ネットワークの基本をおさらい

いまさら聞けない「TCP/IP」と「OSI参照モデル」の違いは？

「TCP/IP」と「OSI参照モデル」は何が違い、ネットワーク分野においてどのような関係にあるのか。ネットワークの基本をおさらいしてみよう。

公開 2019年09月20日 05時02分

著者

John Burke

[TechTarget]

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　「TCP/IP」と「OSI参照モデル」の違いを理解するためには、これらが何のためのものなのか、まずはその基本を理解することが必要だ。

　TCP/IPは米国防総省のネットワーク研究から誕生した。インターネットを可能にする2つのネットワークプロトコル、TCP（Transmission Control Protocol）とIP（Internet Protocol）で構成される。IPは異なる複数のネットワークを相互に接続し、データを伝送することを実現するプロトコル。TCPはIPネットワークにおいて信頼性の高い通信経路を作成するためのプロトコルだ。

　IPはアドレス割り当てと経路指定に使用される。TCPはIPを介した接続の中で、破損したり損失させたりせずにデータを送受信するために使用される。

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OSI参照モデルとは

　国際標準化機構（ISO）が策定したOSI参照モデルは、ネットワークの要素を階層別に分類したモデルだ。OSIは開放型システム間相互接続（Open Systems Interconnection）を意味する。OSI参照モデルの目的は、ネットワークベンダーや開発者の間におけるネットワークの相互運用性を高めることだった。

　OSI参照モデルはネットワークを7つの要素に分割する。ノード同士の物理的な接続を担う第1層（物理層。レイヤー1、L1とも）から、具体的な通信サービスを提供する第7層（アプリケーション層。レイヤー7、L7とも）までを定義する。OSI参照モデルにおける理想的な構成は、ある層の要素は1つ上の層にサービスを提供し、1つ下の層のサービスを利用するが、それ以外の層とは直接やりとりをしないという構成だ。

OSIモデルの7つの階層

　理想的なOSI参照モデルの構成では、WebブラウザなどのアプリケーションがWebサーバからデータを取得しようとするとき、ネットワーク層と通信する。このとき、次のような流れでプロセスが進む。

第7層は第6層（プレゼンテーション層。レイヤー6、L6とも）に要求データを送信する
第6層はデータを圧縮、暗号化、処理し、第5層（セッション層。レイヤー5、L5とも）に渡す
第5層は他のシステムとの通信セッションを管理する。必要な間はシステムが稼働し続け、必要なくなれば終了する。第5層は第4層（トランスポート層。レイヤー4、L4とも）を介して他のシステムと通信する
第4層は第3層（ネットワーク層。レイヤー3、L3とも）を使用して、通信し合う2つのシステム間のネットワークを流れるデータ送信を管理する。データを伝送用パケットに分割し、エラーやパケットロスの有無を監視する。信頼性の高いネットワークプロトコルは、パケットが配信されたことを確認し、必要に応じて再送を実施する
第3層は、別のネットワーク内のシステムと通信するために必要な、アドレス割り当て情報と経路指定情報を付加する。第2層（データリンク層。レイヤー2、L2とも）を使用して別のシステムにデータを送信する
第2層は第1層を使用してローカルネットワークにデータを送る。別のネットワークにデータを送る際は、ルーターなどの外部ネットワークに接続する機器にデータを送る。イーサネットは第2層のネットワークプロトコルだと見なすことができる。MACアドレスは第2層のアドレスだと見なされる
第1層は銅線、光ファイバー、マイクロ波、無線などの媒体と、それらの媒体へデータを送信するネットワークインタフェースで構成される

　接続の相手側では、上記と同じ階層を逆の順にたどり、第1層から第7層へデータを送る。

　これは理論上の代表的な構成であり、完全にこの通りの階層を持つネットワークは実在しないと言っていい。OSI参照モデルは主に、優れたネットワーク接続で実施すべきタスクを説明する際や、ネットワークの問題や機能を議論する際に参照する、共通の枠組みとして利用されている。

TCP/IPの階層

　TCP/IPの主な階層はトランスポート層とインターネット層の2層だけだ。TCPはトランスポート層を担い、通信セッション（通信の開始から終了までの単位）を管理する。IPはインターネット層を担い、別のシステムと通信するために使用する。

TCP/IPとOSI参照モデルの対比

　TCP/IPの階層をOSI参照モデルの階層に対比させるのは簡単ではない。TCP/IPはOSI参照モデルより古い。ネットワーク機器の実際の問題を解決するために策定され、その後もネットワークからの実際の要求に基づいて進化してきた。

　OSI参照モデルは、ネットワークの設計と説明用のモデルとして1980年代に策定された。それまでに実際に使用されてきたものではない。OSI参照モデルはプロトコルでもなければ、実用化されたソフトウェアでもないため、TCP/IPと完全に対比することはできない。

　TCP/IPはあらゆるネットワークに共通する機能や要素を定義しようとして作られたものではない。そのためOSI参照モデルほど広範に機能を網羅したり、細分化したりしていない。

TCP/IPとOSI参照モデルの共通点

　IPはネットワークを制御し、OSI参照モデルの第3層の一部に相当する役割を果たす。TCPはOSI参照モデルの第4層の機能に相当するが、第5層の機能も部分的に担っている。

　OSI参照モデルの第4層は、ノードからノードに対して確実にデータが送信されたどうかを確認する役割を担う。パケットに連番を割り当て、送信した全てのパケットが到着したことを確認する。パケットに損失や破損があった場合は再送する。

　TCPもOSI参照モデルの第4層と同様の処理を実施する。加えてOSI参照モデルでいう第5層の機能のうち、通信セッションの確立と終了も実施する。

TCP/IPとOSI参照モデルの相違点

　IPはインターネット層で使用するプロトコルのみを定義する。OSI参照モデルの第3層に相当するプロトコルとしては、他にDDP（Datagram Delivery Protocol）やIPX（Internetwork Packet Exchange）がある。

　TCPはOSI参照モデルの第5層の機能を担うが、第5層の機能のうち、認証や承認などはTCPでは実施しない。

　根本的な相違点として、TCP/IPはOSI参照モデルの第5層より上の階層を想定していないという違いがある。TCP/IPは、第5層から上の機能についてはアプリケーションに任せることになる。OSI参照モデルは第5層より上の機能を、第6層と第7層で定義している。

　TCP/IPはOSI参照モデルの第3層より下の機能は定義していない。OSI参照モデルは、第3層より下の機能を第2層と第1層の2つの層に分けて定義している。

その他の主要インターネットプロトコル

　多くの主要なプロトコルがTCPをベースにしている。例えば、Webの基本プロトコルであるHTTP（Hypertext Transfer Protocol）や、メールの送信プロトコルであるSMTP（Simple Mail Transfer Protocol）などがその例として挙げられる。

　UDP（User Datagram Protocol）はTCPと同じ役割を担うプロトコルであり、IPをベースに作られている。TCPは送信したデータが確実に到着したかどうかを確認するのに対し、UDPはそれを確認しない。その代わりに、データ伝送を高速化することが可能になるため、ストリーミング配信を提供している動画配信サービスで採用されているケースが少なくない。

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