【入門】OSI 参照モデル、TCP/IP とは

本記事は以下の書籍を元に OSI 参照モデル、TCP/IP について説明します。

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前者２つよりも難易度が高め

OSI 参照モデルとは

OSI 参照モデルとは、通信機能を７つの階層に分割したモデルです。

機能が階層ごとに分割されているため、ネットワークの通信の各機能を学習するためによく利用されます。

OSI 参照モデル 7層

OSI 参照モデルの７階層は以下のとおりです。

OSI 参照モデルは異なるベンダーと通信が行うために策定されました。

例えば、「NTT のケーブル（１〜２層）と NEC のルーター（３層）は異なるベンダーなので、繋がりません！！」というのは不便すぎますよね。

そこで、OSI 参照モデルが各層で満たすべき機能がルールを決めました。

カプセル化（カプセリング）

データを送信する場合、各レイヤで必要な情報（ヘッダ）を前にくっつけていきます。

OSI 参照モデルでは、各レイヤの通信機能は分割されているため、上位のレイヤのヘッダの内容を理解する必要がありません。

このように、「上位のレイヤのヘッダとデータ」を「１つのデータ」とみなし、現在のレイヤのヘッダを付与することを「カプセル化」と言います。

逆に、データ受信時にヘッダを１つずつ取っていくことを「非カプセル化」と言います。

PDU (プロトコルデータユニット)

通信するデータは、先頭についているヘッダによって以下のように呼ばれます。

層	階層名	PDU（プロトコルデータユニット）
４	トランスポート層	パケット・セグメント（英語版）またはデータグラム
３	ネットワーク層	パケット
２	データリンク層	フレーム
１	物理層	ビット（より一般的にはシンボル）

OSI 参照モデルを実現するプロトコルスイート

OSI 参照モデルはあくまでモデルです。

実際にはこのモデルをどうやってプログラムで実装するか、ルール（プロトコル）を決める必要があります。

このルールの集まり（プロトコルスイート）には以下のものがあります。

TCP/IP
AppleTalk

なお、現在、インターネットで通信するために利用する技術はほぼ TCP/IP です。

TCP/IP

TCP/IP は通信機能を４階層に分け、実際に機能を実現するためのルールの集まりです。

OSI 参照モデルでは、機能が７階層に分かれていますが、TCP/IP は４層です。

つまり、理想（OSI 参照モデル）では機能を７個に分けたいですが、現実（TCP/IP）では、複数の機能が１つの階層にまとまって実装されている場合があるということです。

TCP/IP 4層

TCP/IP の４階層は以下のとおりです。

層	TCP/IP 階層名	説明	プロトコル
４	アプリケーション層	通信するための様々なアプリケーションのルール	HTTP, DNS, SMTP, POP, DHCP, NTP, SSH, SSL/TLS
３	トランスポート層	通信するアプリケーションの指定や信頼性に関するルール	TCP, UDP
２	インターネット層	ネットワーク間の通信のルール	IP, ICMP, IPSec
１	ネットワークインターフェイス層	直接接続されたノード間のルール接続するケーブルや無線 LAN のルールも含む	イーサネット (IEEE 802.3), ARP, PPP, PPPoE, IPoE

ネットワークの分類

ネットワークは大きく分けて以下の２種類（３種類）に分類されます。

LAN（Local Area Network）
WAN（Wide Area Network）
- 専用回線・VPN
- インターネット

LAN とは

LAN とは、限定されたエリアで接続したネットワークのことです。
具体的には、家庭や企業内（同じ場所）で使用するネットワークのことです。

LAN では以下のようなプロトコルを用いて通信します。

プロトコルスイート	LAN プロトコル
TCP/IP	TCP, UDP, IP, イーサネット (IEEE 802.3) 等
AppleTalk	ATP, DDP, EtherTalk 等

これは一例であり、同じプロトコルスイート内の様々なプロトコルを利用します

現在 LAN は、ほぼ TCP/IP で構築するため、その他のプロトコルスイートを気にする必要は無いです。

WAN とは

WAN とは、LAN と LAN を接続したネットワークのことです。
WAN は ISP（プロバイダー）と契約しなければ利用できない特徴を持ちます。
WAN は、特定の LAN とだけ通信可能な「専用回線・VPN」と、不特定多数の LAN と通信可能な「インターネット」に分かれます。

専用回線・VPN

専用回線・VPN の具体例としては、「企業 to 企業（東京支社-大阪支社）」や「企業 to 従業員自宅（リモートワーク）」で通信するネットワークが挙げられます。

専用回線・VPN では、以下のようなプロトコルを用いて通信します。

WAN サービス名	WAN プロトコル	通信可能な LAN のプロトコルスイート
リモートアクセス VPN	PPP, PPPoE, IPoE	TCP/IP
サイト間 VPN	PPP, PPPoE, IPoE	TCP/IP
IP-VPN	PPP, PPPoE, IPoE	TCP/IP
広域イーサネット	PPP, PPPoE, IPoE	TCP/IP
専用回線	PPP, PPPoE, IPoE	なんでも（TCP/IP、AppleTalk 等）

なお、「インターネット」や「ISP の閉塞網」の不特定多数がアクセス可能な回線で、論理的な「専用回線」（特定の LAN とのみ通信可能に制限）を実現する技術を VPN といいます。

WAN サービス名	TCP/IP 階層名	VPN を実現するプロトコル	利用する回線
リモートアクセス VPN	アプリケーション層	SSL/TLS	インターネット
サイト間 VPN	インターネット層	IPSec	インターネット
IP-VPN	インターネット層	IP	ISP の閉塞網
広域イーサネット	ネットワークインターフェイス層	イーサネット (IEEE 802.3)	ISP の閉塞網

VPN の詳細は以下の記事をご覧ください。

インターネット

インターネットは、不特定多数の LAN にアクセス可能な WAN です。
具体例はホームページやブログ等の（様々な人が公開している LAN ）にアクセスするために利用します。

インターネットでは、以下のようなプロトコルを用いて通信します。

インターネット回線名	WAN プロトコル	通信可能な LAN のプロトコルスイート
FTTH	PPPoE, IPoE	TCP/IP
ADSL	PPPoE	TCP/IP
ISDN	PPP	なんでも（TCP/IP、AppleTalk 等）

インターネットへのアクセス回線については、詳細な記事を別途記載したので見てみてください。

OSI 参照モデルの各層の詳細

OSI 参照モデルの各層（レイヤ）の詳細は以下のとおりです。

レイヤ１から順に学ぶことでネットワークを理解することができます。

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前者２つよりも難易度が高め

層	階層名	決められているルール	イメージ画像
7	アプリケーション層	通信するための様々なアプリケーションのルール
6	プレゼンテーション層	通信するデータの形式のルール
5	セッション層	セッション（通信の開始から終わりまで）のルール
4	トランスポート層	通信の信頼性を確保するためのルール
3	ネットワーク層	ネットワーク間の通信のルール
2	データリンク層	直接繋がったノード（コンピュータ）間の通信のルール
1	物理層	ケーブルの仕様や「信号⇔ビット列」の変換のルール