7 layers osi model
OSIモデルとは：OSIモデルの7つの層への完全なガイド
これで 無料のネットワーキングトレーニングシリーズ 、私たちはすべてを探索しました コンピュータネットワークの基本 詳細に。
OSI参照モデルはの略です オープンシステム相互接続参照モデル さまざまなネットワークでの通信に使用されます。
ISO（国際標準化機構）は、特定のプラットフォームセットで世界中でフォローされる通信用のこの参照モデルを開発しました。
学習内容：
OSIモデルとは何ですか？
オープンシステム相互接続（OSI）参照モデルは、通信システム全体を完成させる7つの層または7つのステップで構成されます。
このチュートリアルでは、各レイヤーの機能について詳しく見ていきます。
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ソフトウェアテスターとして、各ソフトウェアアプリケーションはこのモデルのレイヤーの1つに基づいて動作するため、このOSIモデルを理解することが重要です。このチュートリアルを深く掘り下げながら、それがどのレイヤーであるかを探ります。
OSI参照モデルのアーキテクチャ
各レイヤー間の関係
次の図を使用して、OSI参照モデルの各層がどのように相互に通信するかを見てみましょう。
以下に、レイヤー間で交換される各プロトコルユニットの拡張を示します。
- APDU –アプリケーションプロトコルデータユニット。
- PPDU –プレゼンテーションプロトコルデータユニット。
- SPDU –セッションプロトコルデータユニット。
- TPDU –トランスポートプロトコルデータユニット（セグメント）。
- パケット –ネットワーク層のホストルータープロトコル。
- フレーム –データリンク層ホストルータープロトコル。
- ビット –物理層ホストルータープロトコル。
各レイヤーで使用される役割とプロトコル
OSIモデルの機能
OSIモデルのさまざまな機能を以下に示します。
- OSI参照モデルアーキテクチャを介した幅広いネットワーク上の通信を理解しやすい。
- 詳細を知るのに役立ち、ソフトウェアとハードウェアが連携して動作することをよりよく理解できるようになります。
- ネットワークが7層に分散されているため、障害のトラブルシューティングが容易になります。各レイヤーには独自の機能があるため、問題の診断が簡単で、時間もかかりません。
- OSIモデルの助けを借りて、世代ごとに新しいテクノロジーを理解することがより簡単になり、適応できるようになります。
OSIモデルの7つの層
7層すべての機能の詳細を調べる前に、初めての人が一般的に直面する問題は、 7つのOSI参照層の階層を順番に記憶する方法は？
これが私が個人的にそれを暗記するために使用する解決策です。
次のように覚えてみてください A- PSTN- DP 。
上から順にA-PSTN-DPは、Application-Presentation-Session-Transport-Network-Data-link-Physicalの略です。
OSIモデルの7つの層は次のとおりです。
＃1）レイヤー1 –物理レイヤー
- 物理層は、OSI参照モデルの最初の最下層です。主にビットストリーム伝送を提供します。
- また、通信に使用されるメディアタイプ、コネクタタイプ、および信号タイプの特性も示します。基本的に、ビット形式の生データ、つまり0と1は信号に変換され、このレイヤー上で交換されます。データのカプセル化もこのレイヤーで行われます。送信側と受信側は同期している必要があり、ビット/秒の形式の伝送速度もこの層で決定されます。
- これは、デバイスと伝送メディア間の伝送インターフェイスを提供し、ネットワークに使用されるトポロジのタイプと、伝送に必要な伝送モードのタイプもこのレベルで定義されます。
- 通常、スター、バス、またはリングトポロジがネットワークに使用され、使用されるモードは半二重、全二重、またはシンプレックスです。
- 例 レイヤー1デバイスには、ハブ、リピーター、イーサネットケーブルコネクタが含まれます。これらは、ネットワークのニーズに応じて適切な特定の物理メディアを介してデータを送信するために物理層で使用される基本的なデバイスです。
＃2）レイヤー2 –データリンクレイヤー
- データリンク層は、OSI参照モデルの下から2番目の層です。データリンク層の主な機能は、エラー検出を実行し、データビットをフレームに結合することです。生データをバイトに、バイトをフレームに結合し、データパケットを目的の宛先ホストのネットワーク層に送信します。宛先側では、データリンク層が信号を受信し、それをフレームにデコードしてハードウェアに配信します。
- Macアドレス： データリンク層は、ネットワークのMACアドレスと呼ばれる物理アドレス指定システムを監視し、さまざまなネットワークコンポーネントの物理メディアへのアクセスを処理します。
- メディアアクセス制御アドレスは一意のデバイスアドレスであり、ネットワーク内の各デバイスまたはコンポーネントにはMACアドレスがあり、これに基づいてネットワークのデバイスを一意に識別できます。 12桁の一意のアドレスです。
- 例 MACアドレスの 3C-95-09-9C-21-G1 （6オクテットで、最初の3つはOUIを表し、次の3つはNICを表します）。物理アドレスとも呼ばれます。 MACアドレスの構造は、すべての企業でグローバルに受け入れられているため、IEEE組織によって決定されます。
さまざまなフィールドとビット長を表すMACアドレスの構造を以下に示します。
- エラー検出： この層ではエラー検出のみが行われ、エラー訂正は行われません。エラー訂正はトランスポート層で行われます。
- データ信号は、エラービットと呼ばれる不要な信号に遭遇することがあります。エラーを克服するために、このレイヤーはエラー検出を実行します。巡回冗長検査（CRC）とチェックサムは、エラーチェックの効率的な方法です。これらについては、トランスポート層の機能で説明します。
- フロー制御と多元接続： この層の伝送媒体を介して送信者と受信者の間でフレームの形で送信されるデータは、同じペースで送受信する必要があります。フレームが受信者の動作速度よりも速い速度でメディアを介して送信されると、速度の不一致により、受信ノードで受信されるデータが失われます。
- これらのタイプの問題を克服するために、レイヤーはフロー制御メカニズムを実行します。
フロー制御プロセスには2つのタイプがあります。
フロー制御を停止して待機します。 このメカニズムでは、データが送信された後に送信者をプッシュして停止し、受信者側から待機して、受信者側で受信されたフレームの確認応答を取得します。 2番目のデータフレームは、最初の確認応答が受信された後にのみメディアを介して送信され、プロセスが続行されます 。
スライドウィンドウ： このプロセスでは、送信者と受信者の両方が、確認応答を交換する必要があるフレーム数を決定します。このプロセスは、フロー制御プロセスで使用されるリソースが少ないため、時間を節約できます。
- このレイヤーは、複数のデバイスへのアクセスを提供し、を使用して衝突することなく同じメディアを介して送信することもできます。 CSMA / CD （キャリアセンスマルチアクセス/衝突検出）プロトコル。
- 同期： データ共有が行われている両方のデバイスは、データ転送がスムーズに行われるように、両端で互いに同期している必要があります。
- レイヤー2スイッチ： レイヤー2スイッチは、マシンの物理アドレス（MACアドレス）に基づいてデータを次のレイヤーに転送するデバイスです。まず、フレームを受信するポートでデバイスのMACアドレスを収集し、後でアドレステーブルからMACアドレスの宛先を学習して、フレームを次のレイヤーの宛先に転送します。宛先ホストアドレスが指定されていない場合は、送信元のアドレスを学習したポートを除くすべてのポートにデータフレームをブロードキャストするだけです。
- 橋： ブリッジは、データリンク層で機能する2ポートデバイスであり、2つのLANネットワークを接続するために使用されます。これに加えて、MACアドレスを学習して不要なデータをフィルタリングし、それを宛先ノードに転送する追加機能を備えたリピーターのように動作します。これは、同じプロトコルで動作するネットワークの接続に使用されます。
＃3）レイヤー3 –ネットワークレイヤー
ネットワーク層は下から3番目の層です。この層には、同じプロトコルまたは異なるプロトコルで動作するネットワーク間ネットワークとイントラネットワークの間で、送信元から宛先ホストへのデータパケットのルーティングを実行する責任があります。
専門性は別として、それが実際に何をしているのかを理解しようとすると？
答えは非常に単純で、ルーティングプロトコル、スイッチング、エラー検出、およびアドレス指定技術を使用してデータを交換するために、送信者と受信者の間で簡単、最短、および時間効率の良い方法を見つけることができます。
- ネットワークの論理ネットワークアドレス指定およびサブネット化設計を使用して、上記のタスクを実行します。同じまたは異なるプロトコルまたは異なるトポロジで動作する2つの異なるネットワークに関係なく、この層の機能は、通信に論理IPアドレスとルーターを使用してパケットを送信元から宛先にルーティングすることです。
- IPアドレス指定： IPアドレスは論理ネットワークアドレスであり、ネットワークホストごとにグローバルに一意の32ビット番号です。これは主に、ネットワークアドレスとホストアドレスの2つの部分で構成されます。通常、4つの数値がドットで分割されたドット付き10進形式で表されます。 例えば、 IPアドレスのドット付き10進表現は192.168.1.1であり、バイナリでは11000000.10101000.00000001.00000001になり、覚えるのが非常に困難です。したがって、通常は最初のものが使用されます。これらの8ビットセクターはオクテットとして知られています。
- ルーター この層で機能し、ネットワーク間およびネットワーク全体のエリアネットワーク（WAN）の通信に使用されます。ネットワーク間でデータパケットを送信するルーターは、パケットがルーティングされる宛先ホストの正確な宛先アドレスを知りません。むしろ、所属するネットワークの場所を知っているだけで、に格納されている情報を使用します。パケットが宛先に配信されるパスを確立するためのルーティングテーブル。パケットが宛先ネットワークに配信された後、その特定のネットワークの目的のホストに配信されます。
- 上記の一連の手順を実行するために、IPアドレスには2つの部分があります。 IPアドレスの最初の部分はネットワークアドレスであり、最後の部分はホストアドレスです。
- 例： IPアドレス192.168.1.1の場合。ネットワークアドレスは192.168.1.0になり、ホストアドレスは0.0.0.1になります。
サブネットマスク： IPアドレスで定義されたネットワークアドレスとホストアドレスは、宛先ホストが同じサブネットワークまたはリモートネットワークのものであるかどうかを判断するのに効率的であるだけではありません。サブネットマスクは32ビットの論理アドレスであり、ルーターがIPアドレスとともに使用して、パケットデータをルーティングする宛先ホストの場所を決定します。
IPアドレスとサブネットマスクを組み合わせて使用する例を以下に示します。
上記の例では、 サブネットマスク255.255.255.0を使用すると、ネットワークIDが192.168.1.0で、ホストアドレスが0.0.0.64であることがわかります。パケットが192.168.1.0サブネットから到着し、宛先アドレスが192.168.1.64の場合、PCはネットワークからパケットを受信し、さらに次のレベルに処理します。
したがって、サブネット化を使用することにより、レイヤー3は2つの異なるサブネット間のインターネットワークも提供します。
IPアドレッシングはコネクションレス型サービスであるため、レイヤ-3はコネクションレス型サービスを提供します。データパケットは、受信者が確認応答を送信するのを待たずに、メディアを介して送信されます。サイズの大きいデータパケットを下位レベルから受信して送信すると、小さなパケットに分割して転送します。
受信側では、元のサイズに再組み立てするため、中程度の負荷が少ないため、スペース効率が高くなります。
＃4）レイヤー4 –トランスポート層
下から4番目の層は、OSI参照モデルのトランスポート層と呼ばれます。
（私） このレイヤーは、ネットワークの2つの異なるホストまたはデバイス間のエンドツーエンドのエラーのない接続を保証します。これは、上位層、つまりアプリケーション層からデータを取得し、それをセグメントと呼ばれる小さなパケットに分割して、宛先ホストにさらに配信するためにネットワーク層にディスペンスする最初のデータです。
これにより、ホスト側で受信されたデータが送信されたのと同じ順序になることが保証されます。これは、サブネットワーク間およびサブネットワーク内の両方のデータセグメントのエンドツーエンドの供給を提供します。ネットワークを介したエンドツーエンドの通信のために、すべてのデバイスにはトランスポートサービスアクセスポイント（TSAP）が装備されており、ポート番号としてもブランド化されています。
ホストは、ポート番号によってリモートネットワークのピアホストを認識します。
（ii） 2つのトランスポート層プロトコルには次のものがあります。
- 伝送制御プロトコル（TCP）
- ユーザーデータグラムプロトコル（UDP）
TCP はコネクション型で信頼性の高いプロトコルです。このプロトコルでは、最初にリモートエンドの2つのホスト間で接続が確立され、次にデータが通信のためにネットワークを介して送信されます。最初のデータパケットが送信されると、受信者は常に送信者が受信したデータまたは受信しなかったデータの確認応答を送信します。
受信者から確認応答を受信した後、2番目のデータパケットがメディアを介して送信されます。また、データが受信される順序をチェックします。そうでない場合、データは再送信されます。この層は、エラー訂正メカニズムとフロー制御を提供します。また、通信用のクライアント/サーバーモデルもサポートしています。
UDP コネクションレス型で信頼性の低いプロトコルです。 2つのホスト間でデータが送信されると、受信側ホストはデータパケットの受信の確認応答を送信しません。したがって、送信者は確認応答を待たずにデータを送信し続けます。
これにより、確認応答を待つために時間を無駄にすることがないため、ネットワーク要件の処理が非常に簡単になります。エンドホストは、コンピューター、電話、タブレットなどの任意のマシンになります。
このタイプのプロトコルは、ビデオストリーミング、オンラインゲーム、ビデオコール、Voice over IPで広く使用されており、ビデオの一部のデータパケットが失われた場合、それほど重要ではなく、あまり影響を与えないため無視できます。それが運ぶ情報については、あまり関連性がありません。
（iii）エラーの検出と制御 ：次の2つの理由により、このレイヤーでエラーチェックが提供されます。
セグメントがリンク上を移動しているときにエラーが発生しなくても、セグメントがルーターのメモリに保存されているときにエラーが発生する可能性があります（キューイング用）。このシナリオでは、データリンク層はエラーを検出できません。
ソースと宛先の間のすべてのリンクがエラーの精査を提供するという保証はありません。リンクの1つが、望ましい結果を提供しないリンク層プロトコルを使用している可能性があります。
エラーチェックと制御に使用される方法は、CRC（巡回冗長検査）とチェックサムです。
CRC ：CRC（Cyclic Redundancy Check）の概念は、データコンポーネントのバイナリ分割に基づいており、残りの部分（CRC）はデータコンポーネントに追加され、受信者に送信されます。受信者は、データコンポーネントを同一の除数で除算します。
余りがゼロになると、データコンポーネントは通過してプロトコルを転送できます。それ以外の場合は、データユニットの送信が歪んでおり、パケットが破棄されたと見なされます。
チェックサムジェネレーターとチェッカー ：この方法では、送信者はチェックサムジェネレータメカニズムを使用します。このメカニズムでは、最初にデータコンポーネントがnビットの等しいセグメントに分割されます。次に、1の補数を使用して、すべてのセグメントが加算されます。
後で、それはもう一度補完し、今ではチェックサムに変わり、データコンポーネントと一緒に送信されます。
例： 16ビットが受信機に送信され、ビットが10000010 00101011である場合、受信機に送信されるチェックサムは10000010 0010101101010000になります。
データユニットを受信すると、受信機はそれをn個の等しいサイズのセグメントに分割します。すべてのセグメントは、1の補数を使用して追加されます。結果はもう一度補完され、結果がゼロの場合、データは受け入れられ、それ以外の場合は破棄されます。
このエラー検出および制御方法により、受信者は、転送中に破損していることが判明した場合はいつでも、元のデータを再構築できます。
＃5）レイヤー5 –セッションレイヤー
このレイヤーにより、異なるプラットフォームのユーザーは、自分たちの間でアクティブな通信セッションをセットアップできます。
このレイヤーの主な機能は、2つの特徴的なアプリケーション間のダイアログで同期を提供することです。同期は、受信側で損失を発生させることなくデータを効率的に配信するために必要です。
例を使ってこれを理解しましょう。
送信者が2000ページを超えるビッグデータファイルを送信していると仮定します。このレイヤーは、ビッグデータファイルの送信中にいくつかのチェックポイントを追加します。 40ページの小さなシーケンスを送信した後、データのシーケンスと正常な確認応答を保証します。
検証に問題がない場合は、最後まで繰り返し続けます。それ以外の場合は、再同期して再送信します。
これにより、データを安全に保つことができ、クラッシュが発生してもデータホスト全体が完全に失われることはありません。また、トークン管理では、大量のデータと同じタイプの2つのネットワークを同時に送信することはできません。
＃6）レイヤー6 –プレゼンテーションレイヤー
名前自体が示すように、プレゼンテーション層は、データを簡単に理解できる形式でエンドユーザーに提示します。したがって、送信者と受信者が使用する通信モードが異なる可能性があるため、このレイヤーが構文を処理します。
2つのシステムが通信のために同じプラットフォーム上にあり、お互いを簡単に理解できるように、トランスレータの役割を果たします。
文字と数字の形式のデータは、レイヤーによって送信される前にビットに分割されます。ネットワークのデータを必要な形式で変換し、電話やPCなどのデバイスのデータを必要な形式で変換します。
このレイヤーは、送信者側でデータの暗号化を実行し、受信者側でデータの復号化も実行します。
また、マルチメディアデータの長さが非常に長く、メディアを介して送信するには多くの帯域幅が必要になるため、送信前にマルチメディアデータのデータ圧縮を実行します。このデータは小さなパケットに圧縮され、受信側で解凍されます。独自の形式でデータの元の長さを取得します。
＃7）トップレイヤー–アプリケーションレイヤー
これは、OSI参照モデルの最上位および7番目の層です。このレイヤーは、エンドユーザーおよびユーザーアプリケーションと通信します。
このレイヤーは、ネットワークを使用するユーザーに直接インターフェイスとアクセスを許可します。ユーザーは、このレイヤーでネットワークに直接アクセスできます。少数 例 このレイヤーによって提供されるサービスには、電子メール、データファイルの共有、Netnumen、Filezilla（ファイル共有に使用）などのFTP GUIベースのソフトウェア、telnetネットワークデバイスなどが含まれます。
すべてのユーザーベースの情報ではなく、ソフトウェアをこのレイヤーに組み込むことができるため、このレイヤーにはあいまいさがあります。
例えば 、設計ソフトウェアをこのレイヤーに直接配置することはできませんが、Webブラウザーを介してアプリケーションにアクセスする場合、WebブラウザーはHTTP（ハイパーテキスト転送プロトコル）を使用しているため、このレイヤーに配置できます。アプリケーション層プロトコル。
EclipseでMavenを使用する方法
したがって、使用するソフトウェアに関係なく、この層で考慮されるのはソフトウェアで使用されるプロトコルです。
アプリケーション層がサービスとその使用法をテストするためのインターフェイスをエンドユーザーに提供するため、ソフトウェアテストプログラムはこの層で機能します。 HTTPプロトコルは主にこの層でのテストに使用されますが、FTP、DNS、TELNETは、それらが動作しているシステムとネットワークの要件に従って使用することもできます。
結論
このチュートリアルから、OSI参照モデルの各層間の機能、役割、相互接続、および関係について学習しました。
下位4層（物理からトランスポートまで）はネットワーク間のデータ転送に使用され、上位3層（セッション、プレゼンテーション、アプリケーション）はホスト間のデータ転送に使用されます。