Intervenir sur un LAN et ses équipements réseau

J'appréhende le modèle OSI/TCP-IP

Les travaux d'extension du bâtiment administratif de la communauté urbaine de Groloin touchent à leur fin. Le mobilier arrive, les postes informatiques suivront bientôt, et la DSI vous confie la mise en place du réseau qui les reliera. Avant de dérouler le moindre câble, vous avez besoin d'un langage commun pour décrire ce que fait un réseau : comment une donnée quitte un ordinateur, traverse un commutateur, un routeur, et arrive intacte sur un autre poste. Ce langage, c'est le modèle OSI, complété en pratique par le modèle TCP/IP. Ils ne remplacent pas le câblage ou la configuration que vous verrez dans les chapitres suivants : ils vous donnent le vocabulaire pour en parler précisément, situer un problème, et savoir à quel niveau chercher quand quelque chose ne fonctionne pas.

Je comprends pourquoi un modèle en couches est nécessaire

Faire communiquer des équipements réseau suppose l'interaction de nombreux protocoles — des règles qui décrivent le format des messages et la manière dont les périphériques doivent échanger des données. Ces protocoles sont eux-mêmes bâtis sur des normes, établies par des organismes de normalisation internationaux (l'ISO, International Standard Organization, ou l'UIT-T pour les télécommunications), européens (CEN, CEPT), nationaux (AFNOR, ANSI) ou industriels (l'IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers, très présent dans les réseaux locaux, ou l'ECMA). Sans ces normes, des équipements fabriqués par des constructeurs différents ne pourraient tout simplement pas s'interconnecter.

Le modèle OSI (Open Systems Interconnection), normalisé par l'ISO, organise cette interaction en 7 couches. Chaque couche est responsable d'un aspect précis de la communication, communique avec la couche immédiatement au-dessus (N+1) et immédiatement en dessous (N-1), et dialogue avec la même couche sur l'équipement distant grâce à un protocole commun. Les couches basses de la pile s'occupent du déplacement physique des données sur le support ; les couches hautes se concentrent sur le contenu du message et l'interface avec l'utilisateur.

Je découvre les 7 couches du modèle OSI

Chaque couche traite une unité d'échange qui porte un nom différent : ce détail, qui semble anodin, est en réalité ce qui vous permettra de savoir immédiatement de quel niveau on parle sur le terrain.

Couche 1 — Physique

Elle adapte le signal (électrique, numérique, analogique, électromagnétique ou lumineux) au support de transmission utilisé — cuivre, air, fibre optique — et gère le type de transmission (synchrone ou asynchrone), avec modulation ou démodulation si nécessaire. Son unité d'échange est le bit. Quelques exemples de signaux : ADSL, codage Manchester, RS-232.

Couche 2 — Liaison de données

Elle doit transmettre les données sans erreur : détection, voire correction des erreurs. Elle détermine aussi la méthode d'accès au support (accès multiple avec écoute de porteuse pour Ethernet, accès à jeton pour Token Ring). Son unité d'échange est la trame, et son en-tête porte les adresses physiques (MAC) source et destination ainsi que le type de protocole transporté. Ethernet, GigaEthernet et le Wi-Fi appartiennent à cette couche.

Couche 3 — Réseau

Elle achemine les données en assurant leur routage, c'est-à-dire le choix du trajet, et traduit les adresses logiques en adresses physiques. Son unité d'échange est le paquet, avec dans l'en-tête les adresses logiques (IP) source et destination, un TTL (time to live) et un identifiant de message. IPv4, IPv6, ICMP et ARP s'y trouvent.

Couche 4 — Transport

Elle transporte les données de bout en bout à travers plusieurs réseaux : établissement, maintien et rupture de la communication, multiplexage, gestion des erreurs. À l'émission, elle segmente le message en segments numérotés ; à la réception, elle les réassemble dans l'ordre grâce aux numéros de séquence et d'acquittement portés dans l'en-tête, aux côtés des ports source et destination. TCP et UDP opèrent à ce niveau — TCP est orienté connexion, fiable, il garantit la livraison et l'ordre des paquets (utilisé par HTTP, FTP, SSH) ; UDP n'est pas orienté connexion, plus rapide, mais ne garantit ni livraison ni ordre (utilisé par le DNS, le DHCP, le streaming vidéo).

Couche 5 — Session

Elle permet l'ouverture et la fermeture d'une session de travail entre deux périphériques, gère la chronologie du dialogue et détermine le mode de transmission (full ou half duplex). Exemples de protocoles : RTSP, Telnet.

Couche 6 — Présentation

Elle formate les données pour qu'elles soient compréhensibles par les deux périphériques : codage, compression, chiffrement et déchiffrement. Exemples de formats : ASCII, MIME (courriels).

Couche 7 — Application

Elle fournit les services directement utilisables par les applications installées sur le poste : HTTP, HTTPS, DHCP, DNS, FTP, SSH en sont des exemples.

J'associe chaque couche aux équipements que je vais installer

Sur le futur réseau de Groloin, trois familles d'équipements agiront chacune à un niveau précis du modèle OSI — vous les retrouverez en détail dans les chapitres suivants :

• un répéteur amplifie et retransmet un signal : il agit au niveau 1, sans comprendre le contenu de ce qu'il transmet ;
• un commutateur (switch) filtre puis transfère les trames vers un hôte précis, ou les inonde vers plusieurs hôtes, en fonction de leur adresse physique de destination : il agit au niveau 2 ;
• un routeur détermine le chemin optimal pour transférer les paquets d'un réseau vers un autre, en fonction de leur adresse logique de destination : il agit au niveau 3.

Cette hiérarchie est la première grille de lecture à avoir en tête quand un incident survient : un câble débranché ou une carte réseau en panne relève de la couche 1, un problème de VLAN ou de table d'adresses MAC relève de la couche 2, une mauvaise route ou un masque de sous-réseau erroné relève de la couche 3.

Je comprends l'encapsulation et la désencapsulation

Quand un message part de l'émetteur, il parcourt les couches du haut vers le bas : chaque couche ajoute ses propres informations de contrôle (son en-tête) à ce qu'elle a reçu de la couche supérieure. C'est l'encapsulation — les données de la couche 7 se retrouvent ainsi enveloppées, couche après couche, jusqu'à devenir des bits sur le support physique.

Sur le récepteur, le message parcourt les couches du bas vers le haut : chaque couche retire l'en-tête qui lui correspond et transmet ce qui reste à la couche supérieure. C'est la désencapsulation, jusqu'à ce que la couche application restitue la donnée d'origine.

Prenons l'exemple d'un agent qui ouvre l'intranet de la collectivité dans son navigateur :

1. Couche Application : le navigateur formule une commande de couche application — une requête HTTP « donne-moi la page /index.html ».
2. Couche Transport : cette commande est enveloppée par un en-tête TCP, qui établit un canal fiable entre un port source et un port destination.
3. Couche Internet (Réseau) : un en-tête IPv4 ou IPv6 est ajouté, avec les adresses IP source et destination.
4. Couche Accès réseau : l'ensemble est encapsulé dans une trame Ethernet ou Wi-Fi qui assure la livraison physique.

Ce mécanisme explique aussi concrètement ce que fait un équipement d'interconnexion à son niveau : un routeur, par exemple, désencapsule un paquet IP reçu pour lire l'adresse de destination, puis le ré-encapsule dans une trame différente — potentiellement avec une adresse source différente — pour le transmettre sur le réseau de sortie. Un routeur ne conserve donc pas la même trame d'un bout à l'autre de son trajet, contrairement à ce qu'on pourrait croire à tort.

Je découvre le modèle TCP/IP en 4 couches

Le modèle OSI, aussi précis soit-il, reste théorique : c'est le modèle TCP/IP (parfois appelé modèle DOD) qui est réellement implémenté sur les réseaux, y compris Internet. Il regroupe les 7 couches OSI en seulement 4, avec sa propre unité d'encapsulation et ses propres utilitaires de diagnostic à chaque niveau :

Au sens strict du modèle TCP/IP, la couche Accès réseau est « vide » : la pile TCP/IP est conçue pour fonctionner avec n'importe quelle technologie d'accès (câble cuivre, fibre, Wi-Fi), sans l'imposer. C'est précisément ce qui rend TCP/IP indépendant du câblage que vous choisirez pour le bâtiment.

Un repère utile, qui revient souvent en contrôle : le modèle OSI est théorique et sert de référence descriptive et pédagogique ; le modèle TCP/IP est pratique et implémenté — c'est lui qui fait réellement fonctionner les réseaux, dont celui que vous allez construire pour Groloin.

Je relie protocoles, équipements et utilitaires à chaque couche

Pour ancrer définitivement cette grille de lecture, voici comment se répartissent, couche par couche, les équipements, protocoles et utilitaires que vous manipulerez au quotidien :

Ce tableau vous sera utile bien au-delà de ce chapitre : face à un incident réseau, il vous rappelle immédiatement quel outil de diagnostic (ping, traceroute, netstat, arp) interroger en priorité selon le niveau où vous soupçonnez le problème.

Ce que vous savez faire maintenant

Vous savez situer une communication réseau dans les 7 couches du modèle OSI, nommer l'unité d'échange propre à chaque couche (bit, trame, paquet, segment, donnée), et associer répéteur, commutateur et routeur à leur niveau respectif. Vous comprenez le mécanisme d'encapsulation et de désencapsulation qui accompagne un message tout au long de son trajet, et vous savez faire le lien entre les 7 couches théoriques du modèle OSI et les 4 couches réellement implémentées du modèle TCP/IP, avec leurs protocoles et leurs utilitaires de diagnostic respectifs. Cette grille de lecture vous servira dans tous les chapitres suivants, du schéma réseau jusqu'à la configuration du premier commutateur du bâtiment administratif de Groloin.