FullStackEngineer 2018年5月3日更新

OSI参照モデル　ネットワーク技術概念
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OSI参照モデル：ネットワーク通信の「共通言語」

1 はじめに

OSI参照モデル（Open Systems Interconnection reference model）とは、一言で言えば「コンピュータ同士が通信する際のルールを7つの段階（レイヤー）に整理した世界標準の設計図」です。

なぜ今、この古典的なモデルが重要なのでしょうか？ 現代のネットワークは非常に複雑ですが、このモデルがあることで、エンジニアは「どこで」「何が」行われているかを共通の概念として理解できます。通信トラブルが起きた際の原因切り分けや、新しいプロトコルを学習する際の基礎として、OSI参照モデルは今なお不可欠な知識です。

2 ビギナー向け・ドキュメント

概要：郵便で例えるネットワーク通信

初心者の方は、OSI参照モデルを「手紙や小包を届けるプロセス」に例えると理解しやすくなります。

データ（手紙）が相手に届くまでには、以下のように役割が分担されています。

  • 第7層〜第5層（アプリケーション・プレゼンテーション・セッション）： 手紙の内容を書き、翻訳し、封筒に入れる。（アプリケーションの処理）
  • 第4層（トランスポート）： 信頼性の高い書留にするか、速達にするか決める。（データの品質管理）
  • 第3層（ネットワーク）： 宛先の住所を見て、どのルートで届けるか決める。（宛先決定・経路制御）
  • 第2層（データリンク）： トラックに積み込むためにパレットに載せる。（隣接機器への伝送）
  • 第1層（物理）： 道路を走るトラックそのものや、道路。（電気信号・ケーブル）

公式情報・リファレンス

この技術はISO（国際標準化機構）によって策定されました。

導入：階層を意識するコマンド

OSI参照モデル自体は「概念」なのでインストールするものではありませんが、コマンドを使うことでその階層を意識できます。 例えば、ping コマンドは主に「第3層（ネットワーク層）」の疎通確認に使用されます。

# GoogleのDNSサーバー（8.8.8.8）へPingを送信
# これは「IPアドレス」を使って「ネットワーク層」で到達可能かを確認しています。
ping -c 4 8.8.8.8

# 出力例
# PING 8.8.8.8 (8.8.8.8): 56 data bytes
# 64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=0 ttl=115 time=12.435 ms

3 会話集

エンジニアの現場や学習の場でよくある会話例です。

Q1. なぜTCP/IPモデルのほうが普及しているのに、OSIを学ぶの？

先輩: 「確かに実務ではTCP/IP（4階層または5階層）で考えることが多いね。でも、トラブルシューティングの時はOSIの7階層で考える方が原因を特定しやすいんだ。『L1（物理）のケーブルは抜けてないか？』『L3（IP）の設定は合ってるか？』と下から順に疑うのが定石だよ。」

Q2. 「レイヤーが高い・低い」ってどういう意味？

同僚: 「物理的なハードウェアに近い（ケーブルや電気信号）側を『低いレイヤー』、人間が触るアプリケーションに近い側を『高いレイヤー』と呼ぶよ。ルーターはL3（低め）、WebブラウザはL7（高め）に関わるね。」

Q3. 面接で「カプセル化について説明して」と言われたら？

応募者: 「データが送信される際、各レイヤーでヘッダ（荷札のような情報）が付与されていくプロセスのことです。逆に受信側でヘッダを外していくのを非カプセル化と呼びます。マトリョーシカ人形のようにデータが包まれていくイメージです。」

4 より深く理解する為に

アーキテクチャ：カプセル化の旅

データが送信されるとき、上位層から下位層へ渡されるたびに、その層特有の制御情報（ヘッダ）が付加されます。

  1. L7〜L5: データそのものを作成・整形。
  2. L4 (Transport): TCPヘッダ等を付与（セグメント化）。ポート番号でアプリを識別。
  3. L3 (Network): IPヘッダを付与（パケット化）。IPアドレスで宛先を特定。
  4. L2 (Data Link): Ethernetヘッダを付与（フレーム化）。MACアドレスで隣の機器を特定。
  5. L1 (Physical): ビット列を電気・光信号に変換して送出。

実務でのユースケースと注意点

  • L2スイッチ vs L3スイッチ: 購入選定時、単にハブとして使うならL2、VLAN間ルーティングなどが必要ならL3スイッチを選びます。
  • セキュリティ: ファイアウォールはL3/L4（IPとポート）で制御しますが、WAF（Web Application Firewall）はL7（HTTPの中身）を見て攻撃を防ぎます。どのレイヤーを守るかで導入する機器が変わります。
  • 「レイヤー8」問題: ジョークとして「レイヤー8（ユーザー自身）の問題」と言われることがあります（例：電源が入っていない、操作ミスなど）。技術的な問題の前に、人為的ミスがないか確認することも大切です。

5 関連ワード

  • TCP/IPモデル: OSI参照モデルをより実用的に簡略化した、インターネットの事実上の標準モデル（4階層）。
  • MACアドレス: 第2層で使用される、ネットワーク機器固有の物理アドレス。
  • IPアドレス: 第3層で使用される、ネットワーク上の論理的な住所。
  • ポート番号: 第4層で使用される、通信するアプリケーション（サービス）を識別する番号。
  • PDU (Protocol Data Unit): 各レイヤーで扱われるデータの単位（セグメント、パケット、フレームなど）。

6 要点チェック

  • OSI参照モデルは7つの階層で通信機能を分割整理した設計図である。
  • 下から順に物理・データリンク・ネットワーク・トランスポート・セッション・プレゼンテーション・アプリケーション層と呼ぶ。
  • データ送信時はカプセル化（ヘッダ付与）、受信時は非カプセル化が行われる。
  • トラブルシューティングは「物理層（L1）」や「ネットワーク層（L3）」など、レイヤーごとに切り分けるのが基本。
  • 実務ではTCP/IPモデルが主流だが、会話や理解のベースとしてOSIモデルの知識は必須。

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