OSI参照モデル
さて、いよいよ本題のOSI参照モデルについてです。OSI参照モデルは、ネットワークアーキテクチャのプロトコルをどのように考えればよいかのモデルです。OSI参照モデルでは、コンピュータ同士の通信に必要なルールや機能、すなわちプロトコルを次の7つの階層に分けて考えています。
- 第1層（レイヤ1）：物理層
- 第2層（レイヤ2）：データリンク層
- 第3層（レイヤ3）：ネットワーク層
- 第4層（レイヤ4）：トランスポート層
- 第5層（レイヤ5）：セッション層
- 第6層（レイヤ6）：プレゼンテーション層
- 第7層（レイヤ7）：アプリケーション層
7つの階層のプロトコルがすべて正常に連携してはじめて通信可能です。ある階層のプロトコルに何か問題があれば、最終的なコンピュータ間の通信はできなくなってしまいます。
それでは、OSI参照モデルの各階層について解説しましょう。
第1層（レイヤ1）：物理層
OSI参照モデルの第1層「物理層」は、コンピュータ間の通信データを物理的に伝えるための役割を担っている階層です。この物理層のプロトコルによって、コンピュータ内部で扱っている「0」と「1」のデジタルデータを電気信号や光信号に変換します。この変換を変調と呼びます。また、電気信号や光信号を伝える伝送媒体（ケーブル）やケーブルを接続するコネクタの仕様も物理層のプロトコルで決めます。
第2層（レイヤ2）：データリンク層
OSI参照モデルの第2層「データリンク層」は、同一ネットワーク内でのデータの転送を行うための階層です。「ネットワーク」という言葉はとても広い意味で利用されますが、技術的な観点で「1つの」ネットワークは、ルータで区切られている範囲です。ルータはネットワークを区切り、ネットワーク同士を相互接続する機器です。また、1つのネットワークを構成するネットワーク機器がレイヤ2スイッチです[1]。
データリンク層では、同じネットワークの中という限られた範囲におけるデータの転送を行うためのプロトコルを定めています。そして、同じネットワーク内のデータ転送を行うデータリンク層は、物理層がベースです。物理的に電気信号や光信号を伝えることができなければ、データリンク層は機能しません。
注
[1]: 「ルータ」や「レイヤ2スイッチ」については、本連載であらためて解説します。
第3層（レイヤ3）：ネットワーク層
OSI参照モデルの第3層「ネットワーク層」は、異なるネットワーク間のデータの転送を行う役割を担っています。送信元と宛先が異なるネットワーク上に接続されていたとしても、ネットワーク層によって正しくデータを送り届けられるようにしています。ネットワーク間の最終的な送信元と宛先の間のデータの転送を指して「エンドツーエンド通信」と呼びます。
企業の社内ネットワークやインターネットは、複数のネットワークがルータで相互接続されています。ネットワークを相互接続しているルータが、適切なデータの中継を行うことで、エンドツーエンドの通信を実現できます。
人間同士の会話は、声が届く範囲でしかできません。しかし、コンピュータ同士の通信では、同じネットワーク内だけではなくて、遠く離れた異なるネットワークのコンピュータ同士でも可能です。ただ、異なるネットワークのコンピュータ間のデータの転送は、同じネットワーク内のデータの転送を繰り返していることになります。つまり、ネットワーク層のエンドツーエンド通信は、データリンク層による同じネットワーク内のデータ転送がベースです。
第4層（レイヤ4）：トランスポート層
OSI参照モデルの第4層 トランスポート層の役割は、エンドツーエンド通信の信頼性を確保することです。大きなサイズのデータを転送するときには、複数に分割します。ネットワークの障害の影響で、分割されたデータの一部が失われると、全体を再構成できなくなります。
また、分割されたデータを再構成するためには、分割されたデータの順序が必要です。トランスポート層のプロトコルによって、エラーで失われたデータを再送したり、順序を明確にしたりするなどの制御を行い、エンドツーエンド通信の信頼性を確保します。
トランスポート層はネットワーク層が機能してはじめて意味を持ちます。
