※講義ではTCP/IP参照モデルのみ取り扱います！
TCP/IP参照モデル
TCP/IP参照モデルは、インターネットで広く使われている通信プロトコルの体系構造を定義するモデルであり、OSI参照モデルとは異なるモデルです。TCP/IP参照モデルは、4つの階層から構成されます。
TCP/IP参照モデル
TCP/IP参照モデルは、インターネットで広く使われている通信プロトコルの体系構造を定義するモデルであり、OSI参照モデルとは異なるモデルです。TCP/IP参照モデルは、4つの階層から構成されます。
| 階層 | 機能 | プロトコル |
|---|---|---|
| アプリケーション層 | アプリケーション間でデータの転送を行う | HTTP, SMTP, FTP, Telnet, SSH, DNS, DHCP |
| トランスポート層 | アプリケーションから受け取ったデータの転送を行う | TCP, UDP |
| インターネット層 | ネットワーク間でパケットの転送とルーティングを行う | IP, ICMP |
| ネットワークインターフェース層 | 物理的な接続に関する制御を行う | Ethernet, Wi-Fi, PPP |
TCP/IP参照モデル
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アプリケーション層
アプリケーション層は、ユーザーが利用するアプリケーションが動作するためのプロトコルを提供します。
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トランスポート層
トランスポート層は、アプリケーション層で生成されたデータを転送するためのプロトコルを提供します。TCPとUDPが代表的なプロトコルであり、TCPは信頼性の高いデータ転送を提供する一方、UDPは高速なデータ転送を提供するプロトコルです。
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インターネット層
インターネット層は、パケットのルーティングを行うためのプロトコルを提供します。この層では、IP(Internet Protocol)が使用されます。
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ネットワークインターフェース層
ネットワークインターフェース層は、ネットワークインターフェースと物理メディア(例えば、Ethernet、Wi-Fiなど)を制御するためのプロトコルを提供します。
OSI参照モデルと比較して、TCP/IP参照モデルは、アプリケーション層とトランスポート層が合併しているため、3つの階層で構成されていることが特徴的です。また、インターネット層がネットワーク層として機能するため、階層構造が簡素化されています。TCP/IP参照モデルは、現在のインターネットにおいて最も広く使用されているモデルであり、多くのプロトコルがこのモデルに基づいて設計されています。
OSI参照モデル
OSI参照モデルは、コンピュータネットワークにおける通信のプロトコルを分類したモデルです。Open Systems Interconnection（OSI）という用語は、国際標準化機構（ISO）によって開発され、1984年に標準化されました。このモデルは、7つの階層に分けられており、それぞれが異なる役割を持ちます。
| 階層 | 名称 | 役割 | プロトコル |
|---|---|---|---|
| 7 | アプリケーション層 | ユーザーが使用するアプリケーションとネットワークのインタフェース | DNS, FTP, HTTP, IMAP, POP3, SMTP, SSH |
| 6 | プレゼンテーション層 | データの表現方法の変換 | ASCII, JPEG, SSL, TLS |
| 5 | セッション層 | アプリケーション間のセッション管理 | NetBIOS, NFS, PPTPなど |
| 4 | トランスポート層 | データの転送制御 | TCP, UDP |
| 3 | ネットワーク層 | パケットの送受信 | IP, ICMP, ARP, OSPF, BGP |
| 2 | データリンク層 | フレームの送受信 | Ethernet, Wi-Fi, HDLC, PPP |
| 1 | 物理層 | ビットストリームの送受信 | RJ45, 光ファイバー, IEEE802.11 |
OSI参照モデル
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物理層
物理層は、通信媒体を介してビット単位のデータを伝送することを担当します。具体的には、データをビットストリームに変換し、ネットワークケーブルや無線などの媒体を介して送信します。代表的なプロトコルには、Ethernet、Wi-Fi、Bluetooth、USBなどがあります。
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データリンク層
データリンク層は、物理層で送信されたビットストリームをフレームという単位にまとめ、誤り訂正や再送要求を行うことで、信頼性の高い通信を実現します。具体的には、MACアドレスを使用してネットワーク上の他のデバイスを識別し、フレームの作成、送信、受信、誤り検出、誤り訂正、フロー制御などを行います。代表的なプロトコルには、Ethernet、PPP、HDLC、ATMなどがあります。
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ネットワーク層
ネットワーク層は、複数のネットワークを跨いでパケットを転送することを担当します。具体的には、IPアドレスを使用して端末を識別し、ネットワークトポロジーを把握し、経路選択やフロー制御、転送制御、エラー制御などを行います。代表的なプロトコルには、IP、ICMP、ARP、OSPF、BGPなどがあります。
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トランスポート層
トランスポート層は、アプリケーション層のプロセス間でデータの転送を行うことを担当します。具体的には、TCPやUDPを使用して、データの分割、転送制御、再送制御、フロー制御、エラー制御などを行います。代表的なプロトコルには、TCP、UDP、SCTPなどがあります。
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セッション層
セッション層は、アプリケーション間のセッションを確立し、管理することを担当します。具体的には、セッションの開始、終了、同期、復旧、再開などの制御を行います。また、データ転送の途中でセッションを一時停止したり、再開することができます。代表的なプロトコルには、NetBIOS、NFS、PPTPなどがあります。
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プレゼンテーション層
プレゼンテーション層は、データの表現方法を定義し、通信相手の仕様に合わせてデータを変換することを担当します。具体的には、文字コードの変換、データの圧縮、暗号化、復号化などを行います。代表的なプロトコルには、ASCII、JPEG、SSL、TLSなどがあります。
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アプリケーション層
アプリケーション層は、最終的なユーザーに提供されるサービスを提供するために必要なプロトコルを定義します。具体的には、メール、ファイル共有、Webブラウジング、ファイル転送など、多数のプロトコルが含まれます。代表的なプロトコルには、DNS、FTP、HTTP、IMAP、POP3、SMTP、SSHなどがあります。
これらのプロトコルは、各階層の役割を分担することで、効率的かつ信頼性の高いネットワーク通信を実現します。ただし、現実のネットワークでは、OSI参照モデルに完全に準拠したネットワークは少なく、一部のプロトコルは複数の階層で使用されることがあります。
参考： 演習で学ぶネットワーク