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Etude des réseaux
Modèle O.S.I.
Sommaire

du site

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Généralités sur les Réseaux.
  
Suite :
Unités de Transmission

Contenu de cette page

La page précédente n'a fait que camper le décor.
Nous allons maintenant nous pencher sur le fonctionnement interne des réseaux.

Plan de la présentation

Pour aborder cette vaste étude des résaux, il faut un plan progressif.
D'abord les grands principes
que nous allons développer dans la présente page.

Plus tard, à l'intérieur de chacun ces principes, nous découvrirons de multiples modalités d'application.
Ce qui nous permettra, de préciser la manière concrète dont ces principes s'appliquent aux réseaux réels.

La présente étude suit point par point les recommandations de la Commision Internationale de Normalisation : l ' ISO
pour son modèle dit OSI (Open System Interconnexion).

Ces recommandations divisent la complexité en partageant le problème en sept "couches".
(Chaque couche couvre un domaine technique particulier)
.

Modèle OSI
1° - Historique

Les années 1970 ont marqué l'essor des réseaux dans le monde.
Sous l'impulsion des grands groupes industriels, bancaires, etc.
qui y voyaient un moyen très rentable d'échanger rapidement des données entre des succursales éloignées.

De multiples concepteurs ont proposé des solutions...malheureusement incompatibles entre-elles.

Cette incompatibilité freinait le développement de ces nouvelles technologies.
Que faire, si pour adopter tel nouveau type de réseau proposé plus performant,
il faille changer les réseaux existants, récemment acquis, à cause de son incompatibilité ?

Depuis sa révolution de 1787, l'Amérique aspire à la Liberté, particulièrement en matière d'Entreprise.
Mais une totale liberté avait conduit à la situation anarchique décrite ci-dessus.
A l'autre extrême : obliger par planification tous les constructeurs à ne produire qu'un seul type de machine ?
Vous n'y pensez même pas !

La solution est au milieu : une totale liberté dans un cadre minimum défini mais non légalement obligatoire.
Libre à chaque constructeur d'y adhérer ou pas. Le marché optera de lui-même pour la meilleure solution
entre quelques produits particuliers incompatibles et des produits divers mais coopérants..

Ce cadre, ce fut
l'ISO "Organisation Internationale de Normalisation" créée en 1947
et qui groupait les organismes de normalisation de 164 pays.

Une commission est mandatée (1970) pour créer un MODÈLE UNIVERSEL de RÉSEAU.
Le modèle qui en résulta s'appelle l'OSI ( Open Systems Interconnection).
Interconnexion des Systèmes Ouverts.

Il s'agit d'un modèle MINIMAL & ABSTRAIT !

Minimal signifie que le modèle précise seulement la division (en couches) et la succession des tâches
à accomplir par l'informatique pour assurer les diverses fonctions indispensables
que doivent remplir les différents composants d'un réseau le plus général.
Libre à tel ou tel constructeur d'aménager d'autres fonctionnalités
pourvu qu'elles s'exercent dans le cadre du modèle,
ce qui n'est nullement limitatif.

Le modèle est défini de manière abstraite,
C'est à dire que les directives imposées par le modèle
ne font aucune référence à la manière dont tel ou tel concepteur les réalisera concrètement.

Toute liberté est laissée aux constructeurs
pour créer des dispositifs à leur guise, pourvu que les fonctions basiques soient finalement respectées.

Ainsi sont garantis :
  • Un maximum de compatibilité entre les diverses fabrications,
    sur les points essentiels décrits dans le modèle.
  • Un maximum de liberté laissée à la créativité, l'inventivité.
  • La propriété industrielle des conceptions.

2° - Répartition des tâches

Comment réaliser des communications fiables dans un réseau comme celui-ci ?



La complexité des réseaux oblige à compartimenter les tâches à accomplir pour les mettre en oeuvre.

L'OSI propose une division en 7 niveaux de compétences diférentes.

  1. Niveau 1 - dit "Physique" -

    • Lignes de transmssion physique du signal.
      • Distinguer les différents types :
        Lignes métalliques, fibres optiques, liaisons radioéletriques, infra-rouge, etc
      • Définir leurs caractéristiques, capacités, etc.

    • Architectures (différentes manières de relier ensemble n ordinateurs)
      • réseau maillé (comme dans la figure ci-dessus),
      • en bus
      • en aneeau,

    • Signal physique représentatif du flot binaire à transmettre.
      • Type de codage
        (NRZ, Synchrone, Asynchrone, Manchester,... etc.)
      • Mode de transmission
        (Bande de base, Modulation)

    • Délimitation des unités de transmission.
      Nous verrons que les messages qu'échangent les stations sur les réseaux sont divisés,
      par nécessité, en courts tronçons binaires appelés "unités de transmission" UT (ou TU ).

      Ces unités de transmission sont délimitées par des séquences de codes binaires conventionnels : généralement une "en-tête" et un délimiteur de fin d'UT.
      L'interface physique station-réseau doit être capable de repérer ces délimiteurs
      et de générer un signal à leur passage afin que l'on puisse repérer le contenu réel de l'unité de transmission.
      Ce contenu sans les délimiteurs, comme nous le verrons, s'appelle une TRAME.
      Les démiiteurs sont souvent appelés des délimiteurs de trame.

  2. Niveau 2 - dit "Liaison" -
    • Procédures en cas d'erreur de transmission (parasites en ligne) ?
      • Comment peut-on la déceler ? La corriger ?
      • Doit-on attendre un acquittement de bonne réception ?
      • Doit-on répèter le message ?
      • Comment le redemander ?
      • etc.

    • Accès à différents services.
      • Il est parfois possible d'utiliser divers modes de transmission sur la ligne.
        • rapides mais chers
        • économiques mais lents
        • etc.

        Des conventions particulières qu'on appelle Points d'Accès aux Services
        (SAP Service Access Points) peuvent être mises en oeuvre à ce niveau.

    • Adressage : Ce niveau 2 n'a pas, aux yeux de l'OSI, vocation à s'occuper de remettre le message à la bonne station destinatrice. C'est le niveau 3 qui est chargé de cette tâche.
      Mais dans certains types de réseaux locaux (ETHERNET p. ex.) il est pratique et rentable de s'occuper de cette tâche à ce niveau 2 (ce qui ne dispense pas de la faire également au niveau 3, comme nous le vérrons en détail plus loin dans ce cours).

  3. Niveau 3 - dit "Réseau" -
    Comment adresser un message à un hôte particulier de un vaste réseau qui en compte tant ?

  4. Niveau 4 - dit "Transport" -
    Nous verrons que les messages échangés entre hôtes du réseau comme celui de la fig. ci-dessus,
    doivent obligatoirement être tronçonnés pour passer dans les mailles.
    Comment s'assurer que tous les "morceaux" arrivent dansl'ordre et sans perte au destinataire ?

  5. Niveau 5 - dit "Session"
    Comment initier un échange de données de manière automatique entre deux hôtes souhaitant dialoguer à traver le réseau ?
    Comment maintenir la liaison tant que l'échange perdure, malgré des interruptions sporadiques ?
    Comment y mettre fin proprement sans, par exemple, que l'un des correspondants
    attende indéfiniment ?

  6. Niveau 6 - dit "Présentation" -
    Et si les machines en communication ne "parlent pas la même langue" ?
    Si les informations binaires qu'elles sont censées ne sont pas codées de la même manière ?
    Il faut un traducteur !

  7. Niveau 7 - dit "Application"
    Un certain nombre d'opérations sont banales sur les réseaux.
    La plus fréquente de nos jours est le téléchargement de pages Web. Comme celle que vous lisez actellement.

    Un autre exemple : télécharger des fichiers de toute sorte : texte, images, vidéos d'un "serveur" du réseau vers votre ordinateur ou inversement.
    Un utilitaire (FTP "File Transfer Protocol") permet cela avec un minimum de paramérage de la part de l'utilisateur.

    Il y a foule d'applications de ce genre...bases de données, etc...
    Plus celles que vous pouvez créer...


    Le niveau 7 semble ne pas faire partie du réseau, mais les applications doivent, pour être mises en oeuvre à travers lui, satisfaire à certaines exigences étroitement liées à son fonctionnement.

Couches OSI

Bien avoir à l'esprit que :
Ces tâches seront accomplies par des logiciels implantés dans les machines communicantes.

On attibue à chacun des niveaux précédemment décrits une "couche logicielle" de même n° d'ordre.
Couche 1, couche 2, ... , couche 7.

Pourquoi ce mot "couche" ?

C'est l'abréviation de "Couche d'Abstraction"

Chacune des couches réalise les tâches de son niveau, mais ces tâches sont définies de manière abstraite.

C.à.d. que seules les foncions à accomplir sont décrites.
Pas la structure interne des programmes qui est invisible et connue seulement des concepteurs des programmes.

Les logiciels animant les couches travaillent dans un ordre précis.

Ce qui signifie qu'à l'émission, les données à transmettre sont traitées par le logiciel de couche 7,
le résultat est ensuite passé au logiciel de couche 6,
etc. jusqu'à la couche 1 qui génère le signal physique à transmettre en en ligne.

A la réception, l'ordre est inversé : 1 à 7.
La couche 1 décode le signal (physique) arrivé en ligne et passe le résultat en symboles binaires à la couche 2, etc.


VARIANTES

Les modèles

Il y a eu des variantes au modèle OSI.
En particulier parce que la pratique a montré que des solutions ne correspondant par tout à fait au modèle OSI,
povaient s'évérer plus rentables dans certains cas.

Mais à part quelques légers débordements entre couches ou l'absence de certaines autres,
inutiles dans des cas particuliers, le modèle OSI reste une base pour se repérer.

Pratiquement toutes les réalisations actuelles partent d'un des trois modèles :

  • le modèle OSI : "Open System Internommunication"
    édicté par l'organisme ISO "International for Standardization Organisation".
  • le modèle DoD "Departement of Defense" qui a donné "TCP/IP & Internet"
  • Le modèle UIT "Union Internationale de Télécommunications"
    pour l'environnement ATM : "Asynchronous Transfer Mode"
    pour les réseaux de distribution à haute vitesse.
  • Le modèle TCP/IP que nos verrons en détail plus loin..

Ici, dans un but didactique, nous nous servirons surtout du modèle OSI, plus complet..

C'est un modèle en 7 couches.


Précisons davantage les fonctions particulières de chaque couche OSI.

  1. Couche Physique :
    Concerne les techniques de transmission physique du signal :
    • Topologies : Comment, physiquement, sont reliées les machines (en réseau maillé, en étoile, en bus).

    • Caractéristiques des lignes de transmission : paires métalliques, câbles, fibres optiques, faisceaux hertziens, etc;

    • Forme et caractéristiques électriques ou optiques du signal à transmettre en ligne
      pour représenter fidèlement un flot logique binaire. Transmission en Bande de base, ou Modulations.

    • Dispositifs électroniques et informatique embarquée dans les cartes réseau, dans le but de :
      • Générer à l'émission /Déterminer à la réception : les débuts et fins de trames
      • Générer/Décoder les codes de contrôle d'erreurs.
      • Coder/Décoder en binaire le signal physique en ligne.
      • etc. Voir dans ce site l'étude complète et précise de la Couche Physique.

  2. Couche Liaison : Malgré toutes les précautions prises, l'information envoyée par une station peut arriver à la station destinataire
    entâchée d'erreurs de transmission (parasites en ligne).ou même , certains paquets meuvent ne pas arriver du tout.

    Le travail de la couche "Liaison" consiste à :
    • Vérifier si une erreur s'est introduite lors de la transmission.
      C'est possible grâce à des codages particuliers autodétecteurs d'erreur.
    • La corriger:
      • soit en établissant un dialogue avec la station émettrice, lui demandant de renvoyer la trame.
      • Soit de la corriger grâce à des des codages autocorrecteurs. (Codages de Haming p. ex.).
      • Ou, dans certains cas, de ne pas la corriger, mais d'éliminer la séquence érronnée.
        (D'autres couches du réseau devront alors se charger du travail de récupération en redemandant les paquets perdus).
    • Il faut noter que dans certains types de réseaux locaux, la couche liaison assure une fonction supplémentaire d'adressage local.
      parce ce que le mode d'adressage, dit matériel (adresses MAC), est plus rapide pour atteindre les hôtes locaux.
      Cependant, il ne dispense pas, pour atteindre les hôtes distants à travers le réseau global,
      du système d'adressage de niveau 3 "Réseau".
      Voir dans ce site l'étude complète et précise de la Couche Liaison.

  3. Couche Réseau :
    Se charge de l'adressage.
    Comment, dans un réseau comportant un grand nombre de stations,
    peut-on en désigner une comme destinataire ?

    Par quels moyens l'atteindre, dans un réseau maillé
    comportant un grand nombre de noeuds sur un vaste territoire ?
    Voir dans ce site l'étude complète et précise de la Couche Réseau.

  4. Couche Transport :
    Nous verrons que l'information envoyée à un réseau doit être impérativement fractionnée
    en unités de transmission de petite taille.

    Or, des pertes de ces unités sont possibles dans un réseau maillé.
    Nous en verrons les multiples raisons.

    Plus ! Ces unités de transmission peuvent arriver dans le désordre !
    Ou ne pas arriver du tout !
    Elles peuvent même avoir été dupliquées ! Mais si ! Mais si ! Vous verrez...

    Comment faire en sorte de récupérer la totalité des paquets formant le message initial.
    Comment les réassembler dans le bon ordre...et sans doublons ?
    C'est le travail de la couche "Transport"

    Comme vous voyez, les couches 1 à 4 sont indispensables au bon fonctionnement d'un réseau.

    Si on veille à appliquer les spécifications des couches 1°, 2°, 3°, 4°
    le message peut être délivré entier correct et à bon port.



    Les couches 5° 6° 7° sortent de la pure gestion d'un réseau.
    Eles se servent des services rendus par l'ensemble des couches précédentes.
    Voir dans ce site l'étude complète et précise de la Couche Transport .

  5. Couche Session :
    Permet, lors d'un échange complet de données entre deux stations, d'établir des marques afin de pouvoir remédier à une éventuelle coupure de communication, récupérer les séquences perdues, avec le moins de répétitions possible.
    Elle définit également les conditions d'établissement, de maintien et de fermeture de la session d'échange de données entre hôtes.

  6. Couche Présentation :
    Permet de faire dialoguer des machines différentes (vitesses, symboles, organisation, etc)
    grâce à l'interposition d'interfaces de traduction.

  7. Couche Application :
    Regroupe tous les logiciels qui se servent du réseau sans égard à la façon dont il fonctionne intérieurement.
    On appelle ces logiciels des "Applications"
    Par exemple, FTP (File Tranfer Protocol) qui permet de transférer des fichiers d'ordinateur à ordinateur.
    DHCP qui permet d'obtenir une adrese pour la station qui souhaite entrer dans le réseau.
    DNS qui permet de traduire en adresse réseau numérique (IP) un nom de domaine tel que "orange", "sfr", "franceculture", "arte", etc...
    Et bien d'autres...

L'étude des couches de 5 à 7 n'est abordée dans ce site
que pour certains types de réseaux où elle présente un intérêt particulier.

Dans la suite, nous nous attacherons surtout aux quatre couches
Physique - Liaison - Réseau - Transport -

Les "couches" du modèle correspondent à des programmes informatiques.

Concrètement, les tâches imparties à chacune de ces couches
sont réalisées par des logiciels
qui "tournent" en partie dans les ordinateurs des hôtes,
en partie dans des logiciels embarqués dans leurs cartes d'interface réseau.



En page suivante, division des messages en couctes unités de transmission.

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