ネットワークエンジニアとして、基本的なネットワークモデルを理解することは必須です。
そこで、本記事ではネットワークの基礎である「OSI参照モデル」と「TCP/IPモデル」について解説します。
これらのモデルは、ネットワークの設計、トラブルシューティング、運用において重要な役割を果たします。
エンジニアの皆さんが、ネットワークの基礎をしっかりと理解し、実際の業務に役立てられるようになることを目的としています。
OSI参照モデルとは？
OSI参照モデル（Open Systems Interconnection Model）は、国際標準化機構（ISO）が制定したネットワーク通信の標準モデルです。
7つの階層（レイヤー）に分かれており、各レイヤーが異なる役割を持っています。このモデルは、異なるシステムや製品が互換性を持ち、効率的に通信できるように設計されています。
1. 物理層（Physical Layer）
物理層は、ネットワークのハードウェア部分を担当します。
ビットの電気信号や光信号への変換、ケーブルやコネクタの仕様など、物理的な伝送メディアに関する規格を定義しています。
- 物理的な機器やネットワークケーブルのことを指す
2. データリンク層（Data Link Layer）
データリンク層は、物理層で送受信されるデータをフレーム単位で管理します。
エラーチェックやデータの再送制御、物理アドレス（MACアドレス）の管理を行います。
- イーサネットフレームの再送制御
- MACアドレスの管理を行う
3. ネットワーク層（Network Layer）
ネットワーク層は、データのルーティングやパケット転送を担当します。IPアドレスを使用して、データが送信元から目的地まで最適な経路で届くように制御します。
- MacアドレスとIPアドレスの変換を行う
4. トランスポート層（Transport Layer）
トランスポート層は、エンドツーエンドの通信を確立し、データの信頼性を確保します。
TCPやUDPなどのプロトコルを使用して、データの分割と再構築、エラーチェック、フロー制御を行います。
- データの信頼性を確保する
- パケットのエラーチェックを行う
5. セッション層（Session Layer）
セッション層は、通信セッションの確立、管理、終了を担当します。セッションの再開や同期、データ交換の順序制御を行い、アプリケーション間の通信を維持します。
- 通信元と通信先とで通信を維持する
6. プレゼンテーション層（Presentation Layer）
プレゼンテーション層は、データの変換、暗号化、圧縮を行います。異なるシステム間でデータが正しく解釈されるように、データフォーマットの変換を行います。
- データの暗号化などの変換を行う
7. アプリケーション層（Application Layer）
アプリケーション層は、ユーザーとネットワーク間のインターフェースを提供します。HTTPやFTP、SMTPなど、アプリケーションがネットワークサービスにアクセスするためのプロトコルを定義しています。
- ブラウザなどに表示させる役割
以上が、OSI参照モデルの説明でした。
OSI参照モデルは、ネットワーク通信の各階層でどのような役割が必要とされるかを明確にすることで、システム設計やトラブルシューティングの際に役立ちますので、ぜひ理解しておきましょう。
TCP/IPモデルとは？
TCP/IPモデル（Transmission Control Protocol/Internet Protocol Model）は、インターネットや多くのネットワーク通信で使用されるプロトコルの集まりであり、インターネットプロトコルスイートとしても知られています。
OSI参照モデルと比較して簡略化された4層構造を持ち、実践的なネットワーク通信に最適化されています。
1. ネットワークインターフェース層（Network Interface Layer）
ネットワークインターフェース層は、データが物理的なネットワーク上を伝送される方法を定義します。
これは、OSIモデルの物理層とデータリンク層に相当し、ネットワークカード、イーサネット、Wi-Fiなどの技術が含まれます。
- OSI参照モデルでいうところの物理層とデータリンク層を指す
2. インターネット層（Internet Layer）
インターネット層は、データパケットのルーティングを担当します。
この層では、IP（Internet Protocol）が主役となり、データが適切な経路を通って送信元から目的地まで届くように制御します。IPアドレスの割り当てやパケットのフラグメンテーションもこの層で行われます。
- IPアドレスを利用してルーティングを行う
3. トランスポート層（Transport Layer）
トランスポート層は、エンドツーエンドの通信を提供し、データの信頼性を確保します。
主要なプロトコルとしてTCP（Transmission Control Protocol）とUDP（User Datagram Protocol）があり、TCPは信頼性の高い接続指向の通信を提供し、データの順序制御やエラーチェックを行います。
UDPは軽量で高速な接続レス通信を提供し、リアルタイムアプリケーションに適しています。
- その名のとおり、トランスポート層と同じ役割を担う
4. アプリケーション層（Application Layer）
アプリケーション層は、ユーザーが直接利用するアプリケーションやサービスを提供します。HTTP、FTP、SMTP、DNSなど、多くのネットワークアプリケーションプロトコルがこの層に含まれます。
この層は、ネットワークリソースへのアクセスを容易にし、データの表現形式やセッション管理も行います。
- セッションの維持
- 暗号化
- ブラウザの表示を行う
TCP/IPモデルの特長
TCP/IPモデルは、OSI参照モデルに比べてシンプルであり、実際のネットワーク運用に直結するため、エンジニアにとって理解しやすいモデルです。
TCP/IPモデルを理解することで、ネットワーク設計やトラブルシューティングの際により効率的に問題を解決し、インフラの最適化を図ることができます。
OSI参照モデルとTCP/IPモデルの違い
ネットワーク技術を学ぶ際に、OSI参照モデルとTCP/IPモデルの違いを理解することは非常に重要です。
両者はネットワーク通信の基礎を成すモデルですが、その構造や目的にはいくつかの違いがあります。
ここでは、それぞれのモデルの違いをわかりやすく解説します。
モデルの構造の違い
OSI参照モデル：7層構造
- 物理層（Physical Layer）
- データリンク層（Data Link Layer）
- ネットワーク層（Network Layer）
- トランスポート層（Transport Layer）
- セッション層（Session Layer）
- プレゼンテーション層（Presentation Layer）
- アプリケーション層（Application Layer）
TCP/IPモデル：4層構造
- ネットワークインターフェース層（Network Interface Layer）
- インターネット層（Internet Layer）
- トランスポート層（Transport Layer）
- アプリケーション層（Application Layer）
OSIモデルは、通信プロセスをより詳細に分けているため、各層の役割が明確に定義されています。
一方、TCP/IPモデルは、実際のインターネット通信に基づいており、シンプルかつ実用的な構造となっています。
モデルの目的と設計思想の違い
OSI参照モデル：
- 理論的モデル
- ネットワーク通信の標準化を目指して設計されました。
- 各層の役割と機能が細かく定義されており、ネットワークの設計や分析に役立ちます。
- 教育的な目的やプロトコルの開発において使用されることが多いです。
TCP/IPモデル：
- 実用的モデル
- インターネットのプロトコルスイートとして実際に運用されています。
- より現実的で実践的な通信プロトコルに基づいており、広く普及しています。
- インターネットや多くのネットワークで標準的に使用されているため、実践的なスキルの習得に適しています。
実際の運用上の違い
OSI参照モデル：
- 教育や理論的な枠組みとして、ネットワークエンジニアの基礎知識を固めるために役立ちます。
- 各層が明確に分かれているため、トラブルシューティングやプロトコルの開発において詳細な分析が可能です。
TCP/IPモデル：
- 実際のネットワーク運用や設計において、より実践的で現実的なアプローチを提供します。
- インターネット上の通信プロトコルとして標準化されており、ネットワークの設計や運用に直接適用できます。
まとめ
OSI参照モデルとTCP/IPモデルは、それぞれ異なる目的と設計思想を持つネットワークモデルです。
OSIモデルは、理論的な枠組みとして詳細な理解を助ける一方、TCP/IPモデルは実用的なネットワーク通信の基盤となっています。
両モデルを理解することで、ネットワーク技術の全体像を把握し、より効果的にネットワークを設計・運用することができます。
まとめ
OSI参照モデルとTCP/IPモデルの違いや類似点を理解することで、ネットワーク技術の基礎を深く知ることができました。これにより、ネットワーク設計やトラブルシューティングのスキルが向上し、日々の業務においてより効率的に問題を解決できるようになります。
この記事が、皆さんの知識の向上に役立ち、ネットワーク技術に対する理解を深める一助となれば幸いです。今後も、このような技術解説や実践的なガイドを提供していく予定ですので、ぜひ定期的にチェックしてみてください。
ネットワークの世界は常に進化し続けています。最新の情報や技術トレンドをキャッチアップするために、当ブログを活用していただければと思います。次回の記事もお楽しみに！
インフラエンジニアのロードマップを知りたい方は以下を参考にしてみてください。
