はじめに

この記事は、3分間NetWorkingを読んでインプットした知識をアウトプットするために執筆しています。
学習内容のまとめ、学習してみての所感や疑問などを記載しています。
記事を読んでみて、間違っていることへの指摘や感想などありましたら、ぜひコメントをいただければと思います。
3分間NetWorkingのリンクは以下の通り。
https://www5e.biglobe.ne.jp/aji/3min/

プロトコルスタック

第3回で説明された、通信を行うときの約束事であるプロトコルについて、もう少し掘り下げます。
通信におけるプロトコルは一つだけではありません。役割ごとに様々なプロトコルが設定されて、通信を行っています。
この複数のプロトコルを役割ごとにまとめたものをプロトコルスタックと言います。またはネットワークアーキテクチャやプロトコルスイートとも呼ばれます。

プロトコルスタックの歴史

昔は各メーカーが独自のプロトコルスタックを作成し、自社製品に設定していました。各メーカーごとに異なるプロトコルスタックが設定されていたため、自社製品同士でしか通信をすることが出来ませんでした。
しかし、会社や組織ごとに使用しているPCは異なるため、取引先との通信を行うことが出来ないといったことが頻発し、業務効率の低下を招いていました。
そこで、世界基準で統一した規格が必要だということになり、ISO（International Orgznization for Standardization：国際標準化機構）により、OSI参照モデルという世界基準のプロトコルスタックが策定されました。

OSI参照モデル

OSI参照モデルとは、異なる機種間でも通信できる世界基準で作成されたプロトコルスタックです。
OSI参照モデルでは、通信におけるそれぞれの役割（プロトコル）を7つの階層（レイヤ）に分けて定義しています。
プロトコルを7つのレイヤに切り分けることで、変更があっても該当のレイヤだけを修正すれば済むため、最小限の修正で済みます。
各レイヤの役割は以下の表の通り。

OSI参照モデルにおける通信のプロセスは、データの送信側はレイヤ7から下に向かって処理されていき、レイヤ1で電気信号に変換され、宛先のレイヤ1に届く。受信側はレイヤ1から上に向かって処理されていき、例えば伝送されているデータがメールであれば、レイヤ7で送られてきたメールが表示されます。

カプセル化・非カプセル化

OSI参照モデルでデータを送信する時、相手に送るものはデータだけではありません。
ヘッダと呼ばれる制御情報と、宛先、送信元のIPアドレス、エラーチェック用のトレーラと呼ばれるものをデータにくっ付けて送信します。
ヘッダは各レイヤごとに付加され、それぞれ名称が異なります。またトレーラはデータリンク層でのみ付加されます。
それぞれのヘッダは、トランスポート層ではセグメント、ネットワーク層ではパケット、データリンク層ではフレームと呼ばれます。
こうした送りたいデータ以外に、必要な情報をくっ付けることをカプセル化と言います。
カプセル化は全て送信側で行われる処理ですが、受信側では逆にカプセル化によって付加された情報を取り外していく処理が行われます。これを非カプセル化と言います。
これらの送りたいデータに制御情報などが付加されたデータをPDU（Protocol Data Unit）と言います。

ネットワーキングデバイス

複数のPCからデータをLAN経由で流す場合、データの流れを制御する機器が必要になります。データの流れを制御する機器をネットワーキングデバイスと言います。
ネットワーキングデバイスはレイヤ1～3のそれぞれのレイヤの役割に従った機器があります。
レイヤ1では、リピータとハブ、レイヤ2ではブリッジとスイッチ、レイヤ3ではルータがあります。
それぞれの詳しい説明は、3分間NetWorking 第8回以降の、各レイヤごとの学習で説明されるようなので、ここではあくまでネットワーキングデバイスの概要として軽く記載するにとどめます。

OSI参照モデルとTCP/IP

OSI参照モデルに似たプロトコルスタックがあります。TCP/IPと呼ばれる階層モデルです。
実は現在はOSI参照モデルはほとんど使われておらず、TCP/IPモデルがデファクトスタンダードとなっています。両者の違いについては以下の通りです。

■OSI参照モデル
・ISO（国際標準化機構）によって策定された。
・7階層からなる階層モデル

■TCP/IPモデル
・DARPA（米国国防高等研究計画局）によって策定された。
・4階層からなる階層モデル

両者の違いとしては、策定した団体と、階層の数です。
大まかな内容についてはほとんど一緒で、OSI参照モデルが7階層にも分かれており、複雑であったものをTCP/IPモデルは4階層にまとめてより分かりやすくしています。
元々は、OSI参照モデルが先に策定されましたが、TCP/IPが登場し、OSI参照モデルよりも分かりやすかったことから、TCP/IPが使われるようになり、デファクトスタンダードとして定着しました。
しかし、OSI参照モデルはネットワークの基礎理論として優れているため、ネットワークを理解するのであれば、OSI参照モデルを学習することは無駄ではないそうです。
私自身、OSI参照モデルが現在ではほとんど使われていないと知った時は、勉強する意味あるのかなと思いましたが、現在では教育用として使われることが多いようなので安心しました。

まとめ

今回はOSI参照モデルとネットワーキングデバイスについてまとめました。
次回からいよいよOSI参照モデルについて、深く学習していくため、自身がインプットした知識を分かりやすくアウトプットしていければと思います。
最後に、記事を読んで間違いの指摘などがあればコメントで教えていただけると幸いです。
ありがとうございました。