【徹底解説】OSI参照モデルとは？その仕組みと7つの階層を理解しよう

2024/6/1 2026/8/17

スータブル・ソリューションズサービス担当者

ネットワーク技術の基礎として欠かせない概念の一つに、OSI参照モデルがあります。このモデルは、通信システムの設計と理解を助けるためのフレームワークを提供します。本コラムでは、OSI参照モデルの基本から、各層の役割、プロトコルとの関係、そしてデータの送受信方法について詳しく解説します。

OSI参照モデルとは

OSI参照モデル（Open Systems Interconnection ReferenceModel）は、国際標準化機構（ISO）によって開発されたネットワーク通信の標準モデルです。ネットワーク通信を7つの階層に分け、それぞれの階層が特定の機能を担当することで、異なるシステム間の相互運用性を高めることを目的としています。

OSI参照モデルの仕組み

OSI参照モデルは、通信プロセスを7つの階層に分割することで、各階層が特定の機能を担当し、他の階層と独立して動作することができます。この階層構造により、ネットワーク設計とトラブルシューティングが容易になります。各階層は、上位階層から下位階層に向けてデータを送信し、逆に下位階層から上位階層にデータを受信します。

OSI参照モデルとプロトコル

プロトコルは、データ通信を行うためのルールや手順の集合です。OSI参照モデルの各階層には、それぞれ異なるプロトコルが存在し、これらのプロトコルが相互に連携することで、データ通信が実現されます。例えば、インターネットで広く使用されるTCP/IPプロトコルは、OSIモデルのトランスポート層とインターネット層に対応します。

OSI参照モデル：７つの階層の役割

第7層（レイヤ7）：アプリケーション層

アプリケーション層は、ユーザーとネットワークアプリケーションが直接やり取りを行う層です。主な機能は、ネットワークサービスの提供であり、具体的なプロトコルにはHTTP、FTP、SMTPなどがあります。

第6層（レイヤ6）：プレゼンテーション層

プレゼンテーション層は、データの形式を標準化し、エンコードやデコードを行う層です。異なるシステム間でデータを共通の形式に変換する役割を担い、暗号化や圧縮もここで行われます。

第5層（レイヤ5）：セッション層

セッション層は、通信セッションの確立、管理、終了を行う層です。セッションの再開や同期、エラー回復などの機能を提供します。具体的なプロトコルには、NetBIOSやRPCがあります。

第4層（レイヤ4）：トランスポート層

トランスポート層は、エンドツーエンドのデータ転送を保証する層です。信頼性のあるデータ転送（TCP）や、迅速なデータ転送（UDP）を提供します。エラー検出と修正、フロー制御も行います。

第3層（レイヤ3）：ネットワーク層

ネットワーク層は、データのパケットを送信元から宛先まで最適な経路で転送する役割を担います。ルーティングやアドレッシングが主な機能で、IPプロトコルが代表的です。

第2層（レイヤ2）：データリンク層

データリンク層は、隣接するネットワークノード間のデータ転送を担当します。データフレームの形成、エラー検出と訂正、フロー制御を行います。主なプロトコルには、EthernetやPPPがあります。

第1層（レイヤ1）：物理層

物理層は、物理的な接続や信号伝送を行う層です。ケーブルやハブ、スイッチなどのハードウェアが含まれます。データのビット単位での転送を行います。

データの送受信の順番とカプセル化

データが送信される際には、各層を通過するごとにヘッダ情報が追加されます。これをカプセル化と呼びます。データはアプリケーション層から始まり、各層で処理されて物理層まで送られます。受信側では、このカプセル化を逆に解除（デカプセル化）しながらデータを処理し、最終的にアプリケーション層に渡されます。

PDUについて

PDU（Protocol Data Unit）は、各OSI層でデータがどのようにパッケージ化されるかを示す用語です。各層で異なるPDUが使われます。例えば、トランスポート層ではセグメント、ネットワーク層ではパケット、データリンク層ではフレーム、物理層ではビットとして扱われます。

OSI参照モデルとTCP/IP

TCP/IPモデルは、インターネットで広く使用されるプロトコルスイートであり、OSI参照モデルとは異なるが関連するモデルです。TCP/IPモデルは、アプリケーション、トランスポート、インターネット、リンクの4つの層から構成されます。OSIモデルの各層に対応する部分も多く、ネットワーク通信の理解に役立ちます。

まとめ

OSI参照モデルは、ネットワーク通信を7つの階層に分けて理解するための重要なフレームワークです。各階層の役割とプロトコルを理解することで、ネットワーク設計やトラブルシューティングが容易になります。データのカプセル化とPDUの概念も、通信プロセスを理解する上で欠かせない要素です。また、TCP/IPモデルとの関係も理解しておくことで、現代のネットワーク通信をより深く理解することができます。ネットワーク技術の基礎をしっかりと押さえ、効率的なネットワーク運用を目指しましょう。

監修

株式会社スータブル・ソリューションズ

代表取締役　木村俊一

創業1998年　ISMS認証　
中小企業向けIT支援の実績多数

投稿者プロフィール

スータブル・ソリューションズサービス担当者: スータブル・ソリューションズは日々のITに関するQ&Aから、ITインフラ周りの構築・保守サポートまでワンストップで対応します。IT化の信頼おけるパートナーとして貴社に最適なソリューションを提案し、課題解決にオーダーメイド型のサービスを提供します。

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 東京都　産業廃棄物収集運搬許可　第13-00-119879号
 神奈川県　許可番号　01400119879号

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