OSI基本参照モデルの7階層
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用語解説
OSI基本参照モデルは、異種システム間通信の機能を物理層からアプリケーション層まで七つに分け、各層が下位層のサービスを利用して上位層へサービスを提供する考え方です。実装を必ず七つの独立部品へ分ける規則ではなく、通信機能、障害範囲及びプロトコルの関係を整理する参照モデルです。
■ 試験で押さえるポイント
第1層の物理層はビットを電気・光・電波等の信号として伝えるため、媒体、コネクタ、変調・符号化、信号条件等を扱います。リピータは信号を再生しますが、MACアドレスやIPアドレスで転送先を選びません。
第2層のデータリンク層は一つのリンク上でフレーム化、媒体アクセス、リンク層アドレス及び誤り検出等を扱います。Ethernet、無線LAN、VLAN、L2スイッチが代表で、フレーム検査は端から端の確実な配送を保証しません。
第3層のネットワーク層は異なるネットワークを越える論理アドレスと経路選択・パケット転送を扱います。IP、ICMP及びルータが代表です。ARPはIPv4とリンク層アドレスを結ぶ境界的機能のため、資料によって層の分類が異なり得ます。
第4層のトランスポート層は端点プロセス間の多重化、分割・再構成、フロー制御、誤り回復等を必要に応じて提供します。TCPは信頼性と順序制御、UDPは小さなデータグラムサービスを提供し、ポート番号でアプリケーションを識別します。
第5層のセション層はアプリケーション間対話の確立・維持・解放、同期点、対話制御等を扱い、第6層のプレゼンテーション層は転送構文、文字表現、符号化、圧縮・暗号表現等の違いを吸収します。現実のTCP/IP実装では上位層へまとめられることが多い層です。
第7層のアプリケーション層は利用者アプリケーションへ通信サービスを提供する最上位層で、HTTP、SMTP、DNS等が代表です。ブラウザやメールソフトそのもの全体を第7層プロトコルと呼ぶのではなく、それらが用いる通信規約を分類します。
送信時は上位データへ各層の制御情報を付加するencapsulation、受信時は逆に外すdecapsulationを行います。代表的なPDU名はL4のTCP segment／UDP datagram、L3 packet、L2 frame、L1 bitですが、規格・文脈で呼称差があります。
TCP/IPモデルはアプリケーション、トランスポート、インターネット、リンク等へまとめ、OSIの第5～7層や第1～2層との対応は一対一ではありません。TLS等も実装位置と提供機能が複数層にまたがるため、名称だけで固定層へ機械分類しません。
レイヤ | 階層名 | 主な役割・データ単位 | 代表的なプロトコル・機器 |
|---|---|---|---|
L7 | アプリケーション層 | ユーザーが使用するアプリ固有の通信サービスを提供 | HTTP, SMTP, POP3, FTP, DHCP |
L6 | プレゼンテーション層 | データの表現形式（文字コード、暗号化、圧縮）を変換 | UTF-8, ASCII, JPEG, SSL/TLS |
L5 | セション層 | 通信プログラム間の会話の開始から終了（セッション）を管理 | SQL, NetBIOS |
L4 | トランスポート層 | 信頼性の高いデータ通信（エラー・再送制御） / セグメント | TCP, UDP |
L3 | ネットワーク層 | 宛先までの最適な経路を選択（ルーティング） / パケット | IP, ICMP, ARP, ルータ, L3スイッチ |
L2 | データリンク層 | 同一ネットワーク内での隣接機器間での確実な通信 / フレーム | イーサネット, MACアドレス, L2スイッチ |
L1 | 物理層 | 0と1のデジタルデータを物理的な信号（電気・光）に変換 / ビット | LANケーブル, コネクタ, リピータ, リピータハブ |
■ 過去問での着眼点
OSIモデルはL1物理、L2データリンク、L3ネットワーク、L4トランスポート、L5セション、L6プレゼンテーション、L7アプリケーションの順です。アドレスは主にL2のMAC、L3のIP、L4のポート、装置はL1リピータ、L2スイッチ、L3ルータという判断軸で整理します。OSIは機能を整理する参照モデルでTCP/IP実装との完全な一対一対応ではないことを押さえます。
例: HTTPS通信ではHTTPメッセージをTLSが保護し、TCP segment、IP packet、Ethernet frameへ順に包んでbitとして送ります。L2スイッチは外側のMAC、ルータはIP、端末のTCPはポートとシーケンス番号を主に見て処理します。