OSI参照モデルとは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

OSI参照モデルとは
OSI参照モデルの7層構造と各層の役割
物理層からアプリケーション層までの役割分担
データのカプセル化とデカプセル化
隣接する層間のインターフェース
OSI参照モデルとTCP/IPモデルの比較
層の数と名称の違い
プロトコルの対応関係
モデルの実装と普及度
OSI参照モデルの利点と限界
ネットワーク通信の標準化と相互接続性の向上
トラブルシューティングや新技術開発への応用
実装の複雑さと普及の限界

OSI参照モデルとは

OSI参照モデルは、コンピュータネットワークにおける通信プロトコルを7層に分類し、各層の役割と機能を定義した概念モデルです。国際標準化機構(ISO)によって1984年に策定されました。

OSI参照モデルの目的は、異なるメーカーやベンダー間でのネットワーク機器やソフトウェアの相互接続性を確保することにあります。各層が独立して機能するため、一つの層の変更が他の層に影響を与えることなく、柔軟な設計が可能となるのです。

OSI参照モデルの7層は、下位層から物理層、データリンク層、ネットワーク層、トランスポート層、セション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層で構成されています。下位層は主にハードウェアに関連し、上位層はソフトウェアに関連する役割を担っているのが特徴です。

現在では、OSI参照モデルは主に教育目的で用いられることが多くなっています。実際のインターネットではTCP/IPプロトコルスイートが広く使用されており、これは5層モデルで表現されます。

しかし、OSI参照モデルはネットワーク通信の基本概念を理解する上で非常に重要な役割を果たしています。各層の機能や役割を明確に定義することで、トラブルシューティングや新技術の開発にも役立っているのです。

OSI参照モデルの7層構造と各層の役割

OSI参照モデルの7層構造と各層の役割に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

物理層からアプリケーション層までの役割分担
データのカプセル化とデカプセル化
隣接する層間のインターフェース

物理層からアプリケーション層までの役割分担

OSI参照モデルでは、各層が独立した役割を担っています。物理層はビット列の伝送を担当し、データリンク層はフレームの伝送と誤り制御を行います。ネットワーク層はパケットのルーティングを、トランスポート層はエンドツーエンドの信頼性の高い通信を実現するのです。

セション層は通信制御を、プレゼンテーション層はデータ表現の変換を担当しています。最上位のアプリケーション層は、アプリケーションに特化したプロトコルを定義し、ユーザーとのインターフェースを提供します。このように、各層が独立して機能することで、ネットワーク通信の柔軟性と効率性が確保されるのです。

データのカプセル化とデカプセル化

OSI参照モデルでは、上位層から下位層へとデータを渡す際に、カプセル化と呼ばれる処理が行われます。各層でヘッダやトレーラなどの制御情報が付加され、下位層に渡されていきます。受信側では、下位層から上位層へとデータを渡す際に、デカプセル化と呼ばれる処理が行われ、付加された制御情報が取り除かれるのです。

このカプセル化とデカプセル化により、各層が独立して動作することが可能となります。また、エラー制御や流量制御などの機能も、各層で独立して実装されるため、ネットワーク全体の信頼性と効率性が向上するのが特徴です。

隣接する層間のインターフェース

OSI参照モデルでは、隣接する層間でサービスを提供し合うためのインターフェースが定義されています。上位層から下位層へのサービス要求をサービスプリミティブと呼び、下位層から上位層へのサービス通知をサービスインジケーションと呼びます。このインターフェースにより、各層が独立して開発され、相互に接続できるのです。

例えば、トランスポート層はネットワーク層に対して、パケットの送信を要求するサービスプリミティブを発行します。ネットワーク層は要求に応じてパケットを送信し、送信完了をサービスインジケーションで通知するのです。このように、隣接する層間のインターフェースが明確に定義されることで、ネットワーク通信の柔軟性と拡張性が確保されます。

OSI参照モデルとTCP/IPモデルの比較

OSI参照モデルとTCP/IPモデルの比較に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

層の数と名称の違い
プロトコルの対応関係
モデルの実装と普及度

層の数と名称の違い

OSI参照モデルは7層構造であるのに対し、TCP/IPモデルは5層構造となっています。TCP/IPモデルでは、OSI参照モデルのセション層とプレゼンテーション層に相当する機能がアプリケーション層に含まれます。また、OSI参照モデルの物理層とデータリンク層は、TCP/IPモデルではネットワークアクセス層としてまとめられているのが特徴です。

層の名称も一部異なり、TCP/IPモデルではネットワーク層をインターネット層、トランスポート層をホスト間層と呼ぶこともあります。このように、層の数や名称に違いはあるものの、基本的な機能や役割は類似しているのです。

プロトコルの対応関係

OSI参照モデルとTCP/IPモデルでは、各層で使用されるプロトコルに違いがあります。例えば、OSI参照モデルのネットワーク層ではX.25やCLNPが使用されるのに対し、TCP/IPモデルではIPプロトコルが使用されます。トランスポート層でも、OSI参照モデルではTPプロトコルが、TCP/IPモデルではTCPやUDPが使用されるのです。

しかし、両モデルのプロトコルは互いに対応関係があり、類似した機能を提供しています。例えば、OSI参照モデルのTPプロトコルとTCP/IPモデルのTCPは、ともに信頼性の高いコネクション型のトランスポートサービスを提供するのです。このように、プロトコルの詳細は異なるものの、基本的な機能は共通しているのが特徴です。

モデルの実装と普及度

OSI参照モデルは、主に教育目的や概念的な理解のために用いられることが多く、実際のネットワーク機器やソフトウェアへの実装は限定的です。一方、TCP/IPモデルは、インターネットの基盤となるプロトコルスイートとして広く普及しており、ほとんどのネットワーク機器やソフトウェアに実装されています。

TCP/IPモデルの普及には、その単純さと柔軟性が大きく寄与しています。OSI参照モデルに比べて層の数が少なく、実装が容易であるため、多様なベンダーや開発者に受け入れられやすいのです。また、インターネットの爆発的な普及に伴い、TCP/IPモデルもグローバルスタンダードとして定着したのが特徴です。

OSI参照モデルの利点と限界

OSI参照モデルの利点と限界に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

ネットワーク通信の標準化と相互接続性の向上
トラブルシューティングや新技術開発への応用
実装の複雑さと普及の限界

ネットワーク通信の標準化と相互接続性の向上

OSI参照モデルの最大の利点は、ネットワーク通信の標準化と相互接続性の向上にあります。各層の機能や役割を明確に定義することで、異なるベンダーや機器間での互換性が確保され、ネットワークの構築や拡張が容易になります。また、各層が独立して機能するため、一つの層の変更が他の層に影響を与えることなく、柔軟な設計が可能となるのです。

例えば、物理層のインターフェースを変更する際に、上位層のプロトコルを変更する必要がないのは、OSI参照モデルの利点の一つです。このように、標準化された層構造により、ネットワーク全体の相互接続性と拡張性が向上するのが特徴です。

トラブルシューティングや新技術開発への応用

OSI参照モデルは、ネットワークのトラブルシューティングや新技術の開発にも広く応用されています。各層の機能や役割が明確に定義されているため、問題が発生した際に、どの層に原因があるのかを特定しやすくなります。また、新しいプロトコルや技術を開発する際にも、OSI参照モデルを参考にすることで、既存のネットワークとの互換性を確保しやすいのです。

例えば、新しいアプリケーション層プロトコルを開発する際に、下位層のプロトコルを変更せずに実装できるのは、OSI参照モデルの利点の一つです。このように、OSI参照モデルは、ネットワークの運用や開発において、重要な指針となっているのが特徴です。

実装の複雑さと普及の限界

OSI参照モデルの限界の一つは、実装の複雑さにあります。7層構造のうち、上位3層(セション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層)の機能は抽象的で、実装が難しいとされています。また、各層で定義されているプロトコルも多岐にわたるため、全てを実装するのは現実的ではないのです。

また、OSI参照モデルはTCP/IPモデルに比べて普及が限定的であるのも事実です。インターネットの爆発的な普及により、TCP/IPモデルがデファクトスタンダードとして定着したことが大きな要因です。ただし、OSI参照モデルは概念モデルとして、ネットワーク通信の基本的な理解や教育目的には今も広く活用されています。

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