今日のデジタル世界では、ネットワーク通信が私たちの日常生活やビジネス活動の重要な部分になっています。ネットワーク通信をよりよく理解して管理するために、ネットワーク エンジニアと管理者はさまざまなモデルを使用してネットワーク プロトコルと通信プロセスを整理し、説明します。この記事では、OSI 7 層モデルと TCP/IP 5 層モデルという 2 つの最も重要なネットワーク モデルを紹介します。
OSI 7 層モデル
OSI (Open Systems Interconnection) モデルは、1980 年代に国際標準化機構 (ISO) によって開発された理論的なネットワーク通信モデルです。このモデルは、ネットワーク通信プロセスを 7 つのレベルに分割し、各レベルが異なる機能を担当することで、ネットワーク通信のモジュール化および階層化された設計を実現します。OSI モデルの 7 つのレベルは次のとおりです。
物理層: これは最下層であり、物理メディア上のデータの送信を担当します。これには、電圧、電流、ケーブル、光ファイバーなどの物理的特性が含まれます。物理層の主なタスクは、あるノードから別のノードにビット ストリームを送信することです。
データリンク層: この層は、データ フレームの送信と、データ送信時のエラーの特定と修正を担当します。通常、これには MAC (メディア アクセス コントロール) アドレスの管理が含まれます。
ネットワーク層: ネットワーク層は、データが送信元ノードから宛先ノードに確実に到達するようにデータ パケットをルーティングする責任を負います。IP アドレスを使用してネットワーク上のデバイスを識別し、データ パケットの転送を制御します。
トランスポート層: トランスポート層はエンドツーエンドのデータ送信サービスを提供しますが、通常、エラーの検出および訂正機能は含まれません。トランスポート層は主に、データの信頼性の高い送信とフロー制御を担当します。TCP (Transmission Control Protocol) は、データが順番に宛先に到達し、必要に応じて失われたパケットを再送信することを保証する信頼性の高いプロトコルです。UDP (User Datagram Protocol) もトランスポート層のプロトコルですが、信頼性の保証はなく、エラーの検出と修正は行われません。
セッション層: セッション層は、データ送信の信頼性を確保するためにセッション (または接続) の確立、管理、終了を担当します。データの同期とチェックポイントも処理します。
プレゼンテーション層: プレゼンテーション層は、データ形式の変換、データの暗号化と復号化、およびデータ圧縮を処理します。これにより、異なるデバイス間でのデータ形式の互換性が保証されます。
アプリケーション層: アプリケーション層には、Web ブラウザ、電子メール クライアント、ファイル転送プロトコルなどのネットワーク アプリケーションが含まれます。この層は、ネットワーク サービスにアクセスするためのインターフェイスをユーザーに提供します。
OSI 7 層モデルは複雑かつ非現実的であるため、OSI 7 層モデルは実装または実装されていません。
実際にネットワークを構築する際には、OSI 7 層モデル設計の一部の層のみが使用され、以下の TCP/IP 5 層 (または 4 層) モデルが実装されます。
TCP/IP 5層モデル
TCP/IP 5 層モデルは、OSI モデルとは異なり、実際のインターネット通信で使用されるモデルであり、インターネット モデルと呼ばれることがよくあります。これはよりシンプルですが、インターネットの実際の仕組みに近いものでもあります。TCP/IP モデルの 5 つのレベルは次のとおりです。
アプリケーション層: アプリケーション層はアプリケーション間の通信を担当し、電子メール送信 (SMTP)、ファイル転送プロトコル (FTP)、Telnet などの高レベルのサービスを提供します。ネットワーク プログラミングは通常、アプリケーション層で行われます。
トランスポート層: トランスポート層は 2 つのホスト間のデータ送信を担当し、ソース ホストからターゲット ホストにデータが確実に送信されるようにします。伝送制御プロトコル (TCP) は、信頼性とフロー制御を提供する一般的に使用されるトランスポート層プロトコルです。
ネットワーク層: ネットワーク層は、アドレス管理とルーティングを担当し、IP アドレスを使用してホストを識別し、ルーティング テーブルを通じてデータ送信ルートを計画します。ルーターはネットワーク層で動作します。
データ リンク層: データ リンク層は、フレーム同期、競合検出、データ エラー チェックなど、デバイス間のデータ フレームの送信と識別を担当します。イーサネット、トークン リング、および無線 LAN はすべてデータリンク層の標準です。スイッチはデータリンク層で動作します。
物理層: 物理層は、ネットワーク ケーブル、同軸ケーブル、光ファイバー、無線電磁波などの光/電気信号の伝送方法を担当します。物理層の機能は、最大伝送速度、伝送距離、干渉耐性に影響します。ハブは物理層で動作します。
ネットワークデバイスが配置されている層
ホスト: ホストのオペレーティング システム カーネルは、通常、トランスポート層から物理層まで、TCP/IP 5 層モデルの下位 4 層を実装します。これには、トランスポート層 (TCP や UDP など)、ネットワーク層 (IP など)、データリンク層 (イーサネットなど)、物理層 (ネットワーク ケーブル インターフェイスなど) を処理する機能が含まれます。
ルーター: ルーターは、TCP/IP 5 層モデルの下位 3 層 (ネットワーク層から物理層まで) を実装します。主にデータ パケットのルーティングと転送を担当し、ネットワーク層、データリンク層、物理層の機能をカバーします。
スイッチ: スイッチは、データ リンク層から物理層まで、TCP/IP 5 層モデルの下位 2 層を実装します。その主なタスクは MAC アドレスに基づいてデータ フレームを交換することであり、データ リンク層と物理層の機能をカバーします。
ハブ: ハブは物理層機能のみを実装します。あるポートから他のすべてのポートにデータをコピーし、データ フレームやアドレスをインテリジェントに処理しないため、物理層の送信のみを担当します。