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ネットワーク OSI参照モデル

はじめに

こんにちは、技術開発推進部の五十嵐です。
みなさんは、普段使っているネットワークについて意識したことはあるでしょうか?
HTTP、FTP、TCP/IP等々ネットワークの関連技術は様々ありますが、
今回はOSI参照モデルを元に、それらを説明したいと思います。

OSI参照モデル

OSI参照モデルというのは、国際標準化機構(ISO)が、OSIという規格のために策定したものです。
ところが、思惑通りにOSI自体は普及せず、TCP/IPが市民権を得ました。
しかしながら、OSI参照モデルという概念だけは残り、現在に至ります。
OSI参照モデルは以下の様な階層構造になっています。
Lとは、レイヤー(Layer)の略で層のことです。

各層は上下の層と協調してデータの送受信を行います。
送信時には、L7はL6にデータを渡しそしてL5に渡し・・・、最終的にはL1から外界に出ていきます。
受信時は逆にL1で受け取り、L7まで登ってきます。

L1 「物理層」

ネットワークカードやケーブルなどハードウェアの層です。
電気的な規格などが定義されています。通信するデータはここから送信されます。
転送するビット列を電気信号に変換したりしますが、データの内部には干渉しません。
例えばリピーターハブは、宛先など調べずに信号をすべてのポートに同じデータを出力します。

L2 「データリンク層」

MACアドレスを宛先の情報として対象機器にデータを届けます。
L1とは違い、宛先を探して送信等、色々な動作を行うことができます。
エラーが発生したデータは破棄されますが、再送などは行いません。
TCP/IPではIPアドレスで通信先を決めますが、実際には該当するIPアドレスを持つ
機器のMACアドレスを取得して、そこに対して通信を行います。
スイッチングハブ(L2スイッチともいいます)が該当します。

L3「ネットワーク層」

IPアドレスを宛先の情報として対象機器にデータを届けます。
L2では同一セグメント同士でしか通信できませんが、ここではIPアドレスを用いることで、別セグメント同士の通信を実現します。
動作が複雑なので、主にソフトウェアで実現しますが(ルーター等)、ハードウェアで実現するL3スイッチ等も存在します。
この層でもエラーの発生したデータは破棄されます。

L4「トランスポート層」

この層では、これまでの層を用いて高度なサービスを実現します。
例えばTCPでは、転送エラー時に自動で再送を行い信頼性の高い通信を保証します。
さらにポートという概念をIPアドレスと併用することで論理的に複数の経路を確保し、様々なサービスを同時に実現します。
この層に特化した機器として、負荷分散装置が該当します。

L5「セッション層」

アプリケーション同士のセッションをコントロールします。
L4層でもIPアドレスとポート番号で通信経路は確保されますが、この層では更に高度なシーケンスでやり取りが行われます。
例えばTLS等が該当し、通信開始から暗号キーのやり取りを行い、セキュアな通信を実現します。

L6「プレゼンテーション層」

送受信するデータの変換を行う層です。
文字コードの変換などを行います。例えば、クライアントがSHIFT_JISで、サーバーがEUCの場合、自動的に変換して送信します。

L7「アプリケーション層」

エンドユーザーが使うアプリケーションが存在する層で、HTTPやFTP等のプロトコルが定義されています。
ブラウザやメーラー等はこれらを利用してサービスを実現しています。

以上が、OSI参照モデルの各層です。
ユーザーがブラウザでどこかのサイトにアクセスする時は、各層を通過して相手サーバーまで行くわけですが、
図示すると次のようになっています。(社内イントラネットをイメージしてください)



ユーザーからのリクエストのみ描いていますが、通常はサーバーからのレスポンスがこれの逆順で返ってきます。

おわりに

今回はネットワークの基本的な経路について説明をいたしました。
実際のネットワークでは、これ以外にも様々な機器が使われていますが、基本的な考え方は変わりません。
負荷分散装置やL2TP等は、これらの仕組みをうまく使って、色々なサービスを行っています。
興味が湧いた方は調べてみると面白いですよ。

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