Modèle OSI : comprendre l’architecture réseau en 7 couches

Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) est un cadre de référence standardisé qui décrit comment les données circulent d’un point A à un point B dans un réseau informatique. Il ne s’agit pas d’un protocole en soi, mais d’un modèle conceptuel utilisé pour comprendre, concevoir, diagnostiquer et sécuriser des communications réseau. 

En découpant la communication en 7 couches distinctes, le modèle OSI permet de structurer les fonctions réseau, de mieux repérer les pannes, et de dialoguer entre techniciens de manière cohérente, même sur des infrastructures hétérogènes. 

Pourquoi le modèle OSI est-il structuré en couches ? 

Le réseau est un système complexe dans lequel des dizaines de fonctions interagissent : envoyer un signal, détecter des erreurs, sécuriser les données, gérer les adresses, afficher une page web, etc.  

Un découpage destiné à simplifier 

Pour maîtriser cette complexité, les ingénieurs à l’origine du modèle OSI ont découpé le processus de communication en « couches » indépendantes mais coopératives. 

Chaque couche a une fonction précise et interagit uniquement avec la couche au-dessus et en dessous. 
Ceci permet : 

• D’isoler les problèmes plus facilement. 

• De remplacer une couche sans modifier tout le reste (ex : changer le câble sans toucher au logiciel). 

• De standardiser les échanges entre différents constructeurs ou technologies. 

Pourquoi 7 couches ? 

Le choix de 7 couches vient d’un compromis entre granularité et simplicité. Au départ, les modèles proposaient 3 à 10 couches. L’ISO (Organisation internationale de normalisation) a validé 7 couches car cela permettait de séparer clairement les grands types de fonctions réseau, sans complexifier inutilement. 

• Les 3 premières couches (physique, liaison, réseau) gèrent la transmission des données. 

• Les couches 4 à 7 (transport, session, présentation, application) gèrent l’exploitation et le traitement des données. 

Chaque couche remplit une mission distincte, et le découpage en 7 est devenu un standard mondial pour concevoir et comprendre tous les réseaux informatiques. 

Couches basses, couches hautes : comment s’articule le modèle OSI ? 

Le modèle OSI est donc divisé en 7 couches empilées. Chaque couche remplit un rôle spécifique, et communique uniquement avec la couche située immédiatement au-dessus et au-dessous d’elle. 
Voici l’ordre de ces couches, de la plus proche du matériel jusqu’à la plus proche de l’utilisateur : 

1. Couche physique 
2. Couche liaison de données 
3. Couche réseau 
4. Couche transport 
5. Couche session 
6. Couche présentation 
7. Couche application 

Ce découpage permet une modularité : on peut modifier une couche (ex : protocole ou matériel) sans tout reconstruire. 

On parle de couches basses pour désigner celles les plus proches du matériel, et de couches hautes pour celles les plus proches de l’utilisateur. Elles sont ainsi réparties comme suit :  

Couches basses (1 à 3) : physique, liaison de données, réseau 

• Elles gèrent la transmission brute des données : câbles, signaux, adresses, routage… 

• Elles sont matérielles ou très proches du matériel 

Couches hautes (5 à 7) : session, présentation, application 

• Elles gèrent la logique applicative et utilisateur : ouverture de session, chiffrement, affichage de données… 

• Elles sont logicielles, tournées vers l’expérience utilisateur. 

La couche 4 (Transport) est au milieu : elle fait le lien entre les deux mondes. Elle assure la fiabilité des échanges. 

Comment se représenter mentalement la notion de couche dans le modèle OSI ? 

Imaginons une lettre à envoyer par la poste. Il faut l’écrire, l’imprimer, la mettre sous enveloppe, coller un timbre, l’envoyer ; elle est ensuite triée, distribuée…  jusqu’à arriver dans la boîte aux lettres du destinataire, qui ouvre l’enveloppe, lit la lettre et y répond. 

Le modèle OSI fonctionne exactement comme ce processus, mais pour les données. 
Chaque couche : 

• emballe ou transforme les données, 

• les transmet au niveau inférieur, 

• ou les décode au retour, couche par couche. 

Autre image concrète : les poupées russes. Imaginons que les données soient emballées dans une série de poupées russes : 

1. La couche 7 (Application) crée l’information à transmettre. 
2. Chaque couche ajoute ensuite son propre « emballage » avec ses instructions spécifiques (adresses, contrôle, chiffrement…). 
3. La couche 1 (Physique) envoie le tout sur le câble ou les ondes. 
4. À la réception, chaque couche déballe son enveloppe jusqu’à retrouver l’information initiale. 

Le concept de « couche » sert ainsi à simplifier la complexité du réseau en étapes logiques, comme une chaîne de montage ou un processus d’emballage, et rend la communication : 

• modulaire 

• standardisable 

• facile à diagnostiquer. 

Modèle OSI : les 7 couches expliquées  

Chaque couche du modèle OSI est associée à une fonction bien précise dans le traitement et la transmission des données. Ensemble, elles forment un enchaînement logique qui permet à deux systèmes de communiquer, du matériel jusqu’à l’application. 

Couche 1 physique : le support de transmission 

La couche physique correspond à tout ce qui est matériellement impliqué dans le transport des données. Elle concerne les câbles, connecteurs, fibres optiques, signaux électriques ou optiques, et même les ondes radio dans le cas du Wi-Fi. 

Elle définit : 

• Le type de signal (analogique ou numérique) 

• La vitesse de transmission (débit) 

• Les normes de connectique (Ethernet, RJ45, USB…) 

À ce niveau, on ne parle pas encore de bits organisés en paquets, seulement de transmission brute de 0 et de 1. 

Couche 2 liaison de données : l’encapsulation locale 

La couche liaison de données est responsable de la communication entre deux équipements directement connectés, comme deux machines sur le même switch. 

Elle crée des trames (data frames), ajoute les adresses MAC de l’émetteur et du destinataire, et gère la détection d’erreurs locales. 

Les technologies comme Ethernet, Wi-Fi, ou PPP opèrent à ce niveau. Elle assure aussi la régulation d’accès au média (qui peut parler, quand, comment). 

Couche 3 réseau : le routage entre machines 

La couche réseau permet aux données de circuler d’un réseau à un autre, en choisissant le meilleur chemin pour atteindre la destination. 

Elle introduit les adresses IP, les routages dynamiques (OSPF, BGP, RIP) et les paquets (data packets). Elle rend possible la communication entre deux machines non directement connectées, via une ou plusieurs passerelles. 

Cette couche est essentielle pour : 

• Naviguer sur Internet 

• Relier des sites distants 

• Gérer des sous-réseaux (VLAN, inter-VLAN)

Couche 4 transport : fiabilité et contrôle du flux 

La couche transport assure le bon acheminement des données entre deux applications, avec des garanties de fiabilité, d’ordre, et de contrôle d’erreurs. 

Elle introduit les protocoles TCP (fiable) et UDP (rapide mais non garanti). TCP segmente les données, vérifie leur réception, et les réassemble dans le bon ordre à l’arrivée. 

Elle gère aussi : 

• Le débit (flow control) 

• La retransmission en cas de perte 

• Le multiplexage (plusieurs communications sur une même connexion) 

Couche 5 session : la gestion des connexions 

La couche session établit, gère et termine les sessions de communication entre deux applications. C’est elle qui permet de reprendre une session interrompue, ou de maintenir une connexion persistante. 

Peu connue, cette couche est utilisée dans : 

• Les connexions à distance (RDP, SSH) 

• Les transferts de fichiers (FTP) 

• Les services de streaming ou de collaboration 

Elle joue un rôle essentiel pour assurer la stabilité des échanges sur la durée. 

Couche 6 Présentation : la traduction des données 

La couche présentation agit comme un traducteur entre formats de données. Elle transforme les informations pour qu’elles soient comprises par les deux extrémités de la communication. 

Ses missions : 

• L’encodage et le décodage (ex : UTF-8, ASCII) 

• La compression (ZIP, MPEG) 

• Le chiffrement et déchiffrement (TLS, SSL) 

Elle assure que ce qui est envoyé est lisible, sécurisé et interprétable à l’arrivée. 

Couche 7 application : l’interface utilisateur 

La couche application est celle que l’utilisateur perçoit directement. Elle concerne les logiciels, navigateurs, messageries, serveurs web, clients FTP, etc., qui initient ou reçoivent les échanges. 

Elle ne se limite pas aux « apps », mais représente toutes les interfaces qui utilisent le réseau pour fonctionner. Exemples : 

• HTTP pour le web 

• SMTP pour les e-mails 

• DNS pour la résolution de noms de domaine 

Elle s’appuie sur les couches inférieures pour transporter les données, mais reste agnostique sur la manière dont c’est fait, c’est-à-dire neutre vis-à-vis des moyens utilisés. Elle délègue totalement le « comment » aux couches inférieures.  

En quoi le modèle OSI est utile dans la pratique ? 

Le modèle OSI est un outil d’analyse et de diagnostic essentiel pour les professionnels réseau. Il permet de localiser une panne ou une latence selon la couche concernée. Exemple : 

• Pas de signal : couche 1 

• Connexion Wi-Fi instable : couche 2 

• Pas d’accès à un autre réseau : couche 3 

• Téléchargement interrompu : couche 4 

• Session RDP qui se coupe : couche 5 

• Données illisibles : couche 6 

• Problème d’accès web : couche 7 

OSI vs réalité : un modèle logique pas toujours respecté 

En pratique, tous les protocoles ne se répartissent pas parfaitement dans les 7 couches. Par exemple : 

• HTTPS englobe les couches 5 à 7 

• Wi-Fi combine couches 1 et 2 

• Certains équipements (comme un routeur) manipulent plusieurs couches à la fois 

Le modèle OSI reste néanmoins la référence universelle pour penser l’architecture réseau de manière structurée, et communiquer efficacement entre professionnels. 

OSI : un socle de compréhension indispensable 

Le modèle OSI est une grille de lecture incontournable pour toute personne amenée à comprendre, déployer ou dépanner un réseau informatique. Il permet de segmenter les responsabilités, d’isoler les causes d’un dysfonctionnement, et d’adopter une vision claire du fonctionnement global des échanges numériques. 

Même si vous n’êtes pas technicien, maîtriser ses principes vous aidera à mieux dialoguer avec les prestataires, les équipes IT ou les fournisseurs de solutions. Le modèle OSI est peu la colonne vertébrale du langage réseau.