OSI参照モデルとIPセットモデル

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OSI参照モデルとIPセットモデルとは

各種NWプロトコルはレイヤーと呼ばれるもので分類されています。このレイヤーは主にOSI参照モデルIPセットモデルが使われています。

現在主流であるTCP/IPは、IPセットモデルに基づいていますが、”レイヤー”という言葉は、慣習的にOSI参照モデルに 基づいたレイヤーを示します。このように、実用的なのはIPセットモデルだったりするのですが、会話で出てくるレイヤーはOSI参照モデルのものを指すことが多いです。

例えば、レイヤー2スイッチ、レイヤー3スイッチ、レイヤー4スイッチ、レイヤー7スイッチは、OSI参照モデルのレイヤーを示しますし、物理的に接続されていないことに起因する障害を”レイヤー1障害”と呼んだりします。

OSI参照モデルとIPセットモデルの具体例

OSI(Open systems interconnection)参照モデルとは、国際標準規格(ISO)とCCITTが作成した階層モデルです。しかし、現在の主流通信技術であるTCP/IPは、このモデルに厳密には従っていません。すなわち、現在この階層モデルに厳密に基づいているデータ通信は少数派に当たります。TCP/IPでは、実装の容易さから、インターネットプロトコル(IP)セットモデルという階層モデルを利用しています。

OSI参照モデルとIPセットモデルの比較を下表に示します。

レイヤー
OSI参照モデル
IPセットモデル
プロトコルや規格の例
7アプリケーション層アプリケーション層http, ftp, dns, smtp, pop, imap, snmp
6プレゼンテーション層
5セッション層TLS(旧SSL)
4トランスポート層トランスポート層
or
サービス層
tcp, udp
3ネットワーク層ネットワーク層
or
ルーティング層
ip, icmp, arp, rarp
2データリンク層ネットワークアクセス層Ethernet, FDDI,
トークンリング, PPP, Frame-Relay, ATM
1物理層物理層UTP, 光ファイバ, 無線,
同軸ケーブル

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各レイヤーの役割は以下の通りです。

1. 物理層

ケーブルの種類やコネクタの形状等の物理的な要件、伝送媒体(電気や光)での bit転送を行なう上でのノイズの基準値等を定義します。

具体的な実装は、UTPのcategory5e/6/6aや、光ケーブルのシングルモード、マルチモード、同軸ケーブル等の種類があります。

2. データリンク層

直接、もしくはレイヤー2機器(L2スイッチ等)を挟んで接続された機器間での通信方法を定義します。具体的なビット列をどのようにするかなどの規定をしています。このレイヤーでの通信先は通信したい機器とは限らず、 ルータやL3スイッチ等のデータ転送機器の場合もあります。

実装としてはEthernetが一番有名ですが、他にPPPやPPPoE、ATM、フレームリレー等があります。

ネットワーク層は宛先まで変化してはならないですが、データリンク層はその間、いくつ変わっても問題ありません。むしろ、ケーブル等の物理的な変化を吸収するのがデータリンク層の役割です。

データリンク層は、物理層が何かによって、使えるものが限られますが、例えば光のマルチモードのOM3という種類は100Mbpsから100Gbpsまで幅広く対応しています。

3. ネットワーク層

通信したい機器(IPであれば宛先IPアドレス)への通信経路を決定します。 (ルーティングによる経路選択など)

実装はIPがデファクトスタンダードです。

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4. トランスポート層

通信元の機器と通信したい機器の間での通信ステータスを管理します。(エラー訂正、再送制御など)

実装はTCP/UDPがデファクトスタンダードです。TCPを使うかUDPを使うかは、アプリケーション層のプロトコルによって選択しますが、NTPやsyslog等、RFCでは『UDPで使うべき』とされているものであっても、TCPで設定できるソフトウェアも多々あります

5. セッション層

通信元の機器上と通信したい機器上の両通信プログラム間での通信手順を定義します。(通信方式、接続/切断の手順や異常時の回復手順など)

具体的な実装としてはTLS(旧SSL)が挙げられます。

6. プレゼンテーション層

データのフォーマット変換を実施します。 (文字コードの変換等)

有名な実装は、FTPのアスキーモードです。Windowsで作成したhtmlファイルなどは[文字コードShift-JIS]と[改行コードCR+LF]になりますが、これをLinuxにFTPでアスキーモードでアップロードすると、[文字コードEUC-JP]と[改行コードLF]に自動で変換してくれます。

この変換をしたくない場合はバイナリモードを使います。

例えば有名なFTPクライアントソフト『FFFTP』では以下のように設定ができます。

「オプション」の「環境設定」をクリックし、「転送1」をクリックすると、転送モードとして「常にアスキーモード」「常にバイナリモード」「ファイル名で切替え」の3つが選択できます。デフォルトでは「ファイル名で切替え」が選ばれています。

7. アプリケーション層

アプリケーション間での通信手順を定義。 (httpのフォーマット等)

例えばwebサーバにあるhtmlファイル等をダウンロードしたいときはGETコマンドを使うのはこの層の仕事です。

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