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OSI参照モデルをわかりやすく解説

2019年11月29日
セラク_OSI参照モデル
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はじめに

今回はITインフラ業務に携わる方は、必須ともいうべき「OSI参照モデル」について未経験の方でもわかりやすく説明していきます。

OSI参照モデルとは

ネットワークの勉強を始めると「OSI参照モデル」という言葉を必ず目にします。この「OSI(Open System Interconnection)参照モデル」とは、国際標準化機構(ISO)という組織がコンピュータ等で行う通信方法を統一するために策定した規格のことです。なぜ、統一する必要があったのでしょうか。

たとえば、海外に旅行へ行ったら自国とは違った言葉や風習などのルールがあって戸惑う経験をされた方もいると思います。買い物をしたらお金を払う。これは統一されたルールですよね。これと同じで、通信を行うために必要な機器や製品を手掛けるベンダー(メーカー)がそれぞれの通信ルールで機器や製品を販売し利用していたら、異なるベンダー(メーカー)間の機器や製品では通信がうまくやり取りができません。

そのため、国際標準化機構(ISO)という組織が通信と行う際はこのモデルでやり取りをしましょうと規格を作ったというわけです。

OSI参照モデルの階層

では、そのOSI参照モデルがどういったモデルなのかをみていきましょう。

OSI参照モデルでは、通信を行うネットワークを7つの階層に分けて各層のルール(プロトコル)に従って通信を行います。なぜ分けているかというと、細分化したほうがわかりやすいからです。あれやこれやと考えるより部分ごとに考えた方が分かりやすいからです。

※プロトコル・・・通信をやり取りする際のルールの事

その分けた階層は以下図の7つになります。各層は第7層と呼ばず、一般的に「アプリケーション層」や「レイヤ7(なな)」と呼ばれます。

OSI参照モデル
第7層(レイヤ7)アプリケーション層
第6層(レイヤ6)プレゼンテーション層
第5層(レイヤ5)セッション層
第4層(レイヤ4)トランスポート層
第3層(レイヤ3)ネットワーク層
第2層(レイヤ2)データリンク層
第1層(レイヤ1)物理層

覚え方は、「アプセトネデブ」の語呂合わせでおぼえましょう。デブというと太った人に悪いですが、アプセトネは英語で動揺になります。太った人が動揺しますね。

データ送受信の順番とカプセル化

OSI参照モデルの各層でレイヤ7が上位にあるのは、通信の処理が行われる送信側の処理の順番がレイヤ7からスタートするためです。逆に受信側はレイヤ1からスタートします。

各層でルール通りに処理されると、処理した情報はヘッダとしてデータの前に付け加えます。上位層から順番に処理され処理情報をヘッダとして下位層へ包んでいくことを「カプセル化」といいます。カプセル化された情報はレイヤ1で電気信号となって送信されます。 レイヤ2ヘッダでは受信したフレームに誤りがないかをチェックするための「FCSヘッダ」も付け加えられます。

データ送信の順番とカプセル化

送信側の処理があれば受信側の処理があります。先ほど受信側は逆といいましたね。受信側はレイヤ1からレイヤ7へ処理を進めていきます。送信側ではヘッダを付け加えていくことを「カプセル化」といいましたが、受信側が行うヘッダを取り外していくことを「非カプセル化」といいます。

データ受信の順番と非カプセル化

コンピュータ間の送受信で使用される最小のデータ単位のことを「PDU(Protocol Data Unit)」といいます。PDUは各層のルール(制御情報:ヘッダ)部分とそれ以外の通信データの中身である「ペイロード」からなります。

階層PDU
レイヤ7アプリケーション層メッセージ
レイヤ6プレゼンテーション層
レイヤ5セッション層
レイヤ4トランスポート層セグメント
レイヤ3ネットワーク層パケット
レイヤ2データリンク層フレーム
レイヤ1物理層ビット
ペイロード

OSI参照モデルの役割

では次に7つに分けられた各層はどのような役割を担っているのか。みていきましょう。

第7層(レイヤ7):アプリケーション層

アプリケーション層は、ユーザとのインターフェースになる層です。通信を行う上でアプリケーション(ソフトウェア)ごとの固有のルールが決められています。

第7層(レイヤ7)アプリケーション層

第6層(レイヤ6):プレゼンテーション層

プレゼンテーション層は、データの表現形式を決定する層です。文字コードや画像のフォーマットもこの層で取り決めをしています。文字化け(文字が正しく表示されないこと)が起こるのはこの層で、異なる文字コードでやり取りをした際に発生します。

第6層(レイヤ6)プレゼンテーション層

第5層(レイヤ5):セッション層

セッション層は、セッションの管理をするための層になります。セッションとはアプリケーションによる通信全体を指す用語で、簡単にいうと通信の開始から終了までのことです。

第5層(レイヤ5)セッション層

第4層(レイヤ4):トランスポート層

トランスポート層は、通信の信頼性を確保するための層になります。データのやり取りをしていて適切に届いているかを宛先に確認するためのルールが決められています。

第4層(レイヤ4)トランスポート層

第3層(レイヤ3):ネットワーク層

ネットワーク層は、エンドツーエンドの通信をするための層になります。通信はいつもお隣さんとだけするわけではありませんよね。送信元から隣接する機器を経由して本来の宛先にデータを届ける必要があります。その際に利用するのがIPアドレスです。そしてIPアドレスを使うことで異なるLANへの通信が可能になりその時に必要なルールが決めれています。

ネットワーク層についてはネットワーク層とは?OSI参照モデルを図解でわかりやすく解説という記事で詳細に解説していますので参考にしてみてください。

第3層(レイヤ3)ネットワーク層

第2層(レイヤ2):データリンク層

データリンク層は、隣接する機器と通信をするための層になります。通信が始まって最初の相手はケーブルなどでつながるお隣さんです。このお隣さん(隣接する機器)と正しく通信をするために必要なルールが決められています。

データリンク層についてはデータリンク層とは?OSI参照モデルを図解でわかりやすく解説という記事で詳細に解説していますので参考にしてみてください。

第2層(レイヤ2)データリンク層

第1層(レイヤ1):物理層

物理層は、ビットを正しく送受信するための層になります。電気信号や光信号などを正しく相手側へ届けるために必要なルールが決められています。

第1層(レイヤ1)物理層

OSI参照モデルとTCP/IP

これまで、OSI参照モデルの話をしてきましたが最近、通信を行う際はOSI参照モデルではなくTCP/IPモデルが多く利用されています。TCP/IPはOSI参照モデルの7階層を4階層で分けています。なぜOSI参照モデルの説明をしたかというと細分化されている方が理解しやすいのもありますが、これには歴史的背景があります。OSI参照モデルを作成している間にTCP/IPが広く普及したため、結果として既に普及しているTCP/IPがデファクトスタンダード(世界標準)となりました。  TCP/IPは、アメリカ国防総省が軍用コンピュータ網のために作成した通信規格です。

【OSI参照モデルとTCP/IPの対応表】

OSI参照モデルTCP/IP
アプリケーション層アプリケーション層
プレゼンテーション層
セッション層
トランスポート層トランスポート層
ネットワーク層インターネット層
データリンク層ネットワークインターフェイス層
物理層

まとめ(今日の4か条)

  1. 通信規格の統一化のために「OSI参照モデル」が作成されたが実際に多く利用されているのは「TCP/IP」である。
  2. 「OSI参照モデル」は通信のやり取りが7階層に細分化されているので分かりやすい。
アプリケーション層
プレゼンテーション層
セッション層
トランスポート層
ネットワーク層
データリンク層
物理層
  1. 通信のやり取りは各層のプロトコル(ルール)で制御されており、送信側から各層のデータはヘッダ情報を付加して下位層へ渡す(カプセル化)。その逆で受信側はヘッダ情報を取り外していく(非カプセル化)。
  2. コンピュータ間の送受信で使用される最小のデータ単位のことを「PDU(Protocol Data Unit)」という。
階層PDU
レイヤ7アプリケーション層メッセージ
レイヤ6プレゼンテーション層
レイヤ5セッション層
レイヤ4トランスポート層セグメント
レイヤ3ネットワーク層パケット
レイヤ2データリンク層フレーム
レイヤ1物理層ビット
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