基本情報技術者試験対策（28）「OSI基本参照モデル」

OSI基本参照モデルの7つの階層

ネットワークは、様々な機能によって実現されていて、一緒に複数のプロトコルが使われている。これは、土台となる機能の上にそれを利用する機能が乗っていて、土台となるプロトコルの上にそれを利用するプロトコルが乗っている階層のイメージである。 この階層の世界規格があり、OSi (Open System Interconnection) 基本参照モデルと呼ばれる。

OSI基本参照モデルは、ネットワークの機能やプロトコルを7つの階層に分けて示す (下表)。それぞれの階層には、「アプリケーション層」～ 「物理層」という名前と、第7層～第1層という番号が付けられている。階層のことを英語で「レイヤ(layer)」と呼ぶので、第7層~第1層を「レイヤ7」～「レイヤ」と呼ぶこともある。

OSI基本参照モデルの7つの階層

下の階層にあるほど、基本的な機能やプロトコル (取り決め) を提供する。 物理層は、電線、光ケーブル、 電波のどれを使ってデータを物理的に伝送するかを取り決める。

データリンク層は、直接つながっている相手と通信を行うための取り決めである。 リンク (link) は、「結合」 という意味である。 ネットワーク層は、データを中継して最終的な目的地まで届けるための取り決めである。 たとえば下図のように、社内のパソコンから社外の Web サーバを閲覧する場合は、社内の パソコンから社内のルータまでがデータリンク層であり、そこから先の社外の Web サーバまでがネットワーク層である。

トランスポート層は、データの分割と復元、および到達確認を行う。 インターネットで伝達される大きなデータは、いくつかの小さなデータ(バ ケット)に分割されて送信され、受信先で元のデータに復元される。セッション層は、複数のデータのやりとりによる一連の通信手順の取り決めである。 プレゼンテーション層は、文字、画像、 圧縮などのデータ表現の取り決めである。アプリケーション層は、ユーザから見た操作方法の取り決めである。

OSI 基本参照モデルとプロトコル

OSI基本参照モデルに対応付けて、ネットワークで使われている様々なプロトコルを分類できる。 有線LANで使われているイーサネットというプロトコルは、物理層とデータリンク層の機能を提供する。 データリンク層まででは、社外のインターネットに出ていけないので、イーサネットは社内LANのプロトコルです。

インターネットでは、 TCP/IP が基本プロトコルになる。 TCP/IP は、ネットワーク層でIP (Internet Protocol)というプロトコルを使い、 トラン スポート層でTCP (Transmission Control Protocol) というプロトコルを使うという意味である。

トランスポート層では、TCPの代わりに UDP (User Datagram Protocol) というプロトコルを使うこともできる。 UDP は、品質より速度を優先したプロトコルである。 目的地にデータが到達しなかった場合、 TCP はデータの再送を行うが、 UDPは再送を行わない。 UDPは、 品質より速度が優先される音楽や動画の配信、 時刻を合わせる NTP (Network Time Protocol)などで使われる。

Webサーバを閲覧するHTTP、 メールを送受信する SMTPとPOP3などのプロトコルは、「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」の機能をまとめて提供している。 これらのプロトコルは、どれも基本プロトコルとしてTCPとIPを使う。

OSI 基本参照モデルに対応付けたプロトコルの分類

なお、DNSサーバはDNSというプロトコルを使い、DHCPサーバはDHCPというプロトコルを使う。 これらのプロトコルでは、速度を優先するために、 基本プロトコルとして、 UDPとIPを使う。（DNSでは、TCPを使うこともある)。

アプリケーションデータに付加されるヘッダ

ユーザが、Webブラウザやメールソフトなどのアプリケーションを使って入力したデータは、OSI基本参照モデルの最上位層の 「アプリケーション層」 によって受け取られる。 その後は、階層を順番に下にたどって、最下位層 「物理層」から外部に送信される。 逆に、 データを受信する場合は、最下位層の物理層から階層を順番に上にたどって、 最上位層のアプリケーショ ン層でユーザに渡される。 これは、 OSI 基本参照モデルの 「アプリケーショ ン層」の上にユーザが乗っていて、 「物理層」 からネットワークケーブルが出ているイメージである。

ヘッダの付加と除去

データ送信時に、上から下に階層をたどるときには、 宛先や差出人などの情報がデータに付加される。 この付加情報をヘッダ (header)と呼ぶ。 ヘッダは、頭(head) に付加するものという意味である。プロトコルによって、ヘッダの形式が異なるので、 階層を上から下にたどることで、それぞれのヘッダが付加されていく。 逆に、 データの受信時に、下から上に階層をたどるときには、徐々にヘッダが除去され、データだ けがユーザに渡される (下図)。 このデータをアプリケーションデータと呼ぶ。

ヘッダとアプリケーションデータを合わせたものが、それぞれの階層におけるデータのまとまりである。 TCPの階層では、アプリケーションデータにTCP ヘッダが付加されて、TCP セグメントと呼ばれるデータのまとまりになる。IPの階層では、さらにIPヘッダが付加されて、 IPパケットと呼ばれる データのまとまりになる。 イーサネットの階層では、さらにイーサネットヘッダが付加された、イーサネットフレームというデータのまとまりになる。

LAN間接続装置

ルータのようにLANとLANの間を接続する装置をLAN間接続装置と呼ぶ。 試験に出題される主な LAN間接続装置には、ルータ以外にも、 ブリッジ (bridge)とリピータ (repeater) がある。 LAN間接続装置も、OS基本参照モデルに対応付けて分類できる。（下表）

OSI基本参照モデルに対応付けた主な LAN 間接続装置の分類

ルータ

ルータは、IPアドレスを見て適切なネットワークにデータを中継する。 データを中継する機能はネットワーク層なので、ルータはネットワーク層の装置である。

ブリッジ

ブリッジは、2つのLANをつないで、1つの LAN にします。 1つのLANになれば、データリンク層までの機能で通信できるので、 ブリッジはデータリンク層の装置であり、MACアドレスを見る。

リピータ

リピータは、長い通信ケーブルを通って弱くなった電気信号を回復させる。 データの内容にかかわらず、 物理的に回復しているだけなので、リピータは物理層の装置である。

（参考）情報処理教科書 出るとこだけ！基本情報技術者［科目A］［科目B］2025年版