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【超図解】OSI参照モデルの役割とプロトコル一覧を丁寧に見ていく

2023/07/31に公開

基本情報技術者試験

はじめに

皆さんこんにちは！猿喰です。
ITパスポートや基本情報技術者試験を受けるときに"ネットワーク"って鬼門ですよね？
普段インターネットはガリガリ使ってるものの、ネットワークの仕組みなんてぼんやりしか意識しないですもんね？

でもネットワークってOSI参照モデルを把握すると一気に理解できるんですよ！
今日からあなたもネットワーカーです。

何が学べるのか？

ネットワークを理解するために絶対におさえておくべき「OSI基本参照モデル」という、プロトコルの階層を学ぶことができる
OSI基本参照モデルを通して、インターネットをしたときにデータがどのように宛先に届いているのかの全体像を理解することができる

まずはネットワークをイメージでとらえよう

この図はネットでなにか購入した時に、宅配業者が運搬するときの図です。
今回は題材として、ベッドを購入したケースで、説明していきたいと思います。
大まかな流れとしては、ベッドをパーツごとに分解し、段ボールに入れます。
そしてそのダンボールひとつひとつを、運送業者が送り先の住所を確認し、配送します。
これをちょっと深掘りしてみましょう。

ベッドを配達する際の流れ

ベッドメーカーはベッドをパーツごとに分割して、ダンボールに入れる
ダンボールに宛名をはる
運送業者に配達を依頼
運送業者が運ぶ
運送業者がインターホンを押して手渡し。不在の場合は不在票をポストに投函

これらは全て約束事です。
皆さんは普段特に意識をしていないと思いますが、約束事がないと非常に困ります。
例えば、ベッドを分割もせずに、そのまま郵便局に持ち込まれても、業者は困ります。
きちんとダンボールに分割して入っていたとしても、宛名をはらずに、口頭で住所を伝えられると、業者はとても困ります。
今の世の中だと上記の暗黙のルールを破って郵便局に持ち込んだ人は炎上しそうですよね。
このように、モノを送る場合は、一連の約束事が決まっています。

ネットワークにも約束事があります。

同じようにネットワークにも約束事があります。

例えば

パケットに宛先の住所はつけてね
通信に使うケーブルを、何でもいいわけじゃなく、規格に沿ったものにしようね
通信のやり取りの前に、お互い準備できたよって言おうね
などなど

このような約束事を、プロトコルといいます。
難しそうな言葉ですが、プロトコルは「ただの約束事」という意味でとらえてもらえれば大丈夫です。

それでは、今度はネットワーク通信の図を見てみましょう。

実は、先ほど見たベッドの配送時と、非常によく似ています。

右上のありがとう、という絵は画像だとお考え下さい。
ネットワークで画像を送る際には、この画像をパケット（小包）に分割をします。分割せずに送ることはしません。
また、宛先の住所情報を付与して、インターネット回線に流します。
この流れは、先程の宅配業者の流れと、とてもよく似ています。

なぜ送信前にパケット(小包)に分割するのか？

ちなみに、人間が実際にものを運ぶ宅配と違って
ネットワークは「わざわざ小分けにして送らなくてもいいのでは？」と思う方もいると思います。

データを小分けにして送るのは、次の理由があります。

こちらの図は、山田さんち。だと思って下さい。
山田家では、家族でいろんな媒体で、各々インターネットを楽しんでいます。
SNSを見てる人もいれば、動画を楽しんでる人もいます。
これは、データがパケットで分割されて、少しずつ届く仕組みのおかげで、皆がそれぞれインターネットを楽しむことが、できています。
しかし、もしデータが分割されない場合、誰かがサーバーにリクエストした際、ネットワークを独占してしまい、情報がまるまる送られるまで、他の人が全く利用できません。

これではインターネットの利便性を、損ねてしまいます。
そのため、データは分割されて送られる仕組みになっています。

例えば、youtubeのような動画を見ている場合、この図のように、見ている部分の少し先の部分までしか、データを受信していないのがわかります。

このように、少し先の部分までデータを受信できていれば十分で、動画全ての情報をまるまる取得する必要は特にないんですね。
こういった、必要最低限のデータのやり取りの仕組みにより、ネットワークは多くの人が効率よく使えるようになっています。
と、ここまで見てきたように、ネットワークは現実世界の物販と、非常に似ているルールでやり取りしてるんだな。というイメージだけ、まずは持ってもらえればと思います。

ネットワークの具体的な仕組みは、各記事で細かく見ていきます。

OSI参照モデルとは？

そして、ネットワークを理解する上で絶対に把握したほうがいいのがOSI参照モデルです。
これは「通信プロトコル」を7つの階層に分けて定義しているモデルのことを言います。

第1層の物理層、第2層のデータリンク層、第3層のネットワーク層、第4層のトランスポート層、第5層のセッション層、第6層のプレゼンテーション層、第7層のアプリケーション層と７層があります。
第1層の物理層から第４層のトランスポート層までを $\textcolor{red}{下位層}$ といい、第５層のセッション層から第7層のアプリケーション層までを $\textcolor{red}{上位層}$ といいます。

それぞれの層がどんな役割をもっているかをこの表の右に記載しています

この表を見て「あぁ、もうだめだ理解できない」と思った方！ちょっと待ってください。
$\textcolor{red}{こんな表ではごちゃごちゃしていて、当然理解できないことは織り込み済みです}$ 。これから詳しく説明していきますのでご安心ください。
ここでは全体的にこういう層があるんだ、そして全部で7層あるんだ、という点を抑えていただければOKです。
また、この層のことを英語で「レイヤー」とも言います。例えばレイヤー2といえば、第2層のことです。ネットワークの話をしていると、相手からレイヤーという言い方をされる場合もありますのでご注意ください。

さくっとOSI参照モデルのプロトコルだけ知りたい方

この記事に飛んできた方の中には、「取り急ぎOSI参照モデルで利用してるプロトコルを知りたいんだよ～」という方もいるかもしれませんので、一覧を貼っておきます。

OSI参照モデルのプロトコル一覧

これらのプロトコルがどんな役割を果たしているかは、わかりやすく図解で説明していますので、エンタメを見る気分で各階層の記事を御覧ください～。

まずは第1層物理層からどうぞー

第1層をスキップしたい方向けのリンク（第2層以降）

第2層データリンク層とは？わかりやすく図解で解説

第3層ネットワーク層のプロトコルと役割を図解で解説

第4層トランスポート層のプロトコルをわかりやすく図解で解説

第5,6,7層セッション層|プレゼンテーション層|アプリケーション層とは？プロトコルをわかりやすく解説

おわりに

これらのIT知識を動画でも説明してます。
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