開放型システム間相互接続（OSIモデル）

それは何ですか？

OSI（Open Systems Interconnection）は、アプリケーションがネットワークを介してどのように相互作用するかを示す参照モデルです。物理的なケーブル配線から、他のデバイスと通信するアプリケーションに至るまでの通信層の順序を視覚化することを目的としています。

OSIの目標は、テクノロジーベンダーや開発者が相互運用可能な製品を開発できるよう支援することです。さらに、オープンシステム相互接続モデルは、ネットワークシステムや電気通信システムの機能を視覚的に示すフレームワークを提供します。

システムを教えてください。

OSIは、ネットワークを介してデータがどのように送受信されるかを概念化するために用いられる。データ伝送規格、プロセス、プロトコルを7つの層に分散させ、それぞれの層は特定のデータ送信およびデータ受信タスクを実行するように設計されている。

オープンシステム相互接続モデルによれば、ネットワーク内の2つのエンドポイント間の通信は、前述の7つのレイヤーに分割されます。各レイヤーは（最上位レイヤーを除き）上位レイヤーにサービスを提供し、下位レイヤーからサービスを受け取ります。

このように、ユーザー間のメッセージ交換では、データが送信元コンピュータの階層を下方向に流れ、ネットワークを経由して、最終的に受信側コンピュータの階層を上方向に流れることになる。

問題となっている7つの層は、アプリケーション、オペレーティングシステム、ネットワークカードのデバイスドライバ、ネットワークハードウェア、およびプロトコルといった一連の要素によって実現され、これらによってネットワークを介した物理媒体上での信号伝送が可能になる。

OSI参照モデルの7つの層

層7

アプリケーション層により、ユーザーはいつでもネットワークやアプリとやり取りし、メッセージを読んだり、ファイルを共有したり、ネットワークに関するその他のタスクを実行したりすることが可能になります。

層6

プレゼンテーション層は、アプリケーションが受け入れる構文や意味論に基づいてデータをフォーマットおよび変換します。同時に、アプリケーション層への暗号化と復号化も行います。

層5

セッション層は、アプリ間の会話を設定、調整、終了し、中断後の認証と再接続を実行し、他のアプリからの応答を待つ時間を決定します。

層4

トランスポート層は、ネットワークを介してデータを転送し、エラーチェックとデータフローの制御手段を提供する。また、送信するデータ量、送信先、送信速度を定義する。

層3

ネットワーク層は、ネットワークアドレスに関する情報をデータに付加し、ネットワーク経路を選択し、トランスポート層に転送することによって、データを他のネットワークへ、またネットワーク間で移動させる。

層2

データリンク（プロトコル）層は、ネットワーク内の物理リンクとの間でデータを送受信し、ビット伝送エラーによって生じる問題に対処し、適切なデータフローの速度を確保するなどを行います。

層1

物理層は、電気的、機械的、または手続き的なインターフェースを利用してデータを転送する役割を担います。ネットワークを介してデバイス間でコンピュータのビットを送信することを管理します。

OSIのメリット

OSIモデルが提供する利点には、以下のようなものがあります。

• これは一般的に、標準的なコンピュータネットワークモデルであると考えられている。
• OSIは、コネクションレス型サービスとコネクション指向型サービスの両方に対応しています。
• このモデルは、複数のプロトコルに対応できる柔軟性を備えている。
• セキュリティは、すべてのサービスを単一の層に集約しないことによって実現される。

OSIの課題

オープンシステム間の相互接続に関連する主な問題点は以下のとおりです。

• OSIは、特定のプロトコルを決定するという目的を果たすものではない。
• セッション層とプレゼンテーション層は、他の層ほど有用ではない。
• トランスポート層やデータリンク層など、さまざまな層が同じサービスを提供している場合がある。
• レイヤー間の同時動作は不可能です。各レイヤーは前のレイヤーの処理が完了するまで待機する必要があります。

OSIとTCP/IPの比較

OSIは電気通信システムとネットワークシステムの機能を図示するものですが、TCP/IPは実際にはインターネット上のネットワーク機器を相互接続するための通信プロトコルの集合体です。

どちらのモデルも階層構造を採用しています。例えば、TCP/IPは4つの階層から構成され、OSIは7つの階層から構成されます。TCP/IPとOSIのもう一つの共通点は、最上位層としてアプリケーション層が用いられ、同じタスクが与えられることです。これらのタスクは、受信する情報によって異なる場合があります。

OSIとTCP/IPは、異なる方法を用いるものの、いずれもデータパケットを転送するという点で共通している。両者ともネットワーク標準を定め、これらの標準やネットワーク機器の開発・採用のためのフレームワークを提供し、メーカーが他社製品との相互運用性を備えた製品を製造できるようにし、複雑な機能を小さな部分に分解する役割を担っている。

OSI参照モデルは、アプリケーション層、プレゼンテーション層、セッション層を活用して上位層の機能を決定するのに対し、TCP/IPはアプリケーション層のみに限定されている。

一方、OSI参照モデルの下位層の機能は物理層とデータリンク層によって定義されるのに対し、TCP/IPは単一のリンク層のみで構成される。また、ルーティング規格やプロトコルを決定するTCP/IPのインターネット層は、OSI参照モデルのネットワーク層に相当する。