TCP/IPとOSI：2つのモデルの違いは何ですか？

レイヤ2スイッチとレイヤ3スイッチについて話しているときは、実際には一般的なプロトコルモデルであるオープンソース相互接続（OSI）モデルのレイヤを参照しています。それはネットワーク通信を記述するのに一般に使用されています。データのパケットを送受信するための共通の規則がない場合、異なるネットワーク間のデータ通信は不可能です。これらの規則はプロトコルとして知られており、その中で伝送制御プロトコル（TCP）／インターネットプロトコル（IP）が最も広く使用されているものの１つです。TCP/IPモデルはネットワーク記述で広く使用されており、OSIモデルよりも古いものです。それらは両方とも多くの層を持っていますが、それらの間の違いは何ですか？

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OSI参照モデル層

OSIモデルは、ネットワーク通信に関連するさまざまなソフトウェアおよびハードウェアコンポーネントが、作業を分割して相互にやり取りする方法を特徴付け、標準化する概念モデルです。それは7つの層があります。次の図に、各レイヤーの名前と基本機能を示します。OSI参照モデルの詳細については「OSI参照モデルとは？各階層の説明、TCP/IPとの違いについて解説 」をご覧ください。

図1：OSIモデルの7つの層

 

TCP/IP４階層の詳細について解説

TCP/IPとは異なるOS（Operating System）や機器間の通信やり取りを成立させ、インターネット・プロトコル・スイートとも呼ばれる標準的な通信規格です。TCP（Transmission Control Protocol）とIP（Internet Protocol）によって構成されるプロトコル通信の階層モデルは、「ネットワークインターフェース層」、「インターネット層」、「トランスポート層」、「アプリケーション層」の４層に分かれています。それぞれが機能を果たしてはじめて、ネットワーク全体の利用がかのうになります。

ネットワークインターフェース層/リンク層

一番下の階層では、物理な接続によってリンクが確立し、デジタルデータと電気信号の信号変換が同一のネットワーク内で行われます。例えば、データを転送するに当たって、物理的に接続されているLANケーブル、イーサネット回線、ネットワーク機器などがネットワークインターフェース層に属します。

 

インターネット層

２つ以上のネットワーク間の通信がインターネット層で行われます。複数のネットワークを繋ぎ、互いのデータ転送を実現するために、媒介あるいは中継が必要となります。ルーターやルーティング機能を備えたネットワーク機器を通じて、ネットワーク間の相互接続を成立させることができます。IP（Internet Protocol）という通信プロトコルはインターネット層で用いられ、IPv4とIPv6に分類されています。

図2：IPv4アドレスとIPv6アドレスの例

トランスポート層

トランスポート層はOSI参照モデルのトランスポート層に相当します。トランスポート層では異なるプログラムやアプリケーション間のデータ伝送が実現され、データが目標あるいは受信先まで正しく振り分けられます。TCP（双方向通信用プロトコル、検出機能あり）とUDP（コネクションレス型通信、応答なし送信し続ける）に分類されたプロトコルが用いられます。受送信が正確に行われているのか、重複送信・エラーの発生があるのかなどが検証されることによって、ネットワークの信頼性が高まり、安定したシステムの構築が可能になります。

アプリケーション層

アプリケーション層ではデータが文字、画像、数字などの媒体へと変わり、一般人でも認識・解読できるように表示されます。「HTTP」「DHCP」「DNS」などのプロトコルが多く用いられます。ネットワーク層の一部だと見られる場合もあります。

送信中にデータはどのように処理されますか？

階層化システムでは、層のデバイスは、プロトコルデータユニット（PDU）として知られる異なるフォーマットでデータを交換します。以下の表は、さまざまなレイヤのPDUを示しています。

テーブル：異なるレイヤで処理されているプロトコルデータユニット（PDU）

例えば、ユーザがコンピュータ上のウェブサイトを閲覧することを要求すると、遠隔サーバソフトウェアはまず要求されたデータをアプリケーション層に与え、そこで各層がその指定された機能を実行しながら層から層へと処理されます。データは、宛先サーバーまたは別の装置がそれを受信するまで、ネットワークの物理層を介して送信されます。この時点で、データは再びレイヤを通過し、データが受信ソフトウェアによって使用されるまで、各レイヤは割り当てられた操作を実行します。

図3：データは上位レイヤから下位レイヤに流れ、各レイヤはPDUにヘッダ/フッタの追加

送信中に、各層は、上位層から来るPDUにヘッダ、フッタ、またはその両方を追加します。これは、パケットを転送および識別します。このプロセスはカプセル化と呼ばれます。ヘッダ（およびフッタ）とデータが一緒になって、次のレイヤのPDUを形成します。プロセスは最下位層（物理層またはネットワークアクセス層）に到達するまで続き、そこからデータが受信デバイスに送信されます。受信側デバイスは処理を逆にして、操作を指示するヘッダおよびフッタ情報を用いて各層のデータのカプセル化を解除します。その後、アプリケーションはデータを使用します。全てのデータが送受信されるまでこのプロセスが続けられます。

層の分割に関する知識があれば、接続が失敗したときに問題がどこにあるのかを診断できます。原則は、最高レベルからではなく最低レベルからチェックすることです。なぜなら、各層はそれよりも上の層のために機能し、下層の問題に対処するのがより簡単になるからです。たとえば、コンピュータがインターネットに接続できない場合、最初にすべきことは、ネットワークケーブルがコンピュータに接続されているかどうか、またはワイヤレスアクセスポイント（WAP）がスイッチに接続されているかどうかを確認することです。

TCP/IPモデルとOSIモデル

TCP/IPモデルとOSIモデルの層を比較すると、TCP/IPモデルのアプリケーション層はOSI層5、6、7を組み合わせたものに似ていますが、TCP/IPモデルには独立したプレゼンテーション層またはセッションはありません。TCP/IPのトランスポート層は、OSIトランスポート層の責任と、OSIセッション層の責任の一部を網羅しています。TCP/IPモデルのネットワークアクセス層は、OSIモデルのデータリンクと物理層を含みます。TCP/IPのインターネット層は、OSIモデルのデータリンク層に存在する可能性があるシーケンスおよび確認応答サービスを利用しないことに注意してください。その責任は、TCP/IPモデルのトランスポート層にあります。