ネットワークの階層モデル

ストーリー

「先輩、プロトコルがたくさんあるのは分かったんですが、どう整理されているんですか？」

「いい質問だね。ネットワークの通信は"層"で整理されているんだ」

「層？」

「ケーキを重ねるように、下から順番に役割が決まっている。これを理解すると全体像が見えるよ」

なぜ階層に分けるのか

問題：すべてを一度に処理すると複雑になる

Webページを表示するために必要なこと：

電気信号をケーブルで送る
隣のルーターにデータを渡す
正しい宛先にデータを届ける
データが確実に届いたか確認する
Webページのデータを解釈する

これを全部1つのプロトコルで処理するのは大変です。

解決策：役割ごとに層に分ける

「手紙を書く」     → アプリケーション層
「書留にする」     → トランスポート層
「宛先を書く」     → インターネット層
「ポストに入れる」 → ネットワークアクセス層

各層が自分の仕事だけに集中し、下の層に処理を任せます。

OSI参照モデル（7層）

教科書でよく見る正式なモデルは7層です。参考として知っておきましょう。

層	名前	役割
7	アプリケーション層	ユーザーに近い処理（HTTP, DNS）
6	プレゼンテーション層	データの形式変換（暗号化、圧縮）
5	セッション層	通信の開始・終了の管理
4	トランスポート層	データの信頼性（TCP, UDP）
3	ネットワーク層	宛先の指定と経路選択（IP）
2	データリンク層	隣接機器との通信（Ethernet）
1	物理層	電気信号・光信号の送受信

TCP/IPモデル（4層） -- 実務ではこちらが重要

実際のインターネットでは、OSIの7層を簡略化した TCP/IPモデル（4層） が使われています。

┌─────────────────────────┐
│  アプリケーション層       │  HTTP, DNS, SSH, SMTP
├─────────────────────────┤
│  トランスポート層         │  TCP, UDP
├─────────────────────────┤
│  インターネット層         │  IP, ICMP
├─────────────────────────┤
│  ネットワークアクセス層   │  Ethernet, Wi-Fi
└─────────────────────────┘

各層の役割

第4層：アプリケーション層

ユーザーが直接使うプロトコル が動く層。

HTTP/HTTPS：Webページの通信
DNS：ドメイン名の解決
SSH：リモートログイン
SMTP：メール送信

例え：手紙の「内容」に相当

第3層：トランスポート層

データの配送品質 を管理する層。

TCP：確実に届ける（書留郵便）
UDP：素早く届ける（普通郵便）

例え：「書留にするか普通郵便にするか」の選択

第2層：インターネット層

宛先の指定と経路選択 を行う層。

IP：宛先のIPアドレスを指定
ICMP：ネットワーク診断（pingで使用）

例え：封筒に「宛先住所」を書くこと

第1層：ネットワークアクセス層

物理的な通信 を担当する層。

Ethernet：LANケーブルでの通信
Wi-Fi：無線通信
光ファイバー

例え：手紙を「ポストに入れて運ぶ」こと

データの流れ（カプセル化）

データが送信されるとき、各層で「ヘッダー」が追加されていきます。これを カプセル化 と言います。

送信側（上から下へ）

アプリケーション層:  [HTTPデータ]
                         ↓ TCPヘッダーを追加
トランスポート層:    [TCP][HTTPデータ]
                         ↓ IPヘッダーを追加
インターネット層:    [IP][TCP][HTTPデータ]
                         ↓ Ethernetヘッダーを追加
ネットワーク層:  [Eth][IP][TCP][HTTPデータ]

受信側（下から上へ）

ネットワーク層:  [Eth][IP][TCP][HTTPデータ]
                         ↓ Ethernetヘッダーを除去
インターネット層:    [IP][TCP][HTTPデータ]
                         ↓ IPヘッダーを除去
トランスポート層:    [TCP][HTTPデータ]
                         ↓ TCPヘッダーを除去
アプリケーション層:  [HTTPデータ]

手紙の例えなら、封筒を入れ子にしていくイメージです。

Webページ表示の全体像

ブラウザで http://www.example.com にアクセスしたとき：

1. [アプリケーション層] ブラウザがHTTPリクエストを作成
2. [トランスポート層]   TCPで確実に届ける準備
3. [インターネット層]   IPアドレスで宛先を指定
4. [ネットワーク層]     Wi-Fi/LANケーブルで送信
        ↓ （インターネットを経由）
5. [ネットワーク層]     サーバーが電気信号を受信
6. [インターネット層]   IPアドレスを確認
7. [トランスポート層]   TCPでデータを再構成
8. [アプリケーション層] WebサーバーがHTTPレスポンスを返す

まとめ

ポイント	内容
OSI参照モデル	7層の理論的なモデル（教科書向け）
TCP/IPモデル	4層の実用的なモデル（実務向け）
カプセル化	各層でヘッダーを追加してデータを包む
階層化のメリット	役割を分離し、各層が独立して改良できる

チェックリスト

TCP/IPモデルの4つの層を順番に言える
各層の役割を簡単に説明できる
カプセル化の仕組みを理解した
Webページ表示の通信の流れをイメージできる

次のステップへ

ネットワークの階層モデルが理解できましたね。

次のセクションでは、ここまでに出てきた用語を整理して、ネットワークの 基本用語 をまとめて覚えます。

推定読了時間: 25分