Architecture en couches des protocoles et modèles de référence

L'architecture en couches des protocoles organise les fonctionnalités réseau en une pile de couches, chacune offrant un service défini à la couche supérieure via une interface, les modèles de référence OSI et TCP/IP représentant les deux approches canoniques pour partitionner ces fonctions.

Definition

Un modèle de référence est un cadre abstrait en couches qui partitionne les fonctions de communication en strates, chacune étant définie par le service qu'elle offre, l'interface qu'elle présente à la couche adjacente et le protocole qu'elle utilise pour communiquer avec son homologue sur un autre hôte.

Scope

Ce sujet aborde les raisons et les méthodes de l'architecture en couches des protocoles réseau : les notions de service, d'interface et de protocole ; l'encapsulation des données lors de leur descente dans la pile ; et les deux principaux modèles de référence. Il compare le modèle OSI à sept couches (physique, liaison de données, réseau, transport, session, présentation, application) avec le modèle Internet/TCP-IP à cinq couches, expliquant la fonction de chaque couche et pourquoi le modèle Internet regroupe les couches supérieures d'OSI. Il exclut les mécanismes détaillés au sein de chaque couche, lesquels sont traités dans les sujets correspondants.

Core questions

• Que sont le service, l'interface et le protocole d'une couche, et comment diffèrent-ils ?
• Quelle fonction chaque couche des modèles OSI et TCP/IP remplit-elle ?
• Qu'est-ce que l'encapsulation, et comment les en-têtes s'accumulent-ils en descendant la pile ?
• Pourquoi Internet a-t-il adopté un modèle à cinq couches plutôt que le modèle OSI complet à sept couches ?
• Quels sont les avantages et les inconvénients d'une architecture en couches stricte ?

Key concepts

• service, interface et protocole de couche
• modèle OSI à sept couches
• modèle TCP/IP à cinq couches
• encapsulation et en-têtes
• couches physique et liaison de données
• couches réseau et transport
• couches session et présentation
• couche application
• unités de données de protocole

Key theories

Service, interface et protocole

L'architecture en couches distingue le service fourni par une couche, l'interface par laquelle la couche supérieure y accède, et le protocole par lequel les entités homologues de la même couche communiquent ; la séparation de ces éléments permet de modifier les implémentations sans affecter les couches adjacentes.

Encapsulation

Lorsqu'un message descend la pile, chaque couche enveloppe les données qu'elle reçoit avec son propre en-tête (et parfois une queue), de sorte que l'unité à chaque couche transporte les couches supérieures comme charge utile ; le récepteur inverse ce processus en remontant la pile.

Philosophie de conception d'Internet

L'Internet de la DARPA a été conçu autour d'un réseau simple, robuste et à meilleur effort, avec l'intelligence située aux hôtes finaux, privilégiant la survivabilité et l'interopérabilité par rapport à l'ensemble complet de fonctionnalités d'OSI, ce qui a façonné le modèle TCP/IP plus épuré.

Clinical relevance

Les modèles de référence constituent le vocabulaire commun utilisé par les ingénieurs pour situer et discuter des fonctionnalités : affirmer qu'un problème se situe 'à la couche 3' ou qu'un appareil est 'un commutateur de couche 2' communique précisément son niveau d'opération dans la pile. Ces modèles guident le dépannage, les normes d'interopérabilité et la conception modulaire des logiciels et matériels réseau.

History

Le modèle de référence OSI a été développé par l'ISO à la fin des années 1970 et formalisé par Zimmermann en 1980 comme un cadre indépendant des fournisseurs. Parallèlement, la suite TCP/IP est née des recherches d'ARPANET, et l'article de Clark de 1988 a articulé sa philosophie de conception. Bien que la pile OSI n'ait jamais été entièrement déployée, sa terminologie perdure, tandis que le modèle TCP/IP est devenu la norme opérationnelle d'Internet.

Debates

Valeur pédagogique d'OSI versus réalité opérationnelle de TCP/IP

Les sept couches d'OSI séparent clairement des fonctions comme la session et la présentation que la pile Internet intègre aux applications, rendant OSI utile pour l'enseignement ; les critiques soutiennent qu'il est sur-conçu et n'a jamais correspondu aux systèmes réels, de sorte que les manuels présentent les deux à des fins différentes.

Key figures

• Hubert Zimmermann
• David D. Clark
• Vinton Cerf
• Robert Kahn

Seminal works

• zimmermann1980
• clark1988
• kurose2021

Frequently asked questions

Combien de couches la pile de protocoles Internet possède-t-elle ?

La pile Internet est généralement décrite comme ayant cinq couches : application, transport, réseau, liaison et physique. Le modèle OSI à sept couches ajoute une couche session et une couche présentation entre l'application et le transport, des fonctions que le modèle Internet laisse aux applications.

Qu'est-ce que l'encapsulation ?

L'encapsulation est le processus par lequel chaque couche ajoute ses propres informations de contrôle, généralement un en-tête, autour des données transmises par la couche supérieure. Au moment où les données atteignent la liaison physique, elles sont enveloppées de plusieurs couches d'en-têtes, que l'hôte récepteur retire une couche à la fois.