OSI参照モデルとは。TCP/IPとの違いや階層構造を徹底解説

ネットワークについて学ぶと必ず出てくる概念が「OSI参照モデル」です。

OSI参照モデルとは、複雑なネットワークの仕組みを機能別に7つの階層として分けたもので、ネットワークを理解する上で欠かせないモデルとなっています。

一言で表すと、「通信時のルールを集めたもの」というイメージが近いでしょう。

今回は、ネットワークの基本として重要なOSI参照モデルについて、階層構造の詳細やTCP/IPとの違いを解説します。

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OSI参照モデルとは

OSI参照モデルとはどのようなもので、どうして作られたのでしょうか。

OSI参照モデルとは?

OSI参照モデルは、ネットワークの機能や仕組みを7つの階層(レイヤー)に分類したものです。

この規格は、国際規格を制定する国際標準化機構(ISO)によって定められています。

一般的に、HTTPやFTPといった通信におけるルールをプロトコルと呼びます。

OSI参照モデルは、このプロトコルを階層構造(レイヤー)に分けています。

OSI参照モデルの階層構造については後ほど詳しく説明しますが、階層構造の低層に位置するのは、ネットワークケーブルの材質などのハードウェアに近い要素です。

高層ではアプリケーションに近い要素を規定しています。

OSI参照モデルが作られた経緯

次に、OSI参照モデルが制定された経緯について説明します。

コンピューターネットワークが誕生した頃のネットワークは、装置同士を接続するためのものであり、各社が独自の方法を使用していました。

しかし、各ベンダーが独自の規格を用いていると、複数のベンダーの機器同士で通信を行うことが困難ですよね。

異なるベンダーの機器同士を正常に接続して通信を行うためには、ネットワークの規格を共通化する必要がありました。

こうした経緯からISOでまとめられたのが、共通の通信モデルである「OSI参照モデル」です。

OSI参照モデルの階層構造

OSI参照モデルは以下のように7つの階層構造に分類されます。

それぞれの階層(レイヤー)は異なる性質を持ち、階層同士で影響を及ぼすことがないように別々に動作します。

階層が分かれているため、通信に問題が発生した場合には、発生事象からどの階層の問題であるかを絞り込むことができます。

階層モデル名称プロトコル
7アプリケーション層アプリケーションプロトコル(HTTPなど)
6プレゼンテーション層
5セッション層
4トランスポート層TCP、UDPなど
3ネットワーク層IP、ICMP、ARPなど
2データリンク層イーサネット、MACアドレスなど
1物理層

アプリケーション層(階層7)

アプリケーション層は、端末で利用するアプリケーションで通信に関係する領域を規定しています。

ユーザーインターフェースもアプリケーション層に分類されます。

アプリケーション層に分類される、SMTPやFTPについてはこちらの記事で詳しく解説しています。

プレゼンテーション層(階層6)

プレゼンテーション層では、通信データをアプリケーションが扱える形式に変換、あるいはその逆を行います。

ここで変換を行うことで、受信された情報をアプリケーション層で正しく扱えるようになります。

セッション層(階層5)

セッション層は、通信セッションの確立と切断、送受信されるデータのサイズなど通信におけるデータ転送に関するコントロールを行います。

トランスポート層(階層4)

トランスポート層の役割は、通信先のアプリケーションに正しくデータを送ることです。

なお、通信エラーの際のリトライなどもトランスポート層で定義されます。

ネットワーク層(階層3)

ネットワーク層は、通信先の相手まで正しくデータを送るための内容を定義します。

アドレス体系や通信経路の決定に関わる規格と言えるでしょう。

ネットワーク層に分類されるIPについては、こちらの記事をご覧ください。

データリンク層(階層2)

データリンク層は、物理層で直接接続された機器間での通信を可能とします。

通信で0,1の数字で規定されたデーターの内容を意味のある固まり(ブロック)にして相手に伝える役割を担います。

データリンク層に分類されるMACアドレス、イーサネットについては、こちらの記事で詳しく紹介しています。

物理層(階層1)

物理層は、電圧レベル、伝送レート、コネクタ形状など、信号を伝達するための物理的な規格や定義を扱います。

OSI参照モデルとTCP/IPは何が違う?

OSI参照モデルと同様にネットワークモデルを定義したものにTCP/IPがあります。

両者とも通信機能に関する定義ですが、そこには大きな違いがあります。

OSI参照モデル

  • 国際標準化機構(ISO)によって策定
  • 7階層のモデルから構成されている

TCP/IPモデル

  • 米国国防高等研究計画局(DARPA)によって策定
  • 4階層のモデルから構成されている
  • 異なるハードウェアやOSであっても通信を行うための通信プロトコル

 

まず、ISOによって策定されたOSI参照モデルに対して、TCP/IPは米国国防高等研究計画局(DARPA)によって策定されているという点で異なります。

その上で、階層の数が違うという点が挙げられます。

これを表にすると以下のようになります。

OSI参照モデルTCP/IPプロトコル
階層モデル名称階層モデル名称
7アプリケーション層4層アプリケーション層HTTPS,SMTP,POP3など
6プレゼンテーション層
5セッション層
4トランスポート層3層トランスポート層TCP, UDP
3ネットワーク層2層インターネット層IP
2データリンク層1層ネットワークインターフェース層イーサネット, PPPなど
1物理層

これを見ると、TCP/IPでは、OSI参照モデルと異なり、プロトコルの区分による階層構成になっていることがわかります。

これによって、異なるハードウェアやOS環境であっても問題なく通信が行えるようになっています。

TCP/IPについてもっと知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。

まとめ

ネットワークを学ぶ上で基本とも言われるOSI参照モデルは、複雑なネットワークの仕組みや機能を7つの階層に分けたもので、国際標準化機構(ISO)によって定められたものです。

元来、さまざまなベンダーが独自の規格を使ってそれぞれの機器間で通信を行っていましたが、機器が混在すると通信が行えないという問題がありました。

これを解決するための仕組みが、今回解説したOSI参照モデルです。

OSI参照モデルでは、ハードウェアにより近い物理層からソフトウェアに近いアプリケーション層まで規定されており、ハードウェアやソフトウェアの違いに関係なく通信が行えるようになっています。

よく比較されるTCP/IPは、同じようにネットワークの仕組みを階層構造で整理したものですが、こちらは通信プロトコルに基づいて決められたもので、構造には少し違いがあります。

ネットワーク上で通信が正しく行われるために、今回解説したOSI参照モデルの考え方は非常に重要なものとなっています。

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