Modèles Réseau — OSI et TCP/IP

Les modèles de référence permettent de comprendre et de décomposer la communication réseau en couches indépendantes. Ils sont fondamentaux pour diagnostiquer des problèmes, concevoir des architectures et comprendre où s’applique chaque mécanisme de sécurité.

Modèle OSI (7 couches)§

graph LR
    subgraph "Émetteur"
        a7[7. Application\nDonnées] --> a6[6. Présentation\nDonnées chiffrées/compressées]
        a6 --> a5[5. Session\nDonnées + session]
        a5 --> a4[4. Transport\nSegments TCP / Datagrammes UDP]
        a4 --> a3[3. Réseau\nPaquets IP]
        a3 --> a2[2. Liaison\nFrames Ethernet]
        a2 --> a1[1. Physique\nBits]
    end

    a1 -->|Câble / WiFi| b1

    subgraph "Récepteur"
        b1[1. Physique] --> b2[2. Liaison]
        b2 --> b3[3. Réseau]
        b3 --> b4[4. Transport]
        b4 --> b5[5. Session]
        b5 --> b6[6. Présentation]
        b6 --> b7[7. Application]
    end

Couche 7 — Application§

Rôle : Interface entre les applications et le réseau. Définit le format des messages applicatifs.

Protocoles :

• HTTP/HTTPS (port 80/443) — navigation web
• SMTP (25), IMAP (143), POP3 (110) — email
• DNS (53) — résolution de noms
• FTP (21) — transfert de fichiers
• SSH (22) — shell sécurisé
• SNMP (161) — gestion réseau
• LDAP (389/636) — annuaire

Sécurité à ce niveau : WAF, filtrage applicatif, DLP, inspection SSL

Couche 6 — Présentation§

Rôle : Traduction des formats de données (chiffrement, compression, encodage).

Fonctions :

• Chiffrement/déchiffrement (TLS est souvent associé à cette couche)
• Compression (gzip, deflate)
• Encodage (ASCII, UTF-8, Base64)
• Sérialisation (JSON, XML, ASN.1)

Couche 5 — Session§

Rôle : Établissement, gestion et terminaison des sessions de communication.

Fonctions :

• Synchronisation (points de reprise dans les transferts longs)
• Gestion du dialogue (half-duplex / full-duplex)
• Reconnexion automatique

Exemples : NetBIOS, RPC, SQL sessions

Couche 4 — Transport§

Rôle : Transport fiable (ou non) des données de bout en bout. Multiplexage via les ports.

TCP — Transmission Control Protocol§

Orienté connexion, fiable, ordonné.

Three-way handshake :

Client → Serveur : SYN (seq=x)
Serveur → Client : SYN-ACK (seq=y, ack=x+1)
Client → Serveur : ACK (ack=y+1)
→ Connexion établie

Fermeture de connexion (four-way) :

Client → Serveur : FIN
Serveur → Client : ACK
Serveur → Client : FIN
Client → Serveur : ACK

Flags TCP : SYN, ACK, FIN, RST (reset), PSH (push), URG (urgent)

Contrôle de flux : fenêtres glissantes (sliding window) — ajuste le débit selon la capacité du destinataire.

Contrôle de congestion : slow start, congestion avoidance (AIMD).

UDP — User Datagram Protocol§

Non connecté, non fiable, pas d’ordre garanti. Plus rapide, moins de surcharge.

Usage : DNS, DHCP, VoIP, streaming, jeux en ligne, SNMP
       (tolérance aux pertes > exigence d'ordre)

Ports notables :

Couche 3 — Réseau§

Rôle : Routage des paquets de l’émetteur au destinataire à travers plusieurs réseaux. Adressage logique.

Protocoles :

• IP (v4/v6) : adressage et routage
• ICMP : messages de contrôle (ping, traceroute, “destination unreachable”)
• ARP : résolution adresse IP → MAC (couche 2/3)
• Protocoles de routage : OSPF, BGP, RIP, EIGRP

Équipements : routeurs, couche 3 des switches (routing inter-VLAN)

Structure d’un paquet IP :

Version | IHL | DSCP | Total Length
Identification | Flags | Fragment Offset
TTL | Protocol | Header Checksum
Source IP Address (32 bits)
Destination IP Address (32 bits)
Options (variable)
Data (payload)

TTL (Time To Live) : décrémenté à chaque routeur. Quand TTL=0, le paquet est rejeté (ICMP Time Exceeded) → prévient les boucles de routage. Traceroute exploite ce mécanisme.

Couche 2 — Liaison de données§

Rôle : Transmission fiable sur un lien physique unique. Adressage physique (MAC).

Sous-couches :

• LLC (Logical Link Control) : multiplexage des protocoles couche 3
• MAC (Medium Access Control) : accès au medium, adressage physique

Protocoles :

• Ethernet : standard des LAN câblés (802.3)
• Wi-Fi : 802.11 (a/b/g/n/ac/ax)
• PPP : liens point-à-point
• VLAN (802.1Q) : segmentation logique du réseau physique

Adresse MAC : 48 bits (6 octets), ex: AA:BB:CC:11:22:33

• 3 premiers octets : OUI (Organizationally Unique Identifier) — identifie le fabricant
• 3 derniers octets : identifiant unique de l’interface

Trame Ethernet :

Préambule (7) | SFD (1) | MAC dst (6) | MAC src (6) | Ethertype (2) | Payload | FCS (4)

Équipements : switches, bridges, cartes réseau

Couche 1 — Physique§

Rôle : Transmission des bits sur le medium physique. Définit les signaux électriques, lumineux ou radio.

Standards :

• Ethernet : 100BASE-TX, 1000BASE-T, 10GBASE-T (câble à paires torsadées)
• Fibre optique : single-mode (longue distance), multi-mode (datacenter)
• Wi-Fi : 2.4 GHz, 5 GHz, 6 GHz
• Bluetooth, Zigbee, NFC : courte portée

Équipements : hubs (obsolètes), répéteurs, câbles, modems

Modèle TCP/IP (4 couches)§

Modèle pratique sur lequel Internet est réellement construit.

graph LR
    subgraph "TCP/IP"
        app_tcp[Application\nHTTP, DNS, SMTP, SSH...]
        transport_tcp[Transport\nTCP, UDP]
        internet_tcp[Internet\nIP, ICMP, ARP]
        link_tcp[Accès réseau\nEthernet, WiFi, PPP]
    end

    subgraph "OSI correspondant"
        osi_app[7. Application\n6. Présentation\n5. Session]
        osi_transport[4. Transport]
        osi_network[3. Réseau]
        osi_link[2. Liaison\n1. Physique]
    end

    app_tcp --- osi_app
    transport_tcp --- osi_transport
    internet_tcp --- osi_network
    link_tcp --- osi_link

Encapsulation§

À l’envoi, chaque couche ajoute son en-tête (header) aux données de la couche supérieure.

Application  : [Données HTTP]
Transport    : [En-tête TCP][Données HTTP]        → Segment
Réseau       : [En-tête IP][TCP][Données]         → Paquet
Liaison      : [En-tête Eth][IP][TCP][Données][FCS] → Trame
Physique     : Bits sur le câble

À la réception, chaque couche retire son en-tête avant de passer au niveau supérieur (désencapsulation).

Où s’applique la sécurité ?§

graph TD
    app_sec[Couche Application\nWAF, DLP, chiffrement applicatif\nAnti-spam, proxy web]
    transport_sec[Couche Transport\nTLS/SSL, pare-feu stateful\nInspection des ports]
    network_sec[Couche Réseau\nIPSec, routage sécurisé\nFiltrage IP / ACL]
    link_sec[Couche Liaison\n802.1X, VLANs\nPort security, DAI]
    physical_sec[Couche Physique\nSécurité physique, fibre\nChiffrement de couche 1]

    app_sec --> transport_sec --> network_sec --> link_sec --> physical_sec

Protocoles d’analyse réseau§

# Capturer le trafic réseau (tcpdump)
tcpdump -i eth0 -w capture.pcap host 192.168.1.1
tcpdump -i eth0 port 443 and host 10.0.0.5

# Filtres Wireshark (display filters)
tcp.port == 80             # Trafic HTTP
ip.addr == 192.168.1.1     # Trafic vers/depuis une IP
http.request.method == "POST"  # Requêtes POST
tcp.flags.syn == 1          # Paquets SYN (début de connexions)
dns.qry.name contains "google"  # Requêtes DNS vers google

# Reconstruire une session TCP depuis une capture
tshark -r capture.pcap -q -z follow,tcp,ascii,0