OSI参照モデルとは？

OSI参照モデルとは、国際標準化機構（ISO）が通信を行う際のルールとして定めたものであり、これによりルールが統一化されたことで、異なるメーカーの製品でも、通信を可能にしました。国際標準化機構が、OSI参照モデルというルールを定めるまでは、異なるメーカーの製品で、通信が出来ないという状態でした。

OSI参照モデルの基礎知識

OSI参照モデルとよく比較されるもので、IPセットモデルというモデルが存在します。OSI参照モデルと比較した場合大きく違う点は、IPセットモデルでは、OSI参照モデルで言う第5層から第7層が1つにまとめられて、アプリケーション層と呼ばれていることです。現在は、OSI参照モデルよりもIPセットモデルの方が主流として扱われていますが、OSI参照モデルは概念として存在し続け、何かを説明する場合にOSI参照モデルがよく用いられます。

7つの階層

OSI参照モデルは、７つの階層に分かれていて、それぞれの階層で異なる役割を担っています。OSI参照モデルの７つの階層の順序を暗記する場合、それぞれの階層の頭文字を取って「アプセトネデブ」と覚えられたりしています。本記事で、OSI参照モデルの各階層の役割をご紹介致します。

レイヤー1：物理層

物理層は、ケーブルやコネクタ、電気信号などの物理的なものを定めた層です。具体的に説明すると、コンピュータが理解できるデジタルデータとケーブルが扱う電気信号を相互に変換する際の決まり事です。例えば、コネクタのピンの数、コネクタ形状の規定や、銅線-光ファイバ間の電気信号の変換に関わります。

レイヤー2：データリンク層

データリンク層は、直に繋がっている機器への信号の受け渡しを定めた層です。具体的に説明すると、誰から誰に伝送されたデータなのかを判断し、データの送信元と送信先の状態を確認して、データの送信が可能かどうかをどうやって判定するか定めたものです。ルールの中には、伝送中のエラー発生時に関するルールも定められています。

レイヤー3：ネットワーク層

ネットワーク層は、異なるネットワーク間の通信について定めた層です。具体的に説明すると、異なるネットワークへの通信を行う際に、どのような通信経路で通信を行い、どのようにデータを送信するかを定めた層です。ネットワーク上で、データの送信先や送信元を特定できるアドレスの割り当て方法なども定められています。

レイヤー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決まりを定めた層です。具体的に説明すると、送信元から送信先に、確実にデータが正しく送信されるための決まりを定めた層です。一度に伝送できるサイズに分割して送信し、分割されたデータを順番どおりに戻すことや、通信途中でデータに何らかの問題が発生した場合の決まりがあります。

レイヤー5：セッション層

セッション層は、通信開始から終了までの手順を定めた層です。具体的に説明すると、コネクションが確立してから切断までの通信の一連の手順を管理する決まりを定めた層です。例を挙げると、ログイン開始からログアウトまでの流れや、ショッピングサイトで購入ボタン押下から情報入力を経て、購入が確定するまでの流れを定めています。

レイヤー6：プレゼンテーション層

プレゼンテーション層は、文字コードや圧縮方式を定めた層です。具体的に説明すると、コンピュータ同士のデータ形式や圧縮方式などを合わせることによって、文字や映像データ、音声データなどに、コンピュータが違うことによって起こる不具合が生じないようにしている決まりを定めた層です。プレゼンテーション層は、セキュリティ向上のための暗号化と復号処理も担っています。

レイヤー7：アプリケーション層

アプリケーション層は、ユーザーとアプリケーションとの直接的な橋渡しとなる決まりを定めた層です。具体的に説明すると、ファイルやメールなどのアプリケーションレベルのデータのやり取りに関する決まりを定めた層です。例えば、Webサイトであれば「http」、メールであれば「smtp」や「pop3」といったプロトコルを定めています。

OSI参照モデルのカプセル化

送信する側で流れる処理と、受信する側で流れる処理では順序が異なります。カプセル化は送信する側で流れる処理で活用され、非カプセル化は受信する側で流れる処理で活用されます。このカプセル化と非カプセル化について、それぞれ分けて解説していきます。

カプセル化

OSI参照モデルで言うと、データを送信する際はレイヤー７からレイヤー１へと順に処理され、その処理した情報をヘッダとしてデータの前に付加させていくこと、つまり、上位の処理された情報を包み込むように下位の層へと流していくことをカプセル化といいます。最終的にはレイヤー１で電気信号となって送信されます。

非カプセル化

OSI参照モデルで言うと、カプセル化された状態の情報を、レイヤー１からレイヤー７という順で処理することによって、送信側でヘッダとして取り付けた情報を外していくことを非カプセル化といいます。最終的には受信側のコンピュータのアプリケーション上でデータを受け取ります。

対応機器の例

OSI参照モデルの各層には、それぞれ対応している機器があります。対応機器は、各層に決まった1つの機器という訳ではありませんが、その中でも代表的な対応機器をご紹介します。

リピータ

リピータは、OSI参照モデルで言う物理層の対応機器です。リピータは、ネットワークの中継の役割を担い、減衰した信号を増幅させるために使用します。遠く離れた機器に何らかのデータを送信しようとする場合、リピータが無ければ信号は途中で絶えてしまい、遠く離れた対象の機器にデータを送信することはできません。いわば、延長コードのような役割ということです。

HUB/L2スイッチ

HUBとL2スイッチは、OSI参照モデルで言うデータリンク層の対応機器です。HUBはリピータハブとも呼ばれ、リピータと同様に減衰した信号を増幅させる機能に加え、複数のポートを持っているので、繋がっている全てのポートに対して信号を送信します。L2スイッチも同様に複数のポートを持っていますが、L2スイッチの場合は、接続されているポートを識別して、特定のポートに対してのみ送信することが出来ます。

ルータ/L3スイッチ

ルータとL3スイッチはOSI参照モデルで言うネットワーク層の対応機器です。ルータとは、ネットワーク層のパケットヘッダで宛先アドレスを確認し、ルーティング(経路選択)してパケットを転送する機器であり、様々なメディア間の接続をすることが可能です。L3スイッチは、ルータの様に様々なメディア間の接続をすることは出来ませんが、L2スイッチの機能に加え、各ポートがルーティングできる機能を持ち、社内やスクール内のみで使用されます。

ファイアウォール

ファイアウォールはOSI参照モデルで言うネットワーク層からアプリケーション層の対応機器です。ファイアウォールは、外部からの不正アクセスやウイルスといった脅威からコンピュータを守る役割を持ちます。ファイアウォールには種類があり、ネットワーク層とトランスポート層で動作するのがパケットフィルタリング型、トランスポート層で動作するのがサーキットゲートウェイ型、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で動作するのがアプリケーションレベルゲートウェイと言います。

UTM/NGFW

UTMとNGFWは、OSI参照モデルで言うネットワーク層からアプリケーション層の対応機器です。UTMとは、ファイアウォールの代用となる役割を担っており、ファイアウォールにIPS、アンチウィルス、URLフィルタリング、アンチスパムの機能を加えたような機器です。NGFWとは、UTMと同様にファイアウォールの代用となる役割を担っており、ファイアウォールにIPSとアプリケーションコントロールの機能を加えたような機器です。

OSI参照モデルについて学ぼう！

OSI参照モデルは、IT用語としてよく扱われています。基本情報技術者試験や応用情報技術者試験などの資格試験でも、問題として出題されることが多く、OSI参照モデルについて学ぶことは資格試験合格のためにもなります。OSI参照モデルについて、より詳細に学習しておきましょう。