Le modèle OSI et TCP/IP expliqués simplement

1. Pourquoi un modèle en couches ?

Un ordinateur Dell sous Windows, une box Orange, un switch Cisco et un serveur Linux chez un hébergeur arrivent à se parler. C'est possible parce que chacun respecte les mêmes règles, rangées par couches. Chaque couche :

• rend un seul service à la couche du dessus (par exemple : « livre ce paquet à cette adresse IP ») ;
• ignore comment les couches du dessous font leur travail. Une page web s'affiche de la même façon en Wi-Fi, en fibre ou en 4G, car l'application ne voit pas la différence.

Le modèle sert aussi à diagnostiquer : quand « internet ne marche pas », on vérifie les couches une par une en partant du bas (partie 8).

Deux modèles coexistent :

• OSI (7 couches), publié en 1984 par l'ISO : c'est le modèle de référence, celui du vocabulaire (« un switch de niveau 2 », « un problème de couche 1 ») ;
• TCP/IP (4 couches) : c'est le modèle réellement utilisé par internet.

2. Les 7 couches du modèle OSI

On les numérote de bas en haut : la couche 1 touche le câble, la couche 7 touche l'utilisateur.

La différence entre les couches 2, 3 et 4, simplement

Ce sont les trois couches qu'on manipule tous les jours. Reprenons le colis :

L'adresse MAC change à chaque saut de routeur ; l'adresse IP reste la même de bout en bout (sauf traduction par un NAT, voir IP publique, IP privée et NAT) ; le port désigne le logiciel qui doit recevoir.

3. Le modèle TCP/IP, celui d'internet

TCP/IP regroupe les couches d'OSI en quatre :

Dans la pratique, les couches 5 et 6 d'OSI n'existent pas séparément : c'est l'application qui gère son format, ses sessions et son chiffrement. Certains ouvrages présentent TCP/IP en 5 couches, en séparant la couche physique de la couche liaison ; le principe est le même.

4. L'encapsulation : le voyage d'une page web

Vous ouvrez https://exemple.fr depuis un ordinateur en 192.168.1.42.

À l'envoi, chaque couche ajoute son en-tête (son emballage) devant ce que lui donne la couche du dessus :

7 Application                                   [ Requête HTTPS ]
4 Transport                    [ TCP 51000→443 ][ Requête HTTPS ]
3 Réseau    [ IP 192.168.1.42→serveur ][ TCP ][ Requête HTTPS ]
2 Liaison [ Ethernet MAC PC→box ][ IP ][ TCP ][ Requête ][ FCS ]
1 Physique  010010110101010011010010…  (signal électrique, lumière, ondes)

À chaque routeur traversé, l'équipement ouvre jusqu'à la couche 3, lit l'adresse IP de destination, choisit la route, puis refait un nouvel emballage de couche 2 avec les adresses MAC de l'étape suivante.

À l'arrivée, le serveur fait le chemin inverse, la désencapsulation : il retire l'en-tête Ethernet, puis l'en-tête IP, puis l'en-tête TCP, et remet la requête au logiciel qui écoute sur le port 443.

Les tailles réelles

Quand un tunnel ou un VPN ajoute ses propres en-têtes, la place disponible diminue : c'est l'origine de nombreux problèmes de « MTU » (des sites qui chargent à moitié derrière un VPN, par exemple).

5. TCP ou UDP : les deux façons de transporter

Analogie : TCP est une lettre recommandée avec accusé de réception, UDP une carte postale.

Les ports les plus courants

6. Les équipements, couche par couche

C'est ce qui explique les termes « switch de niveau 2 » ou « pare-feu applicatif » (de niveau 7). Pour aller plus loin sur la couche 2 : comprendre les VLAN.

7. Les couches dans la vie réelle

8. Diagnostiquer une panne couche par couche

On commence toujours par le bas : inutile de chercher un problème de DNS si le câble est débranché.

Dès qu'une couche échoue, la panne est à ce niveau ou en dessous. La méthode complète est détaillée dans diagnostic réseau : les commandes essentielles.

9. Les nuances à connaître

• Le modèle OSI est une référence, pas une implémentation : aucun réseau courant n'applique ses 7 couches à la lettre.
• Certains protocoles sont à cheval : ARP relie la couche 3 (IP) à la couche 2 (MAC) ; TLS est rangé selon les sources en couche 5, 6 ou 7.
• Le vocabulaire varie : on dit souvent « paquet » pour tout, mais en toute rigueur on parle de trame en couche 2, de paquet en couche 3 et de segment en couche 4.
• Les informaticiens parlent parfois d'« erreur de couche 8 » : la couche au-dessus de l'application, c'est-à-dire l'utilisateur.

À retenir

• OSI : 7 couches, le modèle de référence et du vocabulaire. TCP/IP : 4 couches, le modèle réellement utilisé.
• Couche 2 = MAC, d'un équipement au suivant ; couche 3 = IP, de machine à machine ; couche 4 = port, de programme à programme.
• À l'envoi, chaque couche ajoute son en-tête ; à l'arrivée, chaque couche retire le sien.
• TCP : fiable et ordonné ; UDP : rapide et léger.
• Switch = couche 2, routeur = couche 3, pare-feu = couches 3 à 7.
• Pour diagnostiquer, on remonte les couches de la 1 vers la 7.