ネットワークスペシャリスト試験を受けるなら押さえておきたい!OSI参照モデルとは?

ナガ

こんにちは!ナガです

今回は、OSI参照モデルをご紹介します。

OSI参照モデルはネットワークを理解するうえで重要な概念です。

ネットワークスペシャリスト試験の合格を目指している方のお役に立てる記事となっておりますのでぜひご覧ください

目次(クリックで飛べます)

OSI参照モデルとは

OSI参照モデルは、ネットワークに関するプロトコルを7つの層に分類したものです。

プロトコルとは、通信規約のことです。
通信を行う上でのルールと覚えてください。

コンピュータとコンピュータがネットワークを通じて通信するとき 、たくさんの機能が必要になります。

通信は必ず相手があるものですから、自分だけが勝手にその機能を実装したとしても通信は行えません。

そのため、全世界で共有されたルールが必要となります。

このルールがプロトコル(通信規約)と呼ばれるものです。

たくさんのプロトコルが体系付けられずにいると大変分かりずらいです。

分かりずらさを回避するために、
7つの層を設けてプロトコルを分類したものがOSI参照モデルです。

OSI参照モデルがないと、プロトコルが分類されておらず、ごちゃごちゃしています。

OSI参照モデルでは、このようにプロトコルを分類分けして、スッキリさせます。

分類分けするとスッキリ!

OSI参照モデルはネットワークの全体像を記した地図のようなものです。
しっかりと理解しておきましょう!

OSI参照モデルの7つの層

OSI参照モデルは、プロトコルを7つの層に分類します。

7つの層は以下の通りです。

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

この7つの層の名称と順番は重要ですので暗記してしまいましょう。

上から読んで「アプセトネデブ」
下から読んで「ブネデトセプア」
と覚えておきます。

それでは、各層の役割を下の層から順番に見ていきましょう。

物理層

コンピュータの内部では、情報は「0」と「1」の2進数で取り扱われています。

コンピュータとコンピュータがネットワークを通じて通信するとき、
送信元のコンピュータが「0」と「1」の情報を電気信号や光信号に変換しケーブルに流し込みます。

電気信号の場合、「0」は低い電圧、「1」は高い電圧に変換するイメージです。
光信号の場合、「0」は明、「1」は暗に変換するイメージです。

物理層ではこの「0」と「1」の情報を電気信号や光信号に変換するプロトコルが定義されています。

送信元のコンピュータから発せられた電気信号や光信号が、ケーブルを伝わって送信先のコンピュータに届きます。

電気信号や光信号のままではコンピュータは理解できないため、
コンピュータが理解できるように電気信号や光信号を「0」と「1」の情報に変換する(もとに戻す)のも物理層のプロトコルの役割です。

また、コンピュータとコンピュータがネットワーク通じて通信をするときに使用する
ネットワークメディアの種類や形状なども物理層で定義されています。

ネットワークメディアは、日本語では通信媒体と呼ばれます。
優先での通信の場合は、物理的なケーブルのことです。
無線接続の場合は、物理的なケーブルは存在しないため、電波がネットワークメディアに該当します。

データリンク層

データリンク層では、「隣接するノード」と通信を行うための機能が定義されています。

「ノード」とはネットワークを構成する機器のことです。
つまりネットワークに接続されているコンピュータやルータやプリンタのことですね。

「隣接するノード」とはなんでしょうか?

「隣接するノード」は「同じネットワークに存在するノード」のことです。

世界中のコンピューターがたった一つのネットワークに接続されている様子をイメージしてみてください。

接続されているコンピュータが多すぎてとてもじゃないですが管理しきれません。
また、世界中のコンピューターが同じネットワークに接続されているのはセキュリティの観点からもよくありません。

そのため、ネットワークは適切に分割される必要があります。

企業Aは企業Aのネットワーク、
山田さん宅は山田さん宅のネットワーク、のように分割する必要があります。

ネットワークを分割するのが
「ルーター」または「レイヤ3スイッチ」というネットワーク層の機器です。

「ルーター」または「レイヤ3スイッチ」を使用することでネットワークを分割することができます。

下の図を見てください。
「ネットワーク」が「ルーター」または「レイヤ3スイッチ」によって「ネットワークA」と「ネットワークB」に分割されている様子を表しています。

ルータやレイヤ3スイッチによるネットワークの分割

ネットワークが「ルータ」「レイヤ3スイッチ」によって、
「ネットワークA」と「ネットワークB」に分割されています。

ここで、
「ネットワークA」に接続されているノードにとって、
同じように「ネットワークA」に接続されているノードは「同じネットワークに存在するノード」つまり「隣接するノード」です。

一方、
「ネットワークA」に接続されているノードにとって、
「ネットワークB」に接続されているノードは「異なるネットワークに存在するノード」つまり「隣接するノード」ではありません。

データリンク層の機能を利用することにより、「同じネットワーク」のノード同士で通信が行えます。

しかし、通信を行いたい相手のノードが必ずしも同じネットワークに存在しているとは限りません。

もし、通信相手が、
異なるネットワークに存在するノードであった場合はデータリンク層の機能だけでは通信はできません。

1つ上の層であるネットワーク層の機能を使用します。

ネットワーク層

ネットワーク層では、
通信相手のノードとの「エンドツーエンドの通信」を行うための機能が定義されています。

「エンドツーエンドの通信」とはなんでしょうか?

例えば「コンピュータA」と「コンピュータB」が通信を行うときに、
「コンピュータA」⇔「ルータ」⇔「コンピュータB」のように「ルータ」を介して通信を行う場合を考えてみましょう。

データリンク層のところで説明したようにネットワークは「ルータ」「レイヤ3スイッチ」で分割されますので、
「コンピュータA」と「コンピュータB」は異なるネットワークに接続されています。

この場合、
・「コンピュータA」と「ルータ」
・「ルータ」と「コンピュータB」
の間の通信は「エンドツーエンドの通信」とはいいません。

・「コンピュータA」と「 コンピュータ B」
・「 コンピュータ B」と「 コンピュータ A」
の間の通信のことを「エンドツーエンドの通信」といいます。

自宅から電車で友達の家までいくのをイメージしてみてください。

・自宅→駅A→駅B→友達の家

「自宅→友達の家」はエンドツーエンドです。
「自宅→駅A」「駅A→駅B」「駅B→友達の家」はエンドツーエンドではありません。

データリンク層の機能ではルータやレイヤ3スイッチを超えた先にある
異なるネットワークのノードとの通信は行えませんでした。

ネットワーク層の機能により、
異なるネットワークに存在するノードとの通信(つまり「エンドツーエンドの通信」)を行うことができるのです。

トランスポート層

ネットワーク層までの機能でエンドツーエンドの通信が可能となりました。

ただ、ネットワーク層までの機能だけでは
本当にデータが相手のノードに届いたかどうかはわかりません。

届いたかもしれませんが届いてないかもしれません。

ネットワーク層までの機能によってデータを相手に送ることはできますが、
送ったデータが無事に相手のノードに届いたかどうかまで確認することはできないためです。

トランスポート層では相手にデータが届いたかどうかの確認や、
その確認に対して相手からの応答がなかった場合にデータを再送する機能が定義されています。

また、一つのノードで複数のアプリケーションが起動している場合に
ネットワーク層までの機能だけでは、どのアプリケーションにデータを届けるべきかわかりませんでした。

ノードにデータを届けることまではできましたが、
そのノードのどのアプリケーションにデータを届けるべきか判断することはできませんでした。

例えば同じ端末で、
メールソフトを起動して相手とメールのやり取りをしながら、
Webブラウザソフトも起動してネットサーフィンをしているような場合です。

ネットワーク層の機能だけでは、メールソフトに届けるべきか、Webブラウザソフトに届けるべきか判断ができません。

トランスポート層の機能により目的のアプリケーションにデータを届けることができるようになります。

セッション層

「セッション」とはなんでしょうか?

「セッション」とはアプリケーションによる一連の通信全体のことです。

あるショッピングサイトで買い物をするとき、

・ショッピングサイトにログインする
・購入したい商品をカートに入れる
・商品を購入し決済する
・ショッピングサイトからログアウトする

この一連の通信全体が「セッション」ということになります。

セッション層ではセッションを管理するための機能が定義されています。

ただし、OSI参照モデルのセッション層の機能に準拠したプロトコルは普及していません。
世界的に統一され標準化されたセッション管理機能というものはなく、
個々のアプリケーションが必要に応じて独自にセッション管理機能を提供しているのが現状です。

そのため「セッション」という言葉の意味だけ理解していただければ問題ありません。

OSI参照モデルに代わって全世界に普及しているTCP/IPモデルでは、セッション層は存在しません。
OSI参照モデルにおけるセッション層はTCP/IPモデルのアプリケーション層に統合されています。

プレゼンテーション層

プレゼンテーション層ではデータの表示形式に関するルールが定義されています。

この層の機能により、文字化けせずに文字を表示することができます。

ただし、OSI参照モデルのプレゼンテーション層の機能に準拠したプロトコルは普及していません。
世界的に一つに統一され標準化されたデータの表現形式を変換する機能というものはなく、
個々のアプリケーションが必要に応じてデータの表現形式の変換をしているのが現状です。

OSI参照モデルに代わって全世界に普及しているTCP/IPモデルでは、プレゼンテーション層は存在しません。
OSI参照モデルにおけるプレゼンテーション層はTCP/IPモデルのアプリケーション層に統合されています。

アプリケーション層

アプリケーションに関するルールが定義されています。

アプリケーションとはメールをするときのメールソフトや
ネットサーフィンをするときのWebブラウザソフトのことです。

メールを相手に送信する際のルール、
Webサイトの情報をWebブラウザソフトに送る際のルールなどが定められています。

さいごに

以上が、OSI参照モデルの説明です。

ネットワークスペシャリスト試験では、
特に物理層からトランスポート層までの理解が重要です。

ネットワーク機器やプロトコルを理解する際に、
そのネットワーク機器やプロトコルがOSI参照モデルのどの層に属するのかをしっかり意識するだけで、理解度が格段に違ってきます。

せひ、押さえておきましょう!

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この記事を書いた人

資格試験好き。IT系会社員です。
株式投資歴5年|プログラマー歴10年|データベーススペシャリスト|
ネットワークスペシャリスト|情報処理安全確保支援士(セキュリティスペシャリスト)|FP2級|簿記2級

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