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
⚡ スマートサマリー
OSIモデルの層とプロトコルは、ネットワーク通信が概念的に物理層、データリンク層、ネットワーク層、トランスポート層、セッション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層の7つの層に構造化されていることを示しています。各層はそれぞれ固有の役割とプロトコルを持ち、その上下の層のみにサービスを提供します。
OSIモデルとは何ですか？
その OSI（開放型システム間相互接続）モデル これは、ネットワーク上のシステム間でデータがどのように移動するかを記述する概念的な参照モデルです。通信を7つの要素に分けます。tracOSI参照モデルは、それぞれ明確に定義された役割と特定のプロトコルセットを持つt層から構成されています。このモデルは、実際のネットワーク上で図示されたとおりに実装されているわけではありません（実際に展開されているプロトコルスタックはTCP/IPです）が、OSI参照モデルの各層は、エンジニアがネットワークの問題を考察する際に使用する標準的な用語として残っています。
OSIモデルの特徴
- 層は、異なるレベルの吸収がtrac改善が必要です。
- 各層の機能は、国際的に標準化されたプロトコルに準拠するように選択されています。
- 階層は、関心事を分離するのに十分な数であるべきであり、同時に、複雑化が暴走するのを避けるのに十分な数であるべきである。
- 各層は、基本的なサービスに関しては直下の層に依存し、直上の層にはサービスを公開する。
- ある層内の変更は、その上下の層の変更を必要とするべきではない。
OSIモデルを使用する理由とは？
- ネットワーク全体におけるコミュニケーションを理解するための共通語彙を提供する。
- 機能を独立した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。
- エンジニアが地図を使って新しい技術を習得するのを助けますping それらを馴染みのある層に重ね合わせる。
- 異なるプロトコルスタック間の機能的な関係を比較できます。
OSIモデルの歴史
- 1970年代後半 ―ISOは、一般的なネットワーク規格を策定するためのプログラムを開始した。
- 1973 ―英国で実施された実験的なパケット交換システムは、より高レベルのプロトコルの必要性を浮き彫りにした。
- 1983 OSIモデルは、当初は詳細なインターフェース仕様として発表された。
- 1984 — ISOはOSIアーキテクチャを国際標準（ISO 7498）として正式に採用した。
OSIモデルの7つの層
OSIモデルは階層化された参照アーキテクチャであり、各層はそれぞれ特定の機能を果たします。7つの層が連携して、送信者から受信者へデータを伝達します。
- 上位層（アプリケーション、プレゼンテーション、セッション）： アプリケーションの意味論を扱い、主にソフトウェア上で動作する。
- 下位層（トランスポート層、ネットワーク層、データリンク層、物理層）： データ伝送、パケット化、フレーミング、および物理媒体を扱う。データリンクと物理層にはハードウェアも含まれる。
上から順に、7つの層は以下のとおりです。
- 用途
- 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
- 物理的な
ネットワーク層図。
物理層
その 物理層 データ接続の電気的、機械的、および物理的仕様を定義します。伝送媒体を介して生のビットを伝送し、プロトコルや上位層のセマンティクスには関与しません。PRI（Primary Rate Interface）は、この層で動作する電気通信の例です。詳細については、 PRIチュートリアル.
物理層ハードウェアの例としては、ネットワークアダプタ、イーサネットケーブル、リピーター、ネットワークハブなどが挙げられる。
データリンク層
その データリンク層 物理層で発生する可能性のあるエラーを検出および修正し、直接接続された2つのデバイス間のリンクを確立および終了するプロトコルを管理します。生のビットを構造化されたフレームにフレーム化し、物理アドレス（MACアドレス）を処理します。
データリンクは2つのサブレイヤーに分割されます。
- メディアアクセスコントロール（MAC）： デバイスが共有メディアにアクセスする方法と、デバイスが共有メディアにアクセスする方法を制御します。 transmit データ。
- 論理リンク制御（LLC）： ネットワーク層プロトコルを識別してカプセル化し、エラーを検出します。
データリンク層の重要な機能
- フレーミング：ネットワーク層のデータをフレームに分割します。
- 送信元と宛先の物理アドレス（MACアドレス）を含むヘッダーを追加します。
- 隣接するデバイス間でフレームをホップツーホップで配信します。
- エラーを検出し、破損または紛失したフレームを再要求します。
- 相互にリンクされた独立したネットワークを横断するためのメカニズムを提供する。
ネットワーク層
その ネットワーク層 異なるネットワーク上に存在するホスト間で可変長のデータシーケンスを転送するための機能的および手続き的な手段を提供する。論理アドレス指定（IP）、ルーティング、パケット転送を処理する。
ネットワーク層での配信は本質的に信頼できるものではありません。その保証はトランスポート層の役割です。この層における層管理プロトコルには以下が含まれます。
- ルーティングプロトコル（OSPF、BGP、RIP）。
- マルチキャストグループ管理（IGMP）。
- ネットワーク層アドレス割り当て（DHCP）。
トランスポート層
その トランスポート層 ネットワーク層を基盤として、送信元マシンと宛先マシン上のプロセス間でエンドツーエンドのデータ転送を実現します。また、順序付け、信頼性、フロー制御といったサービス品質特性を維持します。
トランスポート層は、上位層のメッセージをセグメントに分割し、番号を付け、受信側で再構成します。TCPのような信頼性の高いプロトコルで使用する場合は、エラーのない順序通りの配信を保証しますが、UDPで使用する場合は、速度を優先する代わりにデータの損失を許容します。
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化し、各セグメントに番号を付けます。
- ポートを使用して、各セグメントを宛先マシンの適切なプロセスに配信します。
- メッセージ全体がエラーなく届くことを保証します。transmit必要に応じて使用する。
- 高速な送信側が低速な受信側を圧倒しないように、フロー制御を管理します。
セッション層
その セッション層 2台のコンピュータ間の対話（セッション）を制御します。論理接続の確立、管理、終了を行い、必要に応じて認証を処理し、全二重および半二重の対話をサポートします。リモートプロシージャコールを使用する環境で実装されることが最も一般的です。
セッション層の重要な機能
- 2つのシステム間でセッションを確立、維持、および終了します。
- 両システムが制御された対話を行うことを可能にする。
- データストリームにチェックポイントを追加することで、セッションが中断された後でも再開できるようにします。
プレゼンテーション層
その プレゼンテーション層 は、2 つの通信エンティティ間でデータが交換される形式を定義し、圧縮と暗号化を処理します。これは、 構文レイヤー.
プレゼンテーション層の機能
- 文字セットの変換（例：ASCIIからEBCDICへの変換）。
- データ圧縮とは、通信回線上のビット数を削減するためのデータ圧縮のことである。
- データ暗号化 ― 例えば、ペイロードの完全性と機密性を保護するためのTLS。
- メールやファイル転送などのサービスに必要なフォーマットをサポートします。
アプリケーション層
その アプリケーション層 はエンドユーザーに最も近い層であり、アプリケーションと直接やり取りする唯一の層です。アプリケーション自体は含まれておらず、代わりにアプリケーションが使用するネットワークサービスを公開します。
アプリケーション層の機能
- コミュニケーション相手を特定し、利用可能なリソースを判断し、コミュニケーションを同期させる。
- ユーザーがリモートホストにログインできるようにします。
- メールサービスとディレクトリへのアクセスを提供します。
- オブジェクトやサービスに関するグローバルな情報への分散データベース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、送信側のOSI参照モデルの各層を順に通過し、配線を介して伝送され、受信側のOSI参照モデルの各層を順に通過して戻ってきます。
- 各レイヤーは、その上位レイヤー、下位レイヤー、およびリモートシステムの対応するピアレイヤーと通信します。
- 下の図では、第1システムのデータリンク層は、同一ホスト上のネットワーク層および物理層、ならびにリモートシステムのデータリンク層と通信します。
各OSI層でサポートされるプロトコル
| 層 | 名前 | 共通プロトコル |
|---|---|---|
| 層7 | 用途 | SMTP、HTTP、HTTPS、FTP、POP3、SNMP、DNS |
| 層6 | プレゼンテーション | MPEG、ASCII、SSL、TLS |
| 層5 | セッション | ネットBIOS、 SAP、RPC |
| 層4 | 輸送 | TCP、UDP、SCTP |
| 層3 | ネットワーク | IPv4、IPv6、ICMP、IPsec、ARP、MPLS |
| 層2 | データリンク | イーサネット、PPP、フレームリレー、ATM、HDLC |
| 層1 | 物理的な | RS-232、100BaseTX、ISDN、IEEE 802.11（物理信号伝送） |
OSIとTCP/IPの違い
| OSIモデル | TCP/IPモデル |
|---|---|
| インターフェース、サービス、プロトコルを明確に区別する。 | サービス、インターフェース、プロトコルの間に厳密な境界線を引かない。 |
| 7層構造です。 | 4つの層（アプリケーション層、トランスポート層、インターネット層、ネットワークアクセス層）から構成される。 |
| ルーティング専用のネットワーク層を使用します。 | ルーティングとアドレス指定を統合した単一のインターネット層を使用する。 |
| 物理層とデータリンク層が分離されている。 | 物理層とデータリンク層を統合し、1つのネットワークアクセス層にする。 |
| トランスポート層はコネクション指向型である。 | その TCP / IP トランスポート層には、コネクション指向型（TCP）とコネクションレス型（UDP）の両方が存在する。 |
| OSIヘッダーの最小サイズは約5バイトです。 | TCP/IPヘッダーの最小サイズは20バイトです。 |
OSIモデルの利点
- ルーター、スイッチ、その他のハードウェアを、明確に定義されたレイヤー境界に基づいて標準化する。
- 複雑さを軽減し、インターフェースを標準化する。
- モジュール式エンジニアリングを容易にする ― ベンダーは他のレイヤーに影響を与えることなく、あるレイヤー内で革新を行うことができる。
- ベンダー間で相互運用可能な技術を保証します。
- ネットワークプロトコルの進化を加速させる。
- 接続型サービスと接続レス型サービスの両方をサポートします。
- コンピュータネットワーク教育における標準的な参照モデルであり続けている。
- 様々なプロトコルに対応できる柔軟性を提供します。
OSI モデルの欠点
- 現実世界のプロトコルをOSI参照モデルの各層に当てはめるのは、面倒な作業になりかねない。
- これはあくまで参照モデルであり、具体的なプロトコルを定義するものではありません。
- 一部のサービスは複数のレイヤーにまたがって重複しています（例えば、トランスポート層とデータリンク層におけるエラーチェックなど）。
- 各レイヤーは並列実行できません。各レイヤーは前のレイヤーの出力を待ちます。
