Le modèle OSI en sept couches

Définition

Le modèle OSI est un cadre de référence en 7 couches, normalisé par l'ISO (norme 7498, publié en 1984). Il décrit le trajet d'une donnée depuis une application jusqu'au câble, puis l'inverse chez le destinataire. Chaque couche rend un service à celle du dessus sans connaître son implémentation, ce qui découpe un problème réseau en parties testables une par une.

Les 7 couches et leurs PDU

Couche	Nom	PDU	Rôle principal	Exemples réels
7	Application	Données	Interface entre le logiciel et le réseau	HTTP (80), DNS (53), SSH (22), SMTP (25)
6	Présentation	Données	Encodage, compression, chiffrement	TLS, UTF-8, JPEG
5	Session	Données	Établir, gérer et terminer un échange	Sessions SMB, RPC
4	Transport	Segment	Fiabilité, flux, identification par ports	TCP, UDP
3	Réseau	Paquet	Adressage logique et choix du chemin	IPv4, IPv6, routage
2	Liaison de données	Trame	Accès au média, adresse MAC, contrôle d'erreurs	Ethernet (802.3), 802.11, PPP
1	Physique	Bit	Signaux, câbles, connecteurs, débits	1000BASE-T, RJ-45, fibre

Le nom de l'unité change selon la couche : on parle de bits en couche 1, de trames en couche 2, de paquets en couche 3, de segments en couche 4, et simplement de données en couches 5 à 7.

Ce que chaque couche résout concrètement

• Couche 1 : transporter des bits. Le 1000BASE-T utilise les 4 paires d'un câble Cat 5e ou supérieur, sur 100 m maximum entre le switch et le poste.
• Couche 2 : porter une trame entre deux équipements du même lien, avec des adresses MAC de 48 bits. Un switch apprend les MAC sources et construit sa table d'adressage.
• Couche 3 : donner une adresse logique indépendante du matériel. Le routeur lit l'adresse IP de destination, consulte sa table de routage et choisit l'interface de sortie.
• Couche 4 : distinguer les flux d'une même machine. Le poste qui ouvre trois onglets vers le même serveur utilise trois ports source différents, par exemple 49152, 49153 et 49154 vers le port 443.
• Couches 5 à 7 : le traitement applicatif lui-même. Les équipements réseau interviennent rarement ici, sauf un pare-feu nouvelle génération qui inspecte la charge HTTP.

La couche 2 se découpe en deux sous-couches

IEEE a divisé la couche OSI 2 : la sous-couche LLC (802.2) identifie le protocole de niveau supérieur, la sous-couche MAC (802.3 pour le cuivre, 802.11 pour le Wi-Fi) gère l'adresse physique et l'accès au média. Le champ EtherType d'une trame Ethernet II (0x0800 pour IPv4, 0x86DD pour IPv6) joue le rôle de l'identifiant LLC dans la pratique.

OSI et équipements réseau

Équipement	Couches concernées	Pourquoi
Hub, répéteur	1	Recopie des signaux électriques, aucune intelligence
Switch	1 et 2	Se communique par adresses MAC, ne lit pas les IP
Routeur, switch de distribution	1, 2 et 3	Prend des décisions par adresse IP
Pare-feu classique	3 et 4	Filtre par adresses et ports
NGFW, IPS	jusqu'à 7	Reconnaît les applications et les signatures d'attaque
Point d'accès	1 et 2	Convertit radio en Ethernet

Encapsulation traversée par la couche

Une requête HTTP de 100 octets de charge utile reçoit, en descendant le modèle : un en-tête TCP de 20 octets (numéros de séquence, ports), un en-tête IPv4 de 20 octets (adresses, TTL), puis un en-tête Ethernet de 14 octets et un FCS de 4 octets. Total : 158 octets sur le câble pour 100 utiles. Le préambule de 8 octets s'ajoute au niveau physique. Chez le destinataire, chaque couche lit son champ et retire son en-tête : c'est la désencapsulation.

Dépanner avec le modèle

Trois méthodes, toutes acceptées par Cisco :

• Bottom-up : partir de la couche 1. Le câble est branché, le voyant est allumé, puis on monte.
• Top-down : partir de l'application. L'utilisateur voit une erreur, on vérifie DNS, puis TCP, puis IP.
• Diviser pour régner : attaquer par la couche 3 avec un ping. Si le ping passe, les couches 1 à 3 sont validées, le problème est ailleurs.

Exemple chiffré : un poste ne va pas sur le web. show ip interface brief montre GigabitEthernet0/1 en up up, ipconfig donne 10.10.10.55/24 avec passerelle 10.10.10.1, le ping de la passerelle répond en 1 ms, le ping de 8.8.8.8 répond, mais nslookup www.cisco.com échoue. Le défaut est en couche 7 (résolution DNS), pas en couche 3.

Switch# show interfaces GigabitEthernet0/1
GigabitEthernet0/1 is up, line protocol is up
  Hardware is Gigabit Interface, address is 001c.57bf.0001
  MTU 1500 bytes, BW 1000000 Kbit, DLY 10 usec

Les compteurs de cette sortie parlent le langage du modèle : erreurs CRC en couche 2, collisions en couche 2, output drops en couche 3.