Le modèle OSI (pour Open Systems Interconnection, soit modèle d’interconnexion des systèmes ouverts) est un modèle conceptuel en sept couches, créé pour standardiser les communications entre équipements informatiques sur un réseau . Conçu à la fin des années 1970 et publié pour la première fois en 1984 en tant que norme ISO 7498 , ce modèle offre un cadre universel qui permet à des technologies différentes de communiquer via des protocoles standardisés . L’idée est de découper la communication réseau en sept couches distinctes, chacune correspondant à un ensemble de fonctions spécifiques nécessaires pour transmettre des données d’une machine à une autre . La couche la plus « basse » (couche 1) s’occupe des aspects matériels de la transmission, tandis que la couche la plus « haute » (couche 7) traite des aspects les plus proches de l’utilisateur (applications). Les couches intermédiaires remplissent chacune un rôle précis dans ce cheminement.

Ce modèle comporte donc 7 couches numérotées de 1 à 7, dans l’ordre suivant : Physique (couche 1), Liaison de données (couche 2), Réseau (couche 3), Transport (couche 4), Session (couche 5), Présentation (couche 6) et Application (couche 7). 
Un moyen mnémotechnique fréquent pour retenir cet ordre est la phrase : « Pour Le Réseau Tout Se Passe Automatiquement »  (les initiales de chaque mot correspondent successivement aux couches Physique, Liaison, Réseau, Transport, Session, Présentation, Application).

Pour bien comprendre l’intérêt du modèle OSI, il faut voir qu’il sert à la fois de langage commun et de guide d’architecture. Il facilite la conception de systèmes réseaux en séparant les problèmes en couches, et il aide à la communication entre spécialistes réseaux en fournissant des termes de référence (par exemple, parler d’un « problème de couche 1 » pour un câble défectueux, ou d’un « problème de couche 7 » pour un bug applicatif). Dans la suite de cet article, nous allons parcourir les sept couches du modèle OSI dans l’ordre, en expliquant le rôle de chacune, avec des exemples concrets (navigation web, e-mail, VoIP…) et des analogies simples. Pour illustrer ces concepts, nous utiliserons notamment l’analogie d’une livraison de colis : chaque couche du modèle sera comparée à une étape de l’acheminement d’un colis du expéditeur vers le destinataire.

1. Couche Physique

La couche physique est la base du modèle OSI. C’est elle qui gère la transmission brute des données sous forme de signaux électriques, optiques ou radio entre deux équipements. En termes simples, cette couche correspond aux supports matériels de communication et aux signaux eux-mêmes. Elle transmet les bits (des 0 et 1) sur le média physique tel qu’un câble en cuivre, une fibre optique ou encore l’air via des ondes radio (Wi-Fi, Bluetooth, 4G, etc.) .

Par exemple, lorsque vous naviguez sur le web depuis votre ordinateur, la couche physique inclut le câble Ethernet branché à votre box Internet ou les ondes Wi-Fi qui acheminent les données de votre ordinateur jusqu’au routeur. Sans couche physique opérationnelle (un câble coupé ou une antenne Wi-Fi hors service), aucune communication réseau n’est possible car le signal ne peut tout simplement pas passer.

Analogie : on peut assimiler la couche physique aux routes et autoroutes sur lesquelles circulent les camions de livraison . C’est l’infrastructure de base qui permet aux « colis » (les données) de se déplacer d’un point A à un point B. Sans route physique (ou si celle-ci est bloquée), le reste de la livraison ne peut pas avoir lieu.

2. Couche Liaison de données

La couche de liaison de données (ou simplement couche liaison) assure le transfert fiable des données d’un nœud à un autre sur un même réseau (un même segment physique). Elle regroupe les protocoles qui opèrent juste au-dessus de la couche physique. Concrètement, cette couche découpe et organise les données en unités appelées trames et gère l’accès au média : elle décide à quel moment chaque machine peut envoyer des données sur le support afin d’éviter que deux équipements émettent en même temps (ce qui provoquerait des collisions de signaux)  . La couche liaison intègre aussi des mécanismes de détection d’erreurs et de retransmission locale si nécessaire, pour s’assurer que les trames arrivent correctement. Des exemples de protocoles de couche 2 sont Ethernet (pour les réseaux filaires locaux) ou Wi-Fi IEEE 802.11 (pour les réseaux sans fil locaux), qui définissent le format des trames et la manière dont les appareils se partagent le média.

Par exemple, sur votre réseau domestique, lorsque votre PC communique avec votre box Internet via Wi-Fi, la couche liaison de données s’assure que les trames Wi-Fi envoyées par votre PC sont bien reçues par la box sans interférence avec d’autres appareils. Elle utilise pour cela des adresses physiques uniques (telles que l’adresse MAC de votre carte réseau) afin d’identifier l’expéditeur et le destinataire sur le réseau local, garantissant que chaque trame est remise à la bonne machine. Si deux ordinateurs tentent d’émettre en même temps sur le Wi-Fi, c’est également la couche liaison qui gère les collisions : elle détectera le conflit et appliquera des protocoles de relance pour que chaque appareil retransmette à tour de rôle.

Analogie : dans notre scénario de livraison, la couche liaison correspond au camion de transport lui-même. Le camion doit respecter un format standard (taille et poids maximum) pour pouvoir emprunter les routes et passer sous les ponts ou aux péages, et il ne peut partir que lorsque la voie est libre (barrière levée) afin d’éviter les accidents (collisions) . De même, la couche liaison s’assure que les « paquets » de données sont au bon format (taille de trame adaptée) et qu’ils sont envoyés uniquement quand le chemin est libre, sans quoi ils risqueraient de « se rentrer dedans » sur le réseau.

3. Couche Réseau

La couche réseau est responsable de l’acheminement des données d’un réseau à un autre, c’est-à-dire de la fonction de routage. Elle gère l’adressage logique des paquets (par exemple les adresses IP) et décide du meilleur chemin que les données vont emprunter à travers une ou plusieurs infrastructures réseau pour atteindre leur destination finale . Autrement dit, si votre message doit traverser plusieurs réseaux intermédiaires (votre réseau local, puis Internet, puis le réseau du destinataire), c’est la couche 3 qui va diriger chaque paquet à chaque étape, de routeur en routeur, jusqu’à bon port.

Le protocole le plus connu de cette couche est IP (Internet Protocol), qui attribue des adresses IP aux appareils sur le réseau et segmente le trajet en sauts de routeur en routeur. Sur Internet, lorsque vous envoyez des données, chaque paquet IP contient notamment l’adresse IP de l’expéditeur (votre adresse) et celle du destinataire (par exemple l’adresse du serveur web que vous contactez). La couche réseau, via les routeurs, va acheminer les paquets en fonction de ces adresses. Par exemple, lorsque vous consultez une page web, les paquets IP de votre requête voyagent de votre ordinateur jusqu’au serveur du site en passant par divers routeurs sur Internet. De même, quand vous envoyez un e-mail, les serveurs de mail utilisent la couche réseau pour router votre message depuis votre réseau local jusqu’au serveur de messagerie du destinataire, en se basant sur l’adresse IP de ce dernier.

Analogie : la couche réseau, c’est l’étiquette d’adresse collée sur le colis. Elle indique l’adresse de l’expéditeur et surtout l’adresse de destination, et c’est grâce à elle que le service postal peut router le colis à travers différents centres de tri jusqu’à la bonne destination . Chaque fois que le colis passe par un centre intermédiaire, celui-ci regarde l’adresse de destination sur l’étiquette et décide vers quel autre centre l’orienter, jusqu’à arriver au bon destinataire. De même, sur Internet, chaque routeur lit l’adresse de destination des paquets et les transfère vers le prochain routeur en direction du destinataire final.

4. Couche Transport

La couche transport a pour mission d’assurer un transfert de données fiable d’un bout à l’autre de la communication, c’est-à-dire entre l’ordinateur émetteur initial et l’ordinateur récepteur final. Cette couche gère la manière dont les données sont découpées en paquets (ou segments), la façon dont ces paquets sont transmis, et le traitement des erreurs éventuelles en cours de route. Elle s’occupe notamment de la réallocation des paquets perdus, du contrôle de flux (réguler la vitesse d’envoi pour ne pas saturer le récepteur) et s’assure que les paquets arrivent dans le bon ordre. Sur Internet, les deux protocoles de transport les plus répandus sont TCP (Transmission Control Protocol) et UDP (User Datagram Protocol) .
• TCP est un protocole orienté connexion qui garantit une livraison intégrale et ordonnée des données. Avant l’envoi, une connexion est établie entre émetteur et récepteur, puis chaque paquet envoyé est accusé de réception par le destinataire. Si un paquet n’arrive pas ou est corrompu, il sera renvoyé. Ce mécanisme assure fiabilité et intégrité, au prix d’un léger surcoût en temps et en ressources.
• UDP, à l’inverse, est un protocole plus simple et rapide, qui n’établit pas de connexion formelle et n’effectue pas de contrôle poussé des erreurs. Les paquets sont envoyés « en vrac » sans accusé de réception individuel : il n’y a pas de garantie que tous arrivent, mais l’envoi est plus rapide car on évite les négociations et retransmissions.

Ainsi, selon les besoins de l’application, la couche transport peut opter pour un mode fiable (TCP) ou rapide (UDP). Par exemple, pour afficher une page web ou transférer un fichier, on utilise TCP afin d’être sûr que toutes les données arrivent correctement. En revanche, pour du streaming vidéo ou un appel VoIP, on utilise souvent UDP, qui offre une communication plus fluide et en temps réel même si quelques paquets se perdent en route (l’important est que la conversation ou la vidéo continue sans pause, une petite perte de qualité étant tolérée) .

Analogie : dans notre analogie de livraison, on peut comparer TCP à un envoi de colis avec accusé de réception – le livreur remet le colis en main propre contre une signature, et si personne n’était présent ou si le colis s’est égaré, on le renvoie . UDP, lui, ressemble plutôt à un envoi de courrier ordinaire prioritaire sans suivi : c’est plus rapide, le facteur dépose simplement le courrier dans la boîte aux lettres, mais il n’y a pas de garantie absolue que chaque lettre arrive à destination (elle peut se perdre sans qu’on ait de confirmation). Ce choix dépend de l’importance qu’on accorde à la fiabilité versus la rapidité de la livraison.

5. Couche Session

La couche session gère l’établissement, la gestion et la terminaison des connexions entre deux machines. Son rôle est d’organiser le dialogue et d’assurer que la session de communication entre applications se déroule de façon ordonnée. Elle ouvre la session (par exemple en initiant une connexion ou un handshake d’identification), maintient la session active tant que l’échange doit durer, puis la ferme proprement lorsque la communication est terminée . La couche session peut également gérer la synchronisation de dialogues (par exemple en marquant des points de reprise dans un transfert de fichier volumineux, afin de pouvoir le reprendre en cas d’interruption). Elle offre en somme un cadre de conversation entre deux applications, en s’assurant que chacune attend son tour pour parler et qu’elles communiquent via les canaux adéquats.

Dans la suite de protocoles Internet (TCP/IP), la couche session n’est pas toujours distincte (ses fonctions sont souvent réparties entre la couche transport et la couche application). Mais le concept reste pertinent pour certains types de communications. Par exemple, lors d’une visioconférence ou d’un appel VoIP, la couche session est chargée d’établir la session d’appel entre vous et votre correspondant (via un protocole de signalisation comme SIP) et de la maintenir tant que la conversation est en cours. Une fois l’appel terminé (décroché puis raccroché), elle libère proprement les ressources de la session. De même, lorsque vous vous connectez à un service en ligne nécessitant de rester authentifié (par exemple une session utilisateur sur un site web ou une connexion à une base de données à distance), c’est la couche session qui veille à conserver la connexion ouverte tant que vous interagissez, et à la fermer lorsque vous vous déconnectez ou après une période d’inactivité.

Analogie : on peut assimiler la couche session à un interphone d’immeuble. Lorsqu’un livreur arrive avec un colis, il sonne chez le destinataire pour établir le contact – c’est l’ouverture de la session . On lui ouvre alors la porte d’entrée (et non celle du voisin, pour être sûr que le colis arrive au bon appartement), puis une fois la livraison effectuée, le livreur ressort et la porte se referme. L’interphone sert donc à initier la communication avec le bon interlocuteur et à s’assurer que l’échange (la livraison) se déroule du début à la fin avec la bonne personne, puis qu’il se termine correctement. De même, la couche session ouvre un canal de communication avec le bon destinataire, garde ce canal ouvert le temps nécessaire, puis le referme une fois l’échange fini.

6. Couche Présentation

La couche présentation agit comme un traducteur et un formateur de données entre l’application et le réseau. Son rôle est de s’assurer que les données envoyées par l’application de l’émetteur puissent être comprises par l’application du récepteur, en dépit des différences de format, de langage ou de système . Pour ce faire, cette couche prend en charge tout ce qui est conversion de format, chiffrement/déchiffrement et éventuellement compression des données.

Concrètement, c’est au niveau de la présentation que l’on va, par exemple, convertir des caractères (texte encodé en UTF-8, ASCII, Unicode…) afin que le texte envoyé depuis un système A soit lisible correctement sur le système B. C’est aussi ici que se situe le chiffrement SSL/TLS qui sécurise les échanges : lorsque vous accédez à un site web en HTTPS, la couche présentation de votre ordinateur chiffre les données avant de les transmettre (afin qu’elles ne soient pas lisibles par un tiers pendant le transport) et la couche présentation du serveur web distant les déchiffre à l’arrivée (afin de récupérer les données initiales utilisables). De même, si vous compressez un fichier pour l’envoyer plus vite et qu’il soit décompressé à l’arrivée, c’est une fonction de couche 6. En résumé, la couche présentation s’occupe de toutes les transformations nécessaires pour présenter les données dans un format compréhensible par l’application cible.

Analogie : la couche présentation peut être comparée au moment où vous recevez le colis et le déballez. Vous vérifiez d’abord que le colis est bien exploitable : qu’il est intact (pas endommagé) et qu’il vous est bien destiné (votre nom sur l’étiquette) . Il arrive parfois qu’on vous demande une pièce d’identité contre signature, pour prouver que vous êtes le bon destinataire du colis – cela fait écho au chiffrement qui s’assure que seuls le bon expéditeur et le bon récepteur peuvent respectivement envoyer et lire les données. Une fois ces vérifications faites, vous pouvez ouvrir le paquet et accéder à son contenu. Ainsi, la couche présentation garantit que les données « brutes » transmises sur le réseau peuvent être ouvertes et utilisées par la suite, un peu comme un colis qui doit être dans le bon format et entre de bonnes mains pour pouvoir être ouvert par son destinataire.

7. Couche Application

La couche application est la plus haute couche du modèle OSI, celle qui est directement en interaction avec l’utilisateur (ou du moins avec l’application logicielle de l’utilisateur). Elle fournit les services réseau dont les applications ont besoin pour communiquer. Autrement dit, c’est le niveau des protocoles applicatifs – les protocoles spécifiquement conçus pour des usages particuliers. Par exemple, le HTTP (HyperText Transfer Protocol) permet à des navigateurs web et des serveurs web de communiquer pour transférer des pages web, le SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) gère l’envoi de courriers électroniques entre serveurs de messagerie, le FTP (File Transfer Protocol) sert au transfert de fichiers, et le DNS (Domain Name System) convertit les noms de domaine en adresses IP. Ces protocoles (et bien d’autres) résident en couche 7 et s’appuient sur les couches inférieures pour accomplir leurs tâches .

Lorsqu’un utilisateur utilise une application réseau, toutes les opérations qu’il effectue au niveau applicatif sont en réalité prises en charge par la couche 7 qui dialogue avec son homologue distante. Par exemple, quand vous naviguez sur Internet, votre navigateur (application) utilise le protocole HTTP pour demander une page au serveur web : cette requête HTTP est générée en couche 7, puis confiée aux couches inférieures (presentation, session, transport, etc.) pour être envoyée au travers du réseau jusqu’au serveur. Une fois la réponse reçue et remontée, toujours à travers les couches, jusqu’à la couche application de votre machine, votre navigateur peut afficher la page web. De même, lorsque vous envoyez un email, votre client de messagerie utilise SMTP en couche application pour transmettre le message au serveur mail, qui le relayera ensuite. L’utilisateur, lui, ne « voit » que l’application finale (le navigateur, le client mail…), mais en arrière-plan la couche application a fourni le protocole nécessaire et orchestré la communication grâce aux autres couches.

Analogie : si l’on reprend l’analogie du colis, la couche application représente le contenu du colis et son utilisation finale. C’est le moment où vous ouvrez le paquet et profitez de ce qu’il contient . Par exemple, si le colis contenait un livre, c’est à ce stade que vous commencez à le lire. De même, en couche 7, on retrouve le message ou service utile pour l’utilisateur (une page web, un e-mail, un fichier, etc.), après que toutes les couches inférieures ont joué leur rôle pour acheminer ce contenu correctement jusqu’à vous.

Conclusion

Le modèle OSI est un outil pédagogique et pratique pour comprendre et analyser le fonctionnement des réseaux informatiques. En découpant la communication en sept couches bien définies, il permet de démystifier la complexité des échanges de données en se concentrant sur un aspect à la fois. On peut ainsi plus facilement conceptualiser l’architecture réseau dans son ensemble tout en distinguant le rôle de chaque niveau . C’est également très utile pour le dépannage : face à un problème de réseau, le modèle OSI incite à se demander à quelle couche le problème survient pour mieux le cerner. Par exemple, une panne de Wi-Fi pourrait être liée à la couche 1 (problème de signal radio ou de matériel), tandis qu’un site web inaccessible pourrait relever de la couche 7 (service applicatif indisponible) ou de la couche 3 (mauvais routage), etc. En ayant ce cadre en tête, on communique plus facilement sur les problèmes et solutions, car tout le monde parle du même « langage réseau » .

En résumé, bien que le modèle OSI soit un modèle théorique (dans la pratique, la suite Internet TCP/IP utilise une architecture de couches légèrement différente), il reste d’une grande utilité pour expliquer les principes des réseaux. Il offre un référentiel commun pour les ingénieurs comme pour les débutants, afin de comprendre comment des données parcourent le monde à travers divers équipements et protocoles. Grâce au modèle OSI, des concepts apparemment complexes comme « envoyer un email » ou « regarder une vidéo en ligne » peuvent s’appréhender plus sereinement : on sait qu’en coulisses, chaque couche du modèle accomplit sa tâche, du câble physique jusqu’à l’application, pour que la communication aboutisse. Ce modèle en sept couches nous rappelle que la magie d’Internet n’est en réalité que le fruit d’une collaboration bien orchestrée entre de multiples couches et technologies, rendant possible la communication universelle entre systèmes.

Auteur : Sayon KEITA