OSIモデルとは?

開放型システム間相互接続モデルではネットワーク通信を7つの層に分解しています。 この層はネットワーク問題の特定に便利です。

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OSIモデル

学習目的

この記事を読み終えると、以下のことができます。

  • OSIモデルの定義
  • OSIモデル第7層の特定
  • OSIモデルにおけるデータフローの確認

OSIモデルとは?

Open Systems Interconnection(OSI)モデルは、国際標準化機構によって作成された概念モデルであり、さまざまな通信システムが標準プロトコルを使用して通信できるようにします。簡単な説明は、OSIは異なるコンピューターシステムが互いに通信できるようにするための標準を提供します。


OSIモデルは、コンピューターネットワーキングの汎用言語と見なすことができます。これは、通信システムを7つの抽象層に分割し、前の層の上に次の層を積み重ねるという概念に基づいています。

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OSIモデルの各層は特定のジョブを処理し、上下の層と通信します。DDoS攻撃は、ネットワーク接続の特定の層を標的とします。アプリケーション層攻撃第7層、プロトコル層攻撃は第3層と第4層を標的とします。

OSIモデルが重要な理由とは?

最新のインターネットは厳密にはOSIモデルに準拠していませんが(より単純なインターネットプロトコルスイートに厳密に準拠しています)、OSIモデルはネットワークの問題のトラブルシューティングに引き続き非常に役立ちます。1人がラップトップをインターネットに接続できない場合でも、何千人ものユーザーがいるWebサイトがダウンしている場合でも、OSIモデルは問題を分解し、トラブルの原因を特定するのに役立ちます。問題をモデルの特定の1つの層に絞り込むことができれば、多くの不必要な作業を回避できます。

OSIモデルの第7層とは?

OSIモデルの7つの抽象層は、上から順に次のように定義することができます。

The Application Layer

7.アプリケーション層

これは、ユーザーからのデータと直接やり取りする唯一の層です。 Webブラウザやメールクライアントなどのソフトウェアアプリケーションは、アプリケーション層に依存して通信を開始します。ただし、クライアントソフトウェアアプリケーションはアプリケーション層の一部ではないことを明確にする必要があります。アプリケーション層は、ソフトウェアがユーザーに意味のあるデータを提示するために依存するプロトコルとデータ操作を担当します。アプリケーション層プロトコルには、 HTTP とSMTP(Simple Mail Transfer Protocolは、メール通信を可能にするプロトコルの1つです)が含まれます。

The Presentation Layer

6.プレゼンテーション層

この層は、アプリケーション層で使用できるようにデータを準備することを主に担当します。言い換えると、第6層は、アプリケーションが消費するデータを提示可能にします。プレゼンテーション層は、翻訳、暗号化、およびデータの圧縮を担当します。


通信を行う2つの通信デバイスは異なるエンコーディング方法を用いている場合があります。そのため第6層は受信データを受信するデバイスのアプリケーション層が理解できるシンタックスに変換する責任があるのです。


デバイスが暗号化接続を介して通信している場合、第6層は送信者側での暗号化の付与および受信者側での暗号の復号化を担い、アプリケーション層に暗号化されていない読み取り可能なデータを表示できるようにします。


最後に、プレゼンテーション層は、第5層に配信する前にアプリケーション層から受信したデータを圧縮する役割も果たします。これにより、転送されるデータの量を最小限に抑え、通信の速度と効率を向上できます。

The Session Layer

5.セッション層

これは、2つのデバイス間の通信の開始と終了を担当する層です。通信が開かれてから閉じられるまでの時間は、セッションと呼ばれます。セッション層は、交換されるすべてのデータを転送するのに十分な時間、セッションが開いたままになるようにし、その後すぐにセッションを閉じて、リソースの無駄を防ぎます。


セッション層はまた、データ転送とチェックポイントを同期します。たとえば、100メガバイトのファイルが転送されている場合、セッション層は5メガバイトごとにチェックポイントを設定できます。52メガバイトが転送された後に切断またはクラッシュが発生した場合、最後のチェックポイントからセッションを再開できます。つまり、転送する必要があるのはあと50メガバイトのデータだけです。チェックポイントがなければ、転送全体を最初からやり直す必要があります。

The Transport Layer

4.トランスポート層

第4層は、2つのデバイス間のエンドツーエンド通信を担当します。これには、セッション層からデータを取得し、第3層に送信する前にセグメントと呼ばれる塊に分割することが含まれます。受信デバイスのトランスポート層は、セグメントをセッション層が消費できるデータに再構成します。


トランスポート層は、フロー制御とエラー制御も担当します。フロー制御は、高速接続の送信者が低速接続の受信者を圧倒しないように、最適な伝送速度を決定します。トランスポート層は、受信したデータが完全であることを確認し、そうでない場合は再送信を要求することにより、受信側でエラー制御を実行します。

The Network Layer

3.ネットワーク層

ネットワーク層は、2つの異なるネットワーク間のデータ転送を容易にします。通信する2つのデバイスが同じネットワーク上にある場合、ネットワーク層は不要です。ネットワーク層は、トランスポート層からのセグメントを送信者のデバイス上でパケットと呼ばれる小さな単位に分割し、受信デバイスでこれらのパケットを再構成します。ネットワーク層は、データが宛先に到達するための最適な物理パスも見つけます。これはルーティングと呼ばれます。

The Data Link Layer

2.データリンク層

データリンク層は、同じネットワーク上の2つのデバイス間のデータ転送を容易にすることを除いて、ネットワーク層に非常に似ています。データリンク層は、ネットワーク層からパケットを取得し、フレームと呼ばれる小さな断片に分割します。ネットワーク層と同様に、データリンク層もネットワーク内通信のフロー制御とエラー制御を担当します(トランスポート層は、ネットワーク間通信のフロー制御とエラー制御のみを行います)。

The Physical Layer

1.物理層

この層には、ケーブルやスイッチなど、データ転送に関与する物理機器が含まれます。これは、データが1と0の文字列であるビットストリームに変換される層でもあります。また、両方のデバイスの物理層は、両方のデバイスで1を0と区別できるように、信号の規則に同意する必要があります。

OSIモデルにおけるデータフロー

1デバイスから別のデバイスへネットワークを介して人間が読み取り可能な情報が転送されるためには、送信デバイスではOSIモデルの7つの層を上から下へ、受信デバイスでは下から上へとデータが移動しなければなりません。


例:クーパー氏はパルマーさんにメールを送信したいと考えています。クーパー氏はラップトップのメールアプリケーションでメッセージを作成し、「送信」を押します。彼のメールアプリケーションは、このメールメッセージをアプリケーション層に渡します。アプリケーション層は、プロトコル(SMTP)を選択し、データをプレゼンテーション層に渡します。その後、プレゼンテーション層はデータを圧縮し、セッション層に到達して通信セッションを初期化します。


データは送信者のトランスポート層に到達し、そこでセグメント化されます。その後、これらのセグメントはネットワーク層でパケットに分割され、さらにデータリンク層でフレームに分割されます。データリンク層は、これらのフレームを物理層に配信します。物理層は、データを1と0のビットストリームに変換し、ケーブルなどの物理メディアを介して送信します。


パーマーさんのコンピューターが物理メディア(自分のwifiなど)を介してビットストリームを受信すると、データはデバイスの同じ一連の層を逆方向に流れます。最初に、物理層はビットストリームを1と0からフレームに変換し、データリンク層に渡します。データリンク層は、フレームをネットワーク層のパケットに再構成します。ネットワーク層は、トランスポート層のパケットからセグメントを作成し、セグメントを1つのデータに再構成します。


その後、データは受信者のセッション層に流れ込み、受信者のセッション層はデータをプレゼンテーション層に渡し、通信セッションを終了します。その後、プレゼンテーション層は圧縮を解除し、生データをアプリケーション層に渡します。その後、アプリケーション層は、人間が読み取れるデータをパルマーさんのメールソフトウェアに送ります。メールソフトウェアを使って、パルマ⁻さんはラップトップの画面上でクーパー氏のメールを読むことができます。