TCP/IPとOSI参照モデル

④ 対応関係の押さえどころ

真ん中の2つが1対1、上下がまとめられている——この形を覚えておけば、対応表は再現できます。

とくに注意したいのが、OSIの「ネットワーク層」がTCP/IPでは「インターネット層」とよばれる点です。名前が違うだけで、役割は同じです。

⑤ OSI基本参照モデル

OSI（Open Systems Interconnection）基本参照モデルは、ISOによって策定された、コンピュータのもつべき通信機能を階層化したモデルです。

OSI基本参照モデルは、7階層から構成されており、各層に標準的な機能を定義しています。

⑥ 「モデル」と「実在するプロトコル」

ここが重要な区別です。

> OSI基本参照モデルはあくまでもモデルであり、実在するプロトコルはTCP/IPです。

建築にたとえる

OSI基本参照モデルは、通信を理解し、議論するための共通の言葉として生き残りました。実際の通信はTCP/IPで行われていますが、「この機器は第2層で動く」「このプロトコルは第4層だ」という言い方は、いまもOSIの階層番号で行われます。

⑦ なぜ階層に分けるのか

第2章のソフトウェアの体系や、第3章の3層スキーマでも見たとおり、層に分けることの利点は「変更の影響を閉じ込められる」ことにあります。

下の層が何であっても、上の層は同じように動ける——この独立性があるからこそ、有線でも無線でも、同じブラウザで同じサイトが見られるのです。

受け取る側では逆の順番

各層は隣としか話さない

手紙を書く人は、トラックで運ばれるか飛行機で運ばれるかを気にしません。配達員は、手紙の中身を読みません。それぞれが自分の役割だけを果たし、隣の層に渡す——これが階層モデルの本質です。

この構造の利点

確認してみましょう

> 次の記述の正誤を判定せよ。

> a　TCP/IPは4階層で構成されるプロトコル群であり、OSI基本参照モデルに対応している。

> b　OSI基本参照モデルはISOによって策定され、7階層から構成される。

> c　OSI基本参照モデルは実在するプロトコルであり、TCP/IPは理論上のモデルである。

解答　a：○　b：○　c：×

• c：×……逆です。OSI基本参照モデルはあくまでもモデルであり、実在するプロトコルはTCP/IPです。

用語の対応を確認する

> TCP/IPのインターネット層は、OSI基本参照モデルの何層にあたるか。

解答　第3層（ネットワーク層）

名前が違うため取り違えやすいところです。「TCP/IPのインターネット層＝OSIのネットワーク層」と、セットで覚えておきましょう。

② 下から上へ読むと流れがつかめる

下の層ほど機械に近く、上の層ほど人間の目的に近いという並びになっています。第2章で学んだソフトウェアの体系図と同じ構造です。

③ 2層と3層の違いが要点

第4章で学んだMACアドレスとIPアドレスの違い——MACは同じLAN内、IPはネットワークをまたぐ——が、そのままこの2つの層の違いになっています。

④ OSI基本参照モデルとLAN間接続機器

第4章で学んだ接続機器を、この7階層に重ねると次のようになります。

⑤ 「どこまで理解できるか」で並んでいる

この対応表は、機器がどの層まで中身を理解できるかを表しています。

上の層まで理解できる機器ほど、賢い判断ができる——第4章で予告した対応関係が、ここで完成します。

そして、上の層まで見られる機器ほど処理の負荷が大きく、価格も高くなるという関係もあります。用途に対して過剰な機器を選ばない、という判断が実務では必要になります。

⑥ 4章との対応を1枚にまとめる

この表を再現できれば、第4章と第5章にまたがるこの論点は制覇したといえます。

範囲がだんだん「深く」なっていくことに注目してください。

1. 隣の機器まで

2. 目的のコンピュータまで

3. そのコンピュータの中のアプリケーションまで

4. そのアプリケーションが何をするか

⑦ ネットワークインタフェース層のプロトコル

TCP/IPのネットワークインタフェース層における代表的なプロトコルを以下に示します。

第4章で学んだ2つの規格が、そのままこの層のプロトコルです。有線がイーサネット、無線がIEEE802.11——どちらも「隣の機器とどうやり取りするか」を決めているので、この層に位置づけられます。

⑧ 各層のプロトコルを一覧で

先取りになりますが、全体像を示しておきます。

この表が、第5章全体の地図になります。以降の節では、この表の各行を順に掘り下げていきます。

⑨ 識別子が層ごとに違う

3つの識別子が、3段階で絞り込んでいるという構造が見えてきます。

住所にたとえるなら、

• IPアドレス＝建物の住所
• MACアドレス＝その建物へ行く途中の、次の曲がり角
• ポート番号＝建物の中の何号室

となります。

役割を1つに絞り、他は上位層に任せる——これも階層モデルの考え方の表れです。第2章で見た「本質でない作業を他に任せる」という発想と同じです。

そして、確認が必要かどうかは用途によります。必要なら上位のTCPを使い、不要ならUDPを使う——この選択ができるのは、IPが確認の機能を持っていないからです（次節で学びます）。

④ ICMP（Internet Control Message Protocol）

ICMPは、IPのエラーメッセージや制御メッセージを転送するプロトコルです。

IPは、コネクションレス型のプロトコルであるため、パケットが確実に転送できない可能性があります。そのため、IPネットワーク上での異常を検知して送信元ホストに異常を通知したり、IPネットワーク上の通信経路を診断するICMPが必要となります。

ICMPを利用した代表的なネットワークコマンドに、pingとtracerouteがあります。

⑤ ping

ネットワーク上の特定のコンピュータが通信可能かを調べるためのコマンドです。

調べたい相手のIPアドレスやホスト名を指定して要求メッセージを送信し、相手から応答メッセージを受信してその応答時間を表示することで相手の生存確認を行います。

pingはネットワークの導通テストや障害箇所の特定に用いられるものです。

⑥ traceroute

あるホストから別のホストまでのネットワーク経路を表示するコマンドです。

ホスト間を接続する経路上にどのようなルータが位置しているかをリストで表示します。

pingでの動作が正常でなかった場合など、表示される経路情報からホスト自身や経路上のルータのルーティング設定が正しいかどうかを確認するために用いられます。

⑦ 2つのコマンドの使い分け

pingで「届かない」と分かったら、tracerouteで「どこまで届いているか」を調べる——この順番が、障害の切り分けの基本です。

⑧ ARP（Address Resolution Protocol）

ARPは、IPアドレスからMACアドレスを取得するためのプロトコルです。

ARPリクエストパケットをブロードキャスト（不特定多数の相手に向かってデータを送信すること）して、同一ネットワーク内の機器からARPリプライパケットを受信し、宛先MACアドレスを取得します。

⑨ なぜARPが必要なのか

TCP/IPにおけるネットワークインタフェースの通信では、宛先のコンピュータを指定するため宛先のコンピュータのMACアドレスを指定する必要があります。

しかし、宛先のコンピュータのIPアドレスはDNSにより問合せすることができるが、MACアドレスまではわかりません。そこで、ARPにより、IPアドレスからMACアドレスを得る必要があります。

⑩ 動作の流れ

ブロードキャストとは、不特定多数の相手に向かってデータを送信することです。「誰か知りませんか」と全員に聞いて、該当する本人に答えてもらう、という形です。

⑪ 3つの変換を並べる

この章では、3つの「対応づけ」が出てきました。まとめて整理します。

DNSとARPが、バトンをつないでいることに注目してください。

1. 人間が入力するのはドメイン名

2. DNSがIPアドレスに変換する

3. ARPがMACアドレスに変換する

4. ようやく送信できる

文字列 → IPアドレス → MACアドレスという3段階の変換を経て、はじめて通信が始まります。この流れは、次節の最後で改めて確認します。