コンピューターから世界中の友人に電子メールを送信するとします。アプリケーション層は E メールクライアントを処理し、トランスポート層はメッセージが完全な状態で受信されるようにし、ネットワーク層はさまざまなネットワークを介してメッセージをルーティングします。これらはすべて OSI モデルの原則に従って行われます。
コンピュータテクノロジーにおいて、ネットワーク層とは、コンピューターネットワークのアーキテクチャと、ネットワーク通信を可能にするためのさまざまなテクノロジーの相互関係についての共通の理解を形成するための概念フレームワークです。現在、2 つのネットワーク層モデルが広く参照されおり、開放型システム間相互接続（OSI）モデルと TCP/IP モデルが最も一般的です。
UDP や ICMP といった他のネットワーク層もあり、すべて IP ネットワーク上で動作します。また、Recursive InterNetwork Architecture（RINA）モデルもあります。TCP/IP モデルはかつて、国防総省（DoD）モデル、DARPA モデル、ARPANET モデルとして参照されていましたが、これらは行政サービスであり、広く使用される標準ではないとの認識から変更されました。
なぜネットワーク層フレームワークが必要なのか
コンピューターネットワークは、複数の種類のソフトウェア、オペレーティングシステム、コンピューター、ルーター、スイッチ、ファイアウォール、接続などを含む極めて複雑なテクノロジーです。このテクノロジーをすべて異なるカテゴリーまたはレイヤーに分割するフレームワークは、システム通信を整理し、問題をより効率的に解決するために役立ちます。また、ネットワーク層フレームワークは、デバイス同士が相互に通信するための標準を作成することによって、ベンダーの相互運用性を向上させます。レイヤーは、ベンダーがある層のテクノロジーとその上下の層のテクノロジー間で相互作用の一貫性を確保する標準やプロトコルを導入するために役立ちます。
ネットワーク層の OSI モデルとは
OSI モデル は、国際標準化機構（ISO）の Open Systems Integration グループの成果物であり、1984 年に初めて公開されました。OSI 参照モデルは、実行されるタスクのタイプとネットワークスタック内の各システムの役割に基づいて、複雑なネットワークシステムを 7 つの個別のレイヤーに分割します。OSI ネットワーク層には次のものがあります。
- レイヤー1：物理層。物理層は、物理媒体を介して未加工のビットストリームを送受信します。
- レイヤー2：データリンク層。このレイヤーは、送信するデータのフォーマットを定義し、物理レイヤーでのトランジションのためにフレームに分割します。また、2 つの異なるノード間の接続を管理し、エラー制御を処理し、セッションが完了すると接続を終了します。
- レイヤー3：ネットワーク層。ネットワーク層は、複数のネットワークでデータパケットを効率的に転送およびルーティングする役割を担います。
- レイヤー4：トランスポート層。このレイヤーは、ネットワークホスト間で、信頼性と透明性の高いエンドツーエンドのデータ転送を調整します。
- レイヤー5：セッション層。セッション層は、異なるデバイス上のアプリケーション間の通信セッションと同期を管理します。また、セットアップ、認証、終了、再接続も処理します。
- レイヤー6：プレゼンテーション層。このレイヤーは、データのフォーマット、圧縮、暗号化、および復号を処理し、アプリケーション層向けにデータを変換します。
- レイヤー7：アプリケーション層。このレイヤーは、電子メール、Web ブラウジング、ファイル転送のプロトコルなど、アプリケーションに直接ネットワークサービスを提供します。
ネットワーク層の TCP/IP モデルとは
TCP/IP モデルは、ネットワーク層を理解するために広く使用されている参照モデルです。TCP/IP モデルの 4 つのレイヤーには、次のものがあります。
- アプリケーション層。この層は、OSI モデルのアプリケーション層、プレゼンテーション層、セッション層を組み合わせたものです。アプリケーション層は、Web ブラウジング（HTTP）、電子メール（SMTP）、ファイル転送（FTP）などのサービス用のアプリケーション固有のプロトコルを提供します。DNS サービスもアプリケーション層で動作します。
- トランスポート層。このレイヤーは OSI モデルのトランスポート層に該当し、伝送制御プロトコル（TCP）を介した信頼性の高い伝送やユーザー・データグラム・プロトコル（UDP）を介したコネクションレス型データグラム配信などの通信サービスを管理します。
- インターネット層。この層は OSI モデルのネットワーク層と同等であり、IP パケットのフラグメンテーションのアドレッシング、ルーティング、および管理を担います。インターネットプロトコル（IP）に加えて、ARP、IGMP、および ICMP もこのレイヤーで動作します。
- ネットワークアクセス層。この層は OSI モデルの物理層とデータリンク層に関連し、特定の物理ネットワークを介したネットワークデータグラムの送信を処理します。
OSI と TCP/IP の違い
一般的に、OSI モデルはより包括的なモジュラーフレームワークを提供しますが、TCP/IP は実際の関連性があり、広く採用されるシンプルなモデルです。
- OSI は、あらゆる形式のネットワーク通信を網羅的に表現するために考案された、プロトコルに依存しない汎用モデルです。一方、TCP/IP は、特定の通信問題に対処するための特定の標準プロトコルに基づく機能モデルです。
- OSI モデルのモジュラーフレームワークでは、各 OSI 層が異なり、個別の機能を持つため、レイヤー間のプロトコルのトラブルシューティングや相互運用が容易になります。また、OSI は、ネットワーク通信のための標準化されたフレームワークを提供し、さまざまなベンダー製品間の互換性と相互運用性を強化します。
- TCP/IP モデルは、現在インターネットで使用されているネットワークプロトコルの実際の実装と密接に結び付いています。柔軟かつシンプルであるため、幅広いネットワークサイズとトポロジーに適しています。
よくあるご質問（FAQ）
ネットワーク層は、ネットワークの設計とトラブルシューティングに対して体系的なアプローチを提供します。さまざまなハードウェアコンポーネントやソフトウェアコンポーネント間の相互運用性を確保し、インターネットをシームレスなグローバルネットワークにします。
OSI モデルは、ネットワークトラブルシューティングの共通の基準点として機能します。問題が発生した場合、管理者は問題が発生したレイヤーを特定し、問題の診断と解決を効率的に行うことができます。
ネットワーク層に障害が発生すると、通信が中断される可能性があります。たとえば、データリンク層で障害が発生すると、データフレームが正しく送信されず、通信プロセスでエラーが発生します。
はい。OSI モデルは依然として基本的な参照モデルですが、TCP/IP などのさまざまなネットワークテクノロジーには独自のモデルがあります。これらのモデルはレイヤー数が少なかったり、用語が異なったりする場合がありますが、同様の目的を果たします。
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