Table of Contents

ネットワーキングの基本：OSIレイヤーとTCP IPモデルの理解

はじめに

ネットワーキングの世界では、通信を管理するプロトコルとモデルを理解することが不可欠です。広く使われている2つのフレームワークは、OSI（Open Systems Interconnection）モデルとTCP IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）モデルです。これらのモデルは、ネットワークに構造化されたアプローチを提供し、ネットワーク・システムの構築やトラブルシューティングの基礎となります。この記事では、OSI層とTCP IPモデルをわかりやすく簡潔に説明することを目的としています。

OSIレイヤー

OSIモデル**は、ネットワークプロトコルがどのように相互作用し、異なるシステム間の通信を可能にするかを説明する概念的な枠組みである。OSIモデルは7つの層で構成され、それぞれが独自の責任を担っています。

|—————-|—————————————————————|———————|————————————————|———————————————| | 物理層｜データの物理的な伝送を扱う｜ケーブル、コネクター｜イーサネット、USB、HDMI｜IEEE 802.3、USB 3.0｜など。 | データリンク層｜隣接ノード間の信頼性の高いデータ転送を保証｜スイッチ、NIC｜イーサネット、Wi-Fi (802.11)、PPP｜IEEE 802.3、IEEE 802.11、RFC 1662｜。 | ネットワーク層｜異なるネットワーク間でデータパケットをルーティング｜ルーター｜IP、ICMP、ARP｜IPv4（RFC 791）、IPv6（RFC 2460）、ARP（RFC 826） | トランスポート層｜信頼性の高いエンド・ツー・エンドのデータ配信を提供｜ゲートウェイ｜TCP、UDP｜TCP（RFC 793）、UDP（RFC 768） | セッション層｜アプリケーション間の通信セッションを管理する｜NetBIOS｜NetBIOS、SIP｜RFC 1001、RFC 1002、RFC 3261｜。 | プレゼンテーション層｜情報交換の構文とセマンティクスを扱う｜SSL、HTTP｜SSL/TLS、HTTP｜SSL/TLS (RFC 5246)、HTTP (RFC 2616) | アプリケーション層|エンドユーザーアプリケーションと直接やりとりする層|ウェブブラウザ、メールクライアント|HTTP、FTP、SMTP、DNS|HTTP (RFC 2616)、FTP (RFC 959)、SMTP (RFC 5321)、DNS (RFC 1035)。

各レイヤーを詳しく見ていこう：

レイヤー1：物理レイヤー

物理層はOSIモデルの最下層で、ネットワーク上のデータの物理的な伝送*を扱います。バイナリ信号（0と1）を伝送するケーブル、コネクタ、ネットワークインターフェイスなどのハードウェアコンポーネントを定義します。このレイヤーのプロトコルの例としては、イーサネット、USB、HDMIなどがある。

レイヤー2：データリンク・レイヤー

データリンク・レイヤは、スイッチやネットワーク・インターフェース・カード（NIC）などの隣接するネットワーク・ノード間の信頼性の高いデータ転送を担当します。エラーのない転送を保証し、フロー制御とエラー検出**のメカニズムを提供します。このレイヤーの一般的なプロトコルには、**イーサネット、Wi-Fi（802.11）、ポイント・ツー・ポイント・プロトコル（PPP）**などがある。

レイヤー3：ネットワーク・レイヤー

ネットワーク・レイヤは、異なるネットワーク間のデータ・パケットのルーティングを担当します。ネットワーク・レイヤは、ネットワーク条件とアドレス指定方式に基づいて、データ伝送のための最適な経路を決定します。インターネット・プロトコル（IP）はこのレイヤーの基本的なプロトコルで、識別とルーティングのために固有のIPアドレスをデバイスに割り当てます。

レイヤー4：トランスポート・レイヤー

トランスポート層は、異なるデバイス上で動作するアプリケーション間の信頼性が高く効率的なエンドツーエンドのデータ配信を保証します。これは、コネクションを確立し、データを（必要に応じて）より小さなユニットにセグメ ントし、エラー回復とフロー制御のメカニズムを提供します。伝送制御プロトコル（TCP）**とユーザーデータグラムプロトコル（UDP）**は、一般的に使用されるトランスポートプロトコルである。

レイヤ5：セッション・レイヤ

セッション層は、異なるデバイス上で動作するアプリケーション間の通信セッションを管理します。このレイヤはセッションを確立、維持、終了し、プロセス間のデータ交換を可能にします。このレイヤーは同期とダイアログ制御を担当する。この層のプロトコルの例としては、NetBIOSとセッション開始プロトコル（SIP）**がある。

レイヤ6：プレゼンテーション・レイヤ

プレゼンテーション層は、システム間で交換される情報の構文とセマンティクスを扱う。このレイヤーは、安全な伝送のために、データが適切にフォーマットされ、エンコードされ、暗号化されることを保証する。このレイヤーはデータ圧縮**、暗号化、プロトコル変換を担当する。この層のプロトコルの例としては、**セキュア・ソケット・レイヤー（SSL）やハイパーテキスト・トランスファー・プロトコル（HTTP）**などがある。

レイヤー7：アプリケーション・レイヤー

アプリケーション層はOSIモデルの最上位層であり、エンドユーザーアプリケーションと直接やり取りする。アプリケーション層は、ユーザー・コミュニケーションとデータ交換**を可能にするサービスを提供します。この層のプロトコルの例としては、HTTP、FTP、SMTP、DNSなどがある。

TCP IPモデル

OSIモデルが概念的な枠組みを提供するのに対して、TCP IPモデルはインターネット上で使用される実際のプロトコルスイートである。TCP IPモデルは4つのレイヤーで構成され、OSIモデルの特定のレイヤーと一致している。

TCP IPレイヤー｜レイヤーの説明｜例｜プロトコル
ネットワーク・インターフェイス層｜データの物理的な伝送を扱う｜NIC、イーサネット・ケーブル｜イーサネット、Wi-Fi（802.11）｜。
インターネット層｜データのアドレス指定、ルーティング、断片化を担当｜ルーター｜IP、ICMP、ARP
トランスポート層｜信頼性の高いコネクション指向の通信を提供｜ゲートウェイ｜TCP、UDP
アプリケーション層：アプリケーションとプロトコル間のインターフェイスを表す。

これらの層を探ってみよう：

レイヤー1：ネットワーク・インターフェイス層

ネットワーク・インターフェース層は、OSIモデルの物理層とデータリンク層**の組み合わせに相当します。ネットワーク・インターフェース層は、ネットワーク上のデータの物理的な伝送を処理し、データリンク制御のためのプロトコルを提供します。

レイヤ2：インターネット・レイヤ

インターネット層はOSIモデルのネットワーク層に相当します。この層はIPプロトコルを包含し、アドレス指定、ルーティング、およびデータパケットの断片化*を行い、ネットワークを介して伝送する。

レイヤ3：トランスポート・レイヤ

TCP IPモデルのトランスポート層は、OSIモデルのトランスポート層と一致しています。この層は、TCPプロトコルを使用した信頼性の高いコネクション指向の通信、またはUDPプロトコルを使用した軽量でコネクションレスな**通信を提供します。

レイヤ4：アプリケーション・レイヤ

TCP IPモデルのアプリケーション層には、OSIモデルのセッション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層の機能が含まれます。これは、アプリケーションと基礎となるネットワーク・プロトコルの間のインタフェースを表す。

結論

OSIレイヤーとTCP IPモデルを理解することは、ネットワーキングに携わる人にとって非常に重要です。これらのモデルは、ネットワークがどのように動作し、通信を促進するプロトコルを理解するためのフレームワークを提供します。各レイヤーの機能を把握することで、ネットワーク管理者やエンジニア**は、問題を効果的にトラブルシューティングし、堅牢なネットワークシステムを設計することができます。

参考文献