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例: 親=スポーツ, 子1=サッカー, 子2=野球
子ページを親ページとして更に子ページを作成することも可能です。
例: 親=サッカー, 子=サッカーのルール
親ページはいつでも変更することが可能なのでとりあえず作ってみましょう!
| この記事の要点 |
|
OSI 参照モデルとは
OSI (Open Systems Interconnection) 参照モデルは、ISO (国際標準化機構) が 1984 年に策定したネットワーク通信のリファレンスモデルです (ISO/IEC 7498)。異なるベンダー機器・OS でも通信できるよう、通信プロトコルを7 つの階層 (レイヤ)に分割しました。各層が独立した責務を持ち、上下の層と決められたインターフェースで通信します。
7 層の全体図
┌────────────────────────────────────────────────────┐
│ 第7層 アプリケーション層 (Application) │ ← HTTP, FTP, SMTP, DNS
├────────────────────────────────────────────────────┤
│ 第6層 プレゼンテーション層 (Presentation) │ ← 文字コード変換, TLS 暗号化
├────────────────────────────────────────────────────┤
│ 第5層 セッション層 (Session) │ ← 接続維持, RPC
├────────────────────────────────────────────────────┤
│ 第4層 トランスポート層 (Transport) │ ← TCP, UDP, ポート番号
├────────────────────────────────────────────────────┤
│ 第3層 ネットワーク層 (Network) │ ← IP, ルーティング
├────────────────────────────────────────────────────┤
│ 第2層 データリンク層 (Data Link) │ ← Ethernet, MAC アドレス, ARP
├────────────────────────────────────────────────────┤
│ 第1層 物理層 (Physical) │ ← ケーブル, NIC, 電気信号
└────────────────────────────────────────────────────┘
各層の役割と代表プロトコル
| 層 | 役割 | PDU | 代表的プロトコル / 機器 |
|---|---|---|---|
| 第7層 アプリケーション | アプリ間データ交換 | Data | HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, POP3, IMAP, DNS, SSH |
| 第6層 プレゼンテーション | 文字コード / 暗号化 / 圧縮 | Data | TLS/SSL, JPEG, MIME, ASCII |
| 第5層 セッション | セッション開始/終了/同期 | Data | NetBIOS, RPC, SQL セッション |
| 第4層 トランスポート | エンドツーエンド通信、信頼性 | Segment | TCP, UDP, ポート番号 |
| 第3層 ネットワーク | 論理アドレス指定、ルーティング | Packet | IP (v4/v6), ICMP, ARP, ルーター |
| 第2層 データリンク | 同一セグメント内通信 | Frame | Ethernet, Wi-Fi (802.11), MAC アドレス, スイッチ |
| 第1層 物理 | 電気/光信号、ビット送受 | Bit | RJ-45, 光ファイバー, NIC, ハブ, リピーター |
第1層: 物理層
電気信号・光信号・電波として 0/1 のビット列を送受信する物理的な手段の規定。ケーブルの種類 (UTP / 光)、コネクタ形状 (RJ-45 / LC)、電圧 / 周波数等。
- 機器: NIC (ネットワークカード)、ハブ、リピーター、トランシーバ
- 規格: 10BASE-T, 1000BASE-T, 10GBASE-SR, IEEE 802.11 (Wi-Fi 物理層部分)
第2層: データリンク層
同一物理セグメント (LAN) 内での通信を担当。MAC アドレスで隣接ノードを識別し、衝突回避や誤り検出を行います。
- 機器: スイッチ (L2 スイッチ)、ブリッジ、無線 AP
- プロトコル: Ethernet (IEEE 802.3)、Wi-Fi (IEEE 802.11)、ARP (実際は L2.5)、PPP、HDLC
- アドレス: MAC アドレス (48 bit、例
aa:bb:cc:11:22:33)
第3層: ネットワーク層
異なるセグメント間 (LAN 同士) を IP アドレスで論理的につなぎ、最適経路を選択 (ルーティング) します。
- 機器: ルーター、L3 スイッチ
- プロトコル: IPv4 / IPv6, ICMP (ping), ARP, RIP, OSPF, BGP
- アドレス: IP アドレス (IPv4 32 bit, IPv6 128 bit)
第4層: トランスポート層
送信元プロセスと宛先プロセスの間のエンドツーエンド通信を提供。信頼性 (再送制御、順序保証) や輻輳制御を担います。
| プロトコル | 信頼性 | 用途 |
|---|---|---|
| TCP | あり (再送/順序/フロー制御) | HTTP, メール, SSH, DB |
| UDP | なし (送りっぱなし、低遅延) | DNS 問合せ, 動画/音声配信, ゲーム |
- アドレス: ポート番号 (16 bit、0-65535)
- well-known ports: 80 (HTTP), 443 (HTTPS), 22 (SSH), 25 (SMTP), 53 (DNS)
第5層: セッション層
通信セッションの開始 / 維持 / 終了、同期ポイントの設定。TCP/IP 4 層モデルではアプリケーション層に統合されました。
- 例: NetBIOS, RPC, SQL のセッション管理, SSH のセッション制御
第6層: プレゼンテーション層
データの表現形式変換 (文字コード、エンコーディング、暗号化、圧縮)。受信側と送信側で文字コードが違っても通信できるようにする。
- 例: TLS/SSL の暗号化, ASCII ↔ EBCDIC 変換, JPEG/MPEG エンコーディング, MIME
- TLS は伝統的には L6 とされるが、実装的には L4 と L7 の間でラップする層
第7層: アプリケーション層
アプリケーション同士が直接やり取りするプロトコル。ユーザーが触れる Web ブラウザ・メーラ等が動く層。
- HTTP / HTTPS, FTP / SFTP, SMTP / POP3 / IMAP, DNS, DHCP, SNMP, NTP, LDAP, SSH, Telnet
カプセル化 / デカプセル化
送信時、上位層のデータに各層がヘッダ (一部はトレーラ) を追加していきます。受信時は逆順に剥がします。
送信側 (カプセル化、上→下) 受信側 (デカプセル化、下→上)
───────────────────── ─────────────────────
[Application Data] [Application Data]
↓ ↑
[L7 Hdr | Data] [L7 Hdr | Data]
↓ ↑
[L4 Hdr | L7 Hdr | Data] →TCPセグメント→ [L4 Hdr | ...]
↓ ↑
[L3 Hdr | L4 Hdr | ...] →IPパケット→ [L3 Hdr | ...]
↓ ↑
[L2 Hdr | L3 Hdr | ... | L2 Trailer] →イーサネットフレーム→ [L2 Hdr | ...]
↓ ↑
[Bit stream 10101010...] [Bit stream]
└── ケーブル / 電波 ──────→
例: HTTP リクエスト送信
L7: GET /index.html HTTP/1.1
L4: TCP ヘッダ (送信元 ポート 54321 → 宛先 80) を付加
L3: IP ヘッダ (送信元 IP → 宛先 IP) を付加
L2: Ethernet ヘッダ (送信元 MAC → 宛先 MAC) を付加 + FCS
L1: NIC が電気信号でケーブルに送出
TCP/IP 4 層モデルとの対応
| OSI (7 層) | TCP/IP (4 層) | プロトコル例 |
|---|---|---|
| 第7層 アプリケーション | 第4層 アプリケーション層 | HTTP, DNS, SMTP |
| 第6層 プレゼンテーション | ||
| 第5層 セッション | ||
| 第4層 トランスポート | 第3層 トランスポート層 | TCP, UDP |
| 第3層 ネットワーク | 第2層 インターネット層 | IP, ICMP |
| 第2層 データリンク | 第1層 ネットワークインターフェース層 | Ethernet, Wi-Fi |
| 第1層 物理 |
覚え方の語呂
下から: 「物データ ネット 取って (Transport) セ・プ・ア」
- 下から: 物理 / データリンク / ネットワーク / トランスポート / セッション / プレゼンテーション / アプリケーション
- 英語版: 「Please Do Not Throw Sausage Pizza Away」 (Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation, Application)
- 上から: 「All People Seem To Need Data Processing」
現代の実装と OSI
- 現代のインターネット実装は TCP/IP モデルが主流。OSI は教育・トラブルシューティング思考の整理に使う
- L4 ロードバランサ (LB) = TCP/UDP レベルで分散 (例: AWS NLB)
- L7 LB = HTTP/HTTPS パス・ヘッダで分散 (例: AWS ALB, Nginx)
- ファイアウォール: L3/L4 がパケットフィルタ、L7 が WAF (Web Application Firewall)
- TLS は L6 か L7 か議論あり: アプリケーション直下、TCP の上で暗号層として動作
トラブルシューティングへの応用
| 症状 | 疑う層 | 確認方法 |
|---|---|---|
| リンクアップしない | L1 | ケーブル / NIC / ポート LED |
| 同セグメント内で通信不可 | L2 | MAC アドレス, ARP テーブル |
| 他セグメントへ到達不可 | L3 | ping, traceroute, ルーティング |
| ポート閉じている | L4 | telnet, nc, nmap |
| HTTP エラー | L7 | curl -v, ブラウザ DevTools |
FAQ
Q: OSI と TCP/IP どちらを学べばいい?
A: 実装は TCP/IP 一択。ただし OSI 7 層の方が役割が細かく分かれているので、教育・面接・トラブル思考整理には OSI が便利。
Q: TLS は何層?
A: 教科書的には L6 (プレゼンテーション層) だが、実装はトランスポート (TCP) の上で動くので、TCP/IP 4 層では「アプリケーション層内」と扱われる。
Q: ARP は何層?
A: IP アドレスから MAC アドレスを解決するので、L2 と L3 の間 (一般に L2.5 と呼ばれる)。
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