windows 10) ouvrira un port disponible (ex. le port 2142) afin que la réponse soit transmise au navigateur qui a fait la requête.  Quelques exemples de ports attribués par défaut :  Web : 80  SMTP (envoi de mails) : 25  Pop3 (réception de mails) : 110  Proxy : 8080  Serveurs Steam (pour les jeux en ligne) : 27000 à 27050  Web sécurisé (https) : 443 Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits  Pour information, chaque ordinateur peut ouvrir 65536 ports (216). Page 19

20. Le modèle OSI : la couche 4 – Transport (3/3)  Comme pour les couches précédentes, la couche transport doit utiliser un protocole.  En fait, pour se connecter au port, la couche 4 utilise deux protocoles en fonction de la demande :  Le protocole TCP sera utilisé pour les logiciels qui ont besoin que tous les paquets soient reçus sans aucune perte (web, mail, etc.) Par exemple, lorsqu’on reçoit un mail, il faut que l’intégralité du mail soit transmis sans erreur ! Le protocole TCP assure ce service mais au détriment d’une certaine lenteur.  Le protocole UDP sera utilisé pour les logiciels qui nécessitent que les paquets soient émis en temps réel même si certains paquets seront perdus. Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Par exemple, la messagerie Skype nécessite de se parler en temps réel même si la qualité de l’affichage ou de la voix n’est pas parfaite. Page 20

21. Le modèle OSI : les couche 5 et 6 – Session et Présentation  Couche session  La couche 5 session permet, par exemple, de garder une connexion ouverte sur des ordinateurs différents (par exemple pour prendre le contrôle d’un ordinateur à distance).  Elle est peu utilisée et n’est donc pas reprise par le modèle TCP/IP.  Couche présentation  La couche 6 présentation assure la mise en forme des données afin qu’elles puissent être lisibles par la couche application.  Son rôle est de convertir les données, les crypter (si nécessaire), les compresser (afin de les rendre moins volumineuses).  En fait, elle n’est pas reprise dans le modèle TCP/IP. En effet, les couches application et présentation sont traitées en même temps au sein du logiciel Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits qui est utilisé par l’utilisateur pour se connecter au réseau (par ex. le navigateur). Page 21

22. Le modèle OSI : la couche 7 – Application (1/2)  Le rôle de la couche 7 est d’assurer l’interface entre l'utilisateur et le réseau.  C'est donc elle qui fournit à l'utilisateur les services disponibles sur internet, comme par exemple la consultation des pages web, la messagerie, la téléphonie sur IP...  Les protocoles utilisés par la couche application sont nombreux et dépendent du service demandé par l’utilisateur.  Il existe ainsi des protocoles pour la messagerie : SMTP, POP et IMAP sont les plus utilisés.  Quant aux protocoles utilisés pour l’affichage des pages web, ils sont connus de l’utilisateur : HTML et HTTP.  Le protocole de transferts de fichiers FTP permet quant à lui de transférer de multiples fichiers sur un serveur. Il est souvent utilisé pour Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits l’administration de sites web. Le logiciel Filezilla est l’un des plus utilisés pour le transfert en FTP. Page 22

23. Le modèle OSI : la couche 7 – Application (2/2)  Le protocole DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) permet à un serveur DHCP de distribuer des adresses IP temporaires à des machines (PC, imprimantes réseaux, tablettes) lorsqu’elle demande une connexion au réseau LAN.  Le protocole DNS (Domain Name System) est un protocole qui permet à un serveur d’associer des noms aux adresses IP des appareils connectés.  Enfin, des protocoles sont nécessaires pour la connexion sécurisée : SSH (Secure Shell) est le plus connu. Pour plus de modèles : Modèles Powerpoint PPT gratuits Page 23