コンピュータネットワークにおけるOSIモデル層とプロトコル
ブライス・レオ
OSIモデルとは何ですか?
OSI モデルは、相互接続および他のシステムとの通信にオープンなシステムによって使用されるネットワーク通信を定義する論理的および概念的なモデルです。 Open System Interconnection (OSI モデル) も論理ネットワークを定義し、さまざまなプロトコル層を使用してコンピュータのパケット転送を効果的に記述します。
OSIモデルの特徴
OSI モデルの重要な特徴をいくつか示します。
- レイヤーは、明確なレベルの抽象化が必要な場合にのみ作成する必要があります。
- 各層の機能は、国際的に標準化されたプロトコルに従って選択する必要があります。
- レイヤーの数は、別々の機能を同じレイヤーに配置しないように大きくする必要があります。同時に、アーキテクチャが複雑になりすぎないように、レイヤーの数は十分に小さくする必要があります。
- OSI モデルでは、各層は次の下位層に依存して原始的な機能を実行します。 すべてのレベルが次の上位層にサービスを提供できる必要があります
- XNUMX つのレイヤーで行われた変更は、他のレイヤーでの変更を必要とする必要はありません。
なぜOSIモデルなのか?
- ネットワーク上の通信を理解するのに役立ちます
- 機能をさまざまなネットワーク層に分離することで、トラブルシューティングが容易になります。
- 開発される新しいテクノロジーを理解するのに役立ちます。
- さまざまなネットワーク層上の主要な機能関係を比較できます。
OSIモデルの歴史
OSI モデルの歴史から重要なランドマークを以下に示します。
- 1970 年代後半、ISO はネットワークの一般標準と手法を開発するプログラムを実施しました。
- 1973 年、英国の実験パケット交換システムは、上位レベルのプロトコルを定義するための要件を特定しました。
- 1983 年、OSI モデルは当初、実際のインターフェイスの詳細な仕様を意図していました。
- 1984年、OSIアーキテクチャは国際標準としてISOに正式に採用されました。
OSI モデルの 7 層
OSI モデルは、各層が実行する特定の機能に応じて定義される階層型サーバー アーキテクチャ システムです。これら 7 つの層はすべて連携して動作し、ある層から別の層にデータを送信します。
- 上位層: アプリケーションの問題を扱い、ほとんどの場合ソフトウェアのみで実装されます。 最も高いものはエンド システム ユーザーに最も近いものです。 この層では、あるエンドユーザーから別のエンドユーザーへの通信は、アプリケーション層間の対話を使用して始まります。 エンドユーザーに至るまですべて処理されます。
- 下位層: これらの層は、データ転送に関連するアクティビティを処理します。 物理層とデータリンク層もソフトウェアとハードウェアで実装されます。
上位層と下位層は、ネットワークアーキテクチャをさらに以下の7つの異なる層に分割します。
- Application
- プレゼンテーション
- セッション
- 輸送
- ネットワーク、データリンク
- 物理層
各層を詳しく調べてみましょう。
物理層
物理層は、データ接続の電気的および物理的仕様を定義するのに役立ちます。このレベルでは、デバイスと物理的な伝送媒体の関係が確立されます。物理層は、プロトコルやその他の上位層の項目には関係しません。電気通信の物理層で動作する技術の 1 つに、PRI (Primary Rate Interface) があります。詳細については、 PRI とその仕組み、この有益な記事にアクセスしてください。
物理層のハードウェアの例には、ネットワーク アダプター、イーサネット、リピーター、ネットワーク ハブなどがあります。
データリンク層
データリンク層は、物理層で発生する可能性のあるエラーを修正します。 この層を使用すると、接続された XNUMX つのネットワーク デバイス間の接続を確立および終了するためのプロトコルを定義できます。
これは IP アドレスを理解できる層であり、エンドポイントを識別できるように論理アドレス指定を定義するのに役立ちます。
この層は、ネットワークを介したパケットのルーティングの実装にも役立ちます。 これは、送信元から送信先にデータを送信できる最適なパスを定義するのに役立ちます。
データ リンク層は、次の XNUMX 種類のサブ層に細分されます。
- メディア アクセス コントロール (MAC) 層 - ネットワーク内のデバイスがメディアにアクセスし、データの送信を許可する方法を制御する役割を果たします。
- 論理リンク制御層 - この層は、アイデンティティとネットワーク層プロトコルのカプセル化を担当し、エラーを見つけることができます。
データリンク層の重要な機能
- ネットワーク層からのデータをフレームに分割するフレーム化。
- フレームにヘッダーを追加して、送信元マシンと宛先マシンの物理アドレスを定義できます。
- 送信者と受信者の論理アドレスを追加します
- また、送信元プロセスから宛先プロセスへのメッセージ全体の配信も担当します。
- また、再送信の損傷やフレームの損失を検出するエラー制御システムも提供します。
- データリンク層は、相互にリンクされた独立したネットワークを介してデータを送信するメカニズムも提供します。
トランスポート層
トランスポート層はネットワーク層上に構築され、ソース マシン上のプロセスから宛先マシン上のプロセスへのデータ トランスポートを提供します。 単一または複数のネットワークを使用してホストされ、サービス機能の品質も維持されます。
どれだけの量のデータをどこに、どのような速度で送信する必要があるかを決定します。 この層は、アプリケーション層から受信したメッセージに基づいて構築されます。 これは、データユニットがエラーなく順番に配信されることを保証するのに役立ちます。
トランスポート層は、フロー制御、エラー制御、セグメント化またはセグメント化解除を通じてリンクの信頼性を制御するのに役立ちます。
トランスポート層は、データ送信が成功したことの確認応答も提供し、エラーが発生しなかった場合は次のデータを送信します。TCP は、トランスポート層の最もよく知られた例です。
トランスポート層の重要な機能
- セッション層から受信したメッセージをセグメントに分割し、番号を付けてシーケンスを作成します。
- トランスポート層は、メッセージが宛先マシン上の正しいプロセスに確実に配信されるようにします。
- また、メッセージ全体がエラーなしで到着することを確認します。エラーがない場合は再送信する必要があります。
ネットワーク層
ネットワーク層は、あるノードから「異なるネットワーク」に接続されている別のノードに可変長データ シーケンスを転送する機能的かつ手順的な手段を提供します。
ネットワーク層でのメッセージ配信では、信頼できるネットワーク層プロトコルであることが保証されません。
ネットワーク層に属する層管理プロトコルは次のとおりです。
- ルーティングプロトコル
- マルチキャストグループ管理
- ネットワーク層アドレスの割り当て。
セッション層
セッション層はコンピュータ間の対話を制御します。 これは、ローカル アプリケーションとリモート アプリケーション間の接続の開始と終了を確立するのに役立ちます。
この層は、エンド ユーザーの要求に応じて確立される論理接続を要求します。 この層は、重要なログオンまたはパスワードの検証をすべて処理します。
セッション層は、双方向または半双方向のダイアログ ディシプリンなどのサービスを提供します。これは主に、リモート プロシージャ コールを使用するアプリケーション環境で実装されます。
セッション層の重要な機能
- セッションを確立、維持、終了します。
- セッション層により、XNUMX つのシステムがダイアログに入ることが可能になります
- また、プロセスがデータのストリームにチェックポイントを追加することもできます。
プレゼンテーション層
プレゼンテーション層を使用すると、XNUMX つの通信エンティティ間でデータを交換する形式を定義できます。 データ圧縮とデータ暗号化の処理にも役立ちます。
この層は、データをアプリケーションが受け入れられる形式に変換します。 また、すべてのネットワーク上で送信する必要があるデータのフォーマットと暗号化も行います。 この層は、 構文レイヤー.
プレゼンテーション層の機能
- ASCII から EBCDIC への文字コード変換。
- データ圧縮: ネットワーク上で送信する必要があるビット数を削減できます。
- データ暗号化: パスワード暗号化など、セキュリティ目的でデータを暗号化するのに役立ちます。
- 電子メールやファイル転送などのサービスに対するユーザー インターフェイスとサポートを提供します。
アプリケーション層
アプリケーション層は、OSI モデルの最上位であるアプリケーション プログラムと対話します。 アプリケーション層は OSI 層であり、エンドユーザーに最も近い層です。 これは、OSI アプリケーション層によってユーザーが他のソフトウェア アプリケーションと対話できることを意味します。
アプリケーション層はソフトウェア アプリケーションと対話して、通信コンポーネントを実装します。 アプリケーション プログラムによるデータの解釈は、常に OSI モデルの範囲外です。
アプリケーション層の例としては、ファイル転送、電子メール、リモート ログインなどのアプリケーションが挙げられます。
アプリケーション層の機能は次のとおりです。
- アプリケーション層は、通信パートナーを識別し、リソースの可用性を判断し、通信を同期するのに役立ちます。
- ユーザーがリモート ホストにログオンできるようになります。
- この層はさまざまな電子メールサービスを提供する
- このアプリケーションは、分散データベース ソースと、さまざまなオブジェクトやサービスに関するグローバル情報へのアクセスを提供します。
OSIモデル層間の相互作用
あるコンピュータ アプリケーションから別のコンピュータ アプリケーションに送信される情報は、各 OSI 層を通過する必要があります。
これについては、以下の例で説明します。
- OSI モデル内のすべての層は、その下にある他の XNUMX つの層および別のネットワーク化されたコンピューティング システムのピア層と通信します。
- 以下の図では、最初のシステムのデータリンク層が、システムのネットワーク層と物理層の XNUMX つの層と通信していることがわかります。 また、XNUMX 番目のシステムのデータ リンク層との通信にも役立ちます。
さまざまなレベルでサポートされるプロトコル
| 層 | お名前 | プロトコル |
|---|---|---|
| 層7 | Application | SMTP、HTTP、FTP、POP3、SNMP |
| 層6 | プレゼンテーション | MPEG、ASCH、SSL、TLS |
| 層5 | セッション | ネットBIOS、 SAP |
| 層4 | 輸送 | TCP、UDP |
| 層3 | ネットワーク | IPV5、IPV6、ICMP、IPSEC、ARP、MPLS。 |
| 層2 | データリンク | RAPA、PPP、フレームリレー、ATM、ファイバーケーブルなど |
| 層1 | 物理的な | RS232、100BaseTX、ISDN、11. |
OSI と TCP/IP の違い
OSI モデルと TCP/IP モデルの重要な違いをいくつか示します。
| OSIモデル | TCP/IP モデル |
|---|---|
| OSI モデルは、インターフェイス、サービス、プロトコルを明確に区別します。 | TCP/IP には、サービス、インターフェイス、プロトコルを明確に区別するポイントがありません。 |
| OSI はネットワーク層を使用してルーティング標準とプロトコルを定義します。 | TCP/IP はインターネット層のみを使用します。 |
| OSI モデルは、物理層とデータ リンクの XNUMX つの別々の層を使用して、最下位層の機能を定義します。 | TCP/IP は XNUMX つの層 (リンク) のみを使用します。 |
| OSI モデルでは、トランスポート層は接続指向のみです。 | の層 TCP/IP モデル コネクション型とコネクションレス型の両方があります。 |
| OSI モデルでは、データリンク層と物理層は別の層です。 | TCP では、データ リンク層と物理層が単一のホストからネットワークへの層として結合されます。 |
| OSI ヘッダーの最小サイズは 5 バイトです。 | ヘッダーの最小サイズは 20 バイトです。 |
OSIモデルの利点
OSI モデルを使用する主な利点/長所は次のとおりです。
- ルーター、スイッチ、マザーボード、その他のハードウェアの標準化に役立ちます
- 複雑さを軽減し、インターフェースを標準化します
- モジュラーエンジニアリングを促進
- 相互運用可能なテクノロジーの確保に役立ちます
- 進化を加速するのに役立ちます
- テクノロジーが変化すると、プロトコルは新しいプロトコルに置き換えられる可能性があります。
- コネクションレス型サービスだけでなくコネクション型サービスのサポートも提供します。
- コンピュータネットワークの標準モデルです。
- コネクションレス型サービスとコネクション型サービスをサポートします。
- さまざまなタイプのプロトコルに適応する柔軟性を提供します
OSI モデルの欠点
OSI モデルを使用する場合の短所/欠点をいくつか示します。
- プロトコルの適合は面倒な作業です。
- 参考モデルとしてのみ使用できます。
- 特定のプロトコルは定義しません。
- OSI ネットワーク層モデルでは、一部のサービスはトランスポート層やデータリンク層などの多くの層で複製されます。
- 各レイヤーは前のレイヤーからデータを取得するまで待機する必要があるため、レイヤーは並行して動作できません。
製品概要
- OSI モデルは、他のシステムとの相互接続や通信にオープンなシステムによって使用されるネットワーク通信を定義する論理的および概念的なモデルです。
- OSI モデルでは、明確なレベルの抽象化が必要な場合にのみレイヤーを作成する必要があります。
- OSI 層は、ネットワーク上の通信を理解するのに役立ちます
- 1984年、OSIアーキテクチャは国際標準としてISOに正式に採用されました。
| 層 | お名前 | 演算 | プロトコル |
|---|---|---|---|
| 層7 | Application | ネットワークリソースへのアクセスを許可します。 | SMTP、HTTP、FTP、POP3、SNMP |
| 層6 | プレゼンテーション | データを翻訳、暗号化、圧縮するため。 | MPEG、ASCH、SSL、TLS |
| 層5 | セッション | セッションを確立、管理、終了するには | ネットBIOS、 SAP |
| 層4 | 輸送 | トランスポート層はネットワーク層上に構築され、ソース マシン上のプロセスから宛先マシン上のプロセスへのデータ トランスポートを提供します。 | TCP、UDP |
| 層3 | ネットワーク | インターネットワーキングを提供するため。 ソースから宛先にパケットを移動するには | IPV5、IPV6、ICMP、IPSEC、ARP、MPLS。 |
| 層2 | データリンク | ビットをフレームに編成します。 ホップツーホップ配信を提供するには | RAPA、PPP、フレームリレー、ATM、ファイバーケーブルなど |
| 層1 | 物理的な | 媒体を介してビットを送信すること。 機械的および電気的仕様を提供するため | RS232、100BaseTX、ISDN、11. |
