OSI参照モデルの仕組みを図解で説明 〜7つの階層とTCP/IPとの関係〜

「OSI参照モデル」の7つの階層を説明できますか？

名前は暗記したけれど、何の役に立つのか分からないという人も多いと思います。

OSI参照モデルは、ネットワークの話を整理するための共通の地図のようなものです。

7つの階層の役割とTCP/IPとの関係について、図を使って説明していきます。

OSI参照モデルとは？

OSI参照モデルは、ネットワーク通信の機能を7つの階層に分けて整理したモデルです。

ISO（国際標準化機構）が定めました。

通信には、ケーブルで信号を送る、宛先を探す、データの欠けを確認する、画面に表示するなど、多くの機能が必要です。

これらを階層に分けておくと、各階層は自分の役割だけを考えれば済みます。

例えば、ケーブルを無線LANに変えても、Webブラウザを作り直す必要はありません。

階層ごとに役割が分かれているからです。

7つの階層の役割

上から順に、次の7つの階層があります。

階層	名前	役割	例
第7層	アプリケーション層	アプリの通信の決まり	HTTP、SMTP、DNS
第6層	プレゼンテーション層	データの表現形式の変換	文字コード、圧縮
第5層	セッション層	通信の開始から終了までの管理	接続の確立、維持
第4層	トランスポート層	端末間の転送	TCP、UDP
第3層	ネットワーク層	別のネットワークへの経路の選択	IP
第2層	データリンク層	同じネットワーク内の隣の機器への転送	有線LAN（Ethernet）、Wi-Fi
第1層	物理層	電気や光の信号の伝送	ケーブル、コネクタ

下の階層ほど機器やケーブルに近く、上の階層ほどアプリに近いと考えると分かりやすいと思います。

TCP/IPとの関係

実際のインターネットで使われているのは、TCP/IPという4つの階層のモデルです。

OSI参照モデルの7つの階層と、次のように対応します。

OSI参照モデルの第5層から第7層は、TCP/IPではアプリケーション層にまとめられています。

また、第1層と第2層はネットワークインターフェース層にまとめられています。

対応のさせ方は資料によって少し違うことがありますが、大まかな関係を覚えておけば十分です。

現場では、TCP/IPで通信していても「L2」「L3」のようにOSI参照モデルの番号で話すことがよくあります。

L2は第2層、L3は第3層のことです。

データの送信とカプセル化

データを送る時は、上の階層から下の階層へ順に渡していきます。

この時、各階層が自分の情報を「ヘッダ」として付け足します。

これを カプセル化といいます。

① アプリがデータを作る

② トランスポート層がTCPヘッダを付ける

③ ネットワーク層がIPヘッダを付ける

④ データリンク層がEthernetヘッダを付ける

⑤ 物理層が信号にして送る

受信側は逆の順に、ヘッダを外しながら上の階層へ渡していきます。

手紙を封筒に入れて、さらに大きな封筒に入れて送るようなイメージです。

階層と機器の関係

ネットワーク機器も、どの階層で動くかで整理できます。

リピータハブは、受け取った信号をそのまま流す第1層の機器です。

スイッチは、MACアドレスを見て転送する第2層の機器です。

ルーターは、IPアドレスを見て転送する第3層の機器です。

スイッチとルーターの違いは、ルーターとスイッチの違いを図解で説明の記事で説明しています。

通信トラブルの時も、階層の考え方が役に立ちます。

ケーブルはつながっているか、IPアドレスは正しいか、というように下の階層から順に確認すると、原因を絞り込めます。

まとめ

今回はOSI参照モデルの7つの階層について説明しました。

OSI参照モデルは、通信の機能を7つの階層に分けて整理したものです。

実際の通信はTCP/IPで行われていますが、階層の考え方は現場でも使われています。

第4層のTCPとUDPについてはTCPとUDPの仕組みを図解で説明、第3層のIPアドレスについてはサブネットマスクの計算を図解で説明の記事で説明しています。

まずは「L2はMACアドレス、L3はIPアドレス」と覚えておくと、ネットワークの話が理解しやすくなると思います。

普段の仕事でOSI参照モデルを意識して作業する人は、意外と少ないかもしれません。

しかし、障害を解決する時やネットワークの構成を考える時には、とても大切な考え方です。

ぜひマスターしておきましょう。