オープンシステム相互接続（OSI）モデルは、7層で構成される視覚的なモデルで 、ネットワークシステムと、アプリが相互に通信する仕組みを説明する。
コンピューターが普及し始めた当初、さまざまなメーカーのデバイスは相互運用できなかった。これを可能にするため、国際標準化機構（ISO）は1984年にOSIモデルを策定し、異なる機器が相互に通信するための共通規格を定めた。
下から順に、7つの層は次のとおりだ。
- 物理層
- データリンク層（DLL）
- ネットワーク層
- トランスポート層
- 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
7つの各層はそれぞれ特定の機能を担い、上位層および下位層と通信する。
現在、OSIモデルは主に、コンピューターネットワークの基礎をIT専門家に教えるための参照モデルとして使われている。
OSIモデルの7層
ネットワーク機能を層ごとの機能に分割することで、ネットワークエンジニアは ネットワークの動作をより深く理解でき、問題をより迅速に絞り込める。 各層がこの目的にどう役立つかを見ていこう。
第1層：物理層
第1層は物理層であり、OSIモデルの最下層でもある。この層は、ビット（1と0）の形式で情報を1つのノードから次のノードへ送信する。物理層の構成要素には、ケーブル、電源プラグ、コネクター、ネットワークインターフェースカード（NIC）、その他のハードウェアが含まれる。
第2層：データリンク層（DLL）
データリンク層（DLL）は第2層で、ノード間のデータ転送を処理する。主な機能は、転送されるデータにエラーがないことを保証することだ。
DLLは、論理リンク制御（LLC）とメディアアクセス制御（MAC）という2つのサブレイヤーで構成される。LLCは信号の多重化と逆多重化、ノードのフロー制御、エラー管理を担い、MACはネットワークとのハードウェアのやり取りを処理する。
第3層：ネットワーク層
ネットワーク層はデータパケットのルーティングを送信元ホストから宛先ホストへ行う役割を担う。可能な限り最短の経路を選択することで実現する。この層は、パケット転送と論理アドレス指定も担う。この層で使われる主なプロトコルはICMP、ARP、RIP、IPv4/v6、IPsecだ。
第4層：トランスポート層
トランスポート層は、ホストからユーザーへデータを転送する役割を担う。トランスポート層で最も頻繁に使われるプロトコルは、ユーザーデータグラムプロトコル（UDP）と伝送制御プロトコル（TCP）だ。TCPがコンピューティングデバイス間のデータ転送を可能にする一方、UDPは高速なデータ送信のために設計されている。
第5層：セッション層
セッション層は、コンピューター間の接続を制御、管理、終了する役割を担う。機能には、トークン管理、ダイアログ単位の作成、データフローの同期、利用可能なネットワークリソースの効率的な使用が含まれる。
第6層：プレゼンテーション層
プレゼンテーション層は、データのコーディングとエンコーディングに関する情報を処理する。構文層とも呼ばれる。
第7層：アプリケーション層
アプリケーション層は、ユーザーのホストPCに搭載されたソフトウェアとの通信を管理するため、エンドユーザーに最もなじみ深い層だ。ただし、この層に実際のソフトウェアやアプリケーションそのものが含まれるわけではなく、それらを管理するプロトコルだけが含まれる。
OSIモデルの仕組み
OSIモデルは、送信されたすべてのデータを7層の抽象化構造に分割し、データをより効率的かつ安全に解析して宛先へ届ける。
このプロセスをよりよく理解するため、OSIモデルの抽象化プロセスが実際に機能する例を見てみよう。コンピューター（A）からコンピューター（B）へメールを送るとする。
メールアプリケーションのクライアントは第7層に存在する。メールを送信すると、第7層のアプリケーションプロトコルがメッセージをカプセル化、つまりヘッダーを付加し、第6層へ送る。
第6層はデータを圧縮して第5層へ転送する。また、データを先へ送る前に暗号化も行う。
第5層は、コンピューターと送信先サーバーの間にセッションを開く。また、どのデータパケットがどのファイルに属するかを判断する。最後に、適切なヘッダーを追加してデータを第4層へ転送する。
第4層は第5層からデータを受け取ると、それをセグメントに分割し、データが正しいサービスに届けられるよう、各セグメントに宛先ポート番号と送信元ポート番号を割り当てる。第4層はセキュリティ制御も適用する。
第3層はデータをパケットに分割し、複数の経路を通じて送信する。パケットには、エンドデバイスを識別しやすくするため、宛先IPアドレスと送信元IPアドレスが含まれる。
次にデータは第2層へ送られ、ここでDLLがパケットにMACアドレスを追加し、それらをフレームにまとめる。正しい宛先に届けるため、LLCサブレイヤーは各フレームに制御情報を追加する。
最後に、フレームは1と0の形式で第1層へ送られる。そのバイナリデータは、電気パルス（イーサネット）、電波（Wi-Fi）、または光パルス（光ファイバー）によってデバイスBへ転送される。
第1層はビット同期を確保する。そのため、宛先でデータが各層を逆方向にたどって抽象化を解除される際、エンドユーザーは意図されたとおり、読み取り可能な形式で情報を受け取れる。
OSIモデルが今なお重要である理由
TCP/IPモデルはIT専門家に好まれており、現代のほとんどのコンピューターで使われているが、OSIモデルも、トラブルシューティングの容易さ、柔軟性、教育ツールとして使われ続けていることから、今なお重要だ。
容易なトラブルシューティング
OSIモデルを使うと、ITチームは資産目録を各層の理解しやすい単位に分類できる。問題が発生した場合も、各層が具体的に分かれているため、層内の問題を発見して特定するのは比較的容易だ。特に、TCP/IPモデルでは1つに統合されている上位3層でその傾向が顕著である。
柔軟性
OSIモデルはコネクションレスサービスとコネクション指向サービスの両方をサポートするため、非常に柔軟だ。
教育支援ツールとしての役割
OSIモデルは、ソフトウェアとハードウェアがどのように連携するかを明確に理解できるため、優れた教育支援ツールとして機能する。ネットワークの概念を層に分解することで曖昧さを取り除き、ネットワーク専門家にネットワークの全体像を明確に示す。
OSIモデルの欠点
OSIモデルには利点がある一方、実用性、普及度、複雑さなどの面で不十分な点もある。
理論上のモデル
TCP/IPと比較すると、OSIは理論的な枠組みに近く、実用的な実装のための解決策をあまり提供しない。
普及度が低い
OSIモデルはTCP/IPモデルと同じ時期に開発されたが、TCP/IPの普及度には対抗できなかった。IT専門家は一般にTCP/IPプロトコルをより好んだため、OSIモデルは次第に支持を失っていった。
より複雑
OSIモデルはかなり複雑で、そのため実装上の問題がある。対照的に、TCP/IPモデルはより効果的で運用しやすい。
重複
OSIモデルではサービスの重複が多い。例えば、トランスポート層とデータ層はいずれも似たサービスを提供する。さらに、プレゼンテーション層やセッション層など、ほとんど使われていない層もある。これが、TCP/IPではそれらがアプリケーション層に統合された理由の一つだ。
OSIモデルとTCP/IPモデルの比較
伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（TCP/IP）は、特定のコンピューターがインターネット経由で別のコンピューターに接続する方法を示す通信プロトコルだ。このモデルは4層アーキテクチャを採用し、ネットワーク間でパケット形式のデータをエラーなく送信できるよう設計されている。
TCP/IPモデルの4層は、上から順にアプリケーション層、トランスポート層、インターネット層、ネットワークアクセス層で構成される。
OSIモデルとTCP/IPモデルはいずれも層構造を持ち、ほぼ同じ機能を提供するが、いくつかの違いがある。主な違いは次のとおりだ。
- OSIは概念的な枠組みであるのに対し、TCP/IPはコネクション指向プロトコルである
- TCP/IPは4層、OSIは7層である
- OSIはセッション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層を使って上位層を区分するのに対し、TCP/IPはアプリケーション層のみを使う
- OSIモデルでは第1層と第2層が分かれているが、TCP/IPでは統合されている
- OSIモデルの各層は相互依存性が高い。そのため、下位層に障害が発生すると、上位層も正常に機能しない可能性がある。対照的に、TCP/IPはより柔軟なアーキテクチャを提供する。
OSI層とTCP/IP層の比較
下表は、より細分化され複雑なOSIモデルと比べ、TCP/IPモデルが層構造をどのように簡素化しているかを示している。
| OSI層 | TCP/IP層 |
|---|---|
| アプリケーション | アプリケーション |
| プレゼンテーション | |
| セッション | |
| トランスポート | トランスポート |
| ネットワーク | インターネット |
| データリンク | データリンク |
| 物理 | （ハードウェア） |
OSIモデルの未来はどうなるのか？
ネットワーク管理者がTCP/IPモデルを強く支持し、その利用が大規模に広がっていることを考えると、OSIの時代は終わりに近づいていると思いたくなるかもしれない。
しかし、OSIモデルはもはや主流ではないとしても、数千人のIT専門家にとって参照モデルとして機能し、より効率的で信頼性の高いシステムの設計を支援していることは否定できない。
実際、現在でもOSIモデルは製品マニュアルや認定試験で参照されている。そのため、OSIモデルが実用面で再び広く使われる可能性は低いとしても、理論上の一般的な用途から完全に姿を消す可能性も同じく低い。
要点：現在のOSIモデルの使われ方
現在、実務ではあまり使われていないものの、ネットワークエンジニアやベンダーは、コンピューターネットワークを総合的に把握し、その機能を学ぶために、今もOSIモデルを参照している。現代のネットワークではTCP/IPプロトコルの実装が主流だが、ネットワーク専門家はデータの抽象化経路とプロセスを明確に理解するための指針として、OSIモデルを使い続けている。
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