ネットワーク層とは

コンピュータネットワーキングにおいて、ネットワーク層はプロトコルスタックの一部であり、ネットワークサービスの提供と情報の交換を共同で行います。層の概念はネットワークの動作理解において中心的な役割を果たし、各層が特定の機能を担当する区分けされたアプローチを作り出します。これにより、ネットワーク設計が理解しやすくなり、エラーの特定や修正も容易になります。

ネットワーク層は、データパケットをソースから宛先までルーティングし、これらのパケットの論理的なアドレスを処理し、通信中に発生するエラーを処理する責任を持っています。

ネットワークの基本的な概念

ノード

ネットワークにおいて、ノードとはネットワークに接続されたアクティブな電子デバイスのことであり、通信チャネルを介して情報の作成、受信、転送が可能です。ノードにはコンピュータ、プリンタ、ルータ、スイッチなどのデバイスが含まれます。各ノードは一意のネットワークアドレス（通常はIPアドレスまたはMACアドレス）を持ち、ネットワーク上の他のノードと区別されます。

リンク

リンクとは、ネットワークデバイスやノード間の物理的または無線の接続を指します。これはネットワーク内またはネットワーク間でデータが移動するための媒体です。物理的なリンクの例には、銅ケーブル、ファイバーオプティクス、同軸ケーブルなどがあります。一方、無線リンクは、無線波、赤外線、または衛星伝送を使用します。

パケット

パケットは、ネットワーク上で送信される少量のデータです。インターネット上でデータが一箇所から別の箇所に送信される際、データはパケットと呼ばれるより小さな構造化されたブロックに分割されます。各パケットには、送信元アドレス、宛先アドレス、およびペイロード（転送される実際のデータ）が含まれます。データをパケットに分割することで、効率的なルーティングとデータのネットワーク間転送が可能となります。

プロトコル

プロトコルは、ネットワーク上でのデータ通信を規定する一連のルールです。これらのルールは、フォーマット、タイミング、シーケンス、およびエラーコントロールを定義します。プロトコルは信頼性のある安全なデータ転送を確保します。一般的なプロトコルには、HTTP、FTP、TCP/IP、UDPなどがあります。各プロトコルは特定の目的に設計され、ネットワークモデルの異なる層で動作します。

OSIモデル

Open Systems Interconnection（OSI）モデルは、さまざまなネットワークプロトコルが相互作用し、ネットワークサービスを提供する方法を理解し説明するために使用される概念的なフレームワークです。このモデルは、ネットワーク通信に関連する特定のタスクを持つ7つの層で構成されています。

What is OSI Model?

第7層：アプリケーション層

アプリケーション層はOSIモデルの最上位レベルであり、エンドユーザーにもっとも近いレイヤーです。アプリケーションがネットワークサービスにアクセスしたり、ネットワークサービスの種類にアクセスしたりするためのインタフェースを提供します。これにはファイル転送、電子メール、リモートログイン、ネットワーク管理などが含まれます。

第6層：プレゼンテーション層

プレゼンテーション層は、受信側のアプリケーションが理解できる形式でデータを整形および表示する責任を持ちます。これにはデータの圧縮、伸長、暗号化、復号化などのタスクが含まれます。

第5層：セッション層

セッション層は、各エンドのアプリケーション間の接続を確立し、管理し、終了します。セッション中に条件を設定し、送信エラーを処理し、データの正常な配信を確実にします。

第4層：トランスポート層

トランスポート層は、ソースから宛先へデータをエラーなく配信する責任を持ちます。システムとホスト間のデータのサイズ、シーケンス、および転送を制御します。この層のプロトコル（TCPやUDPなど）は、データフロー制御とエラーチェックに重要です。

第3層：ネットワーク層

ネットワーク層はデータパケットのルーティングを処理します。ネットワークの状況、サービスの優先順位、およびその他の要素に基づいて、データがどの物理的なパスを取るかを決定します。ネットワーク層はネットワークの混雑管理やパケットのシーケンス管理も行います。

第2層：データリンク層

データリンク層は、直接接続された2つのノード間の信頼性のあるリンクを提供し、エラー通知、ネットワークトポロジー、フロー制御を処理します。データリンク層は、論理リンク制御（LLC）層とメディアアクセス制御（MAC）層の2つのサブ層に分割されます。

第1層：物理層

物理層はOSIモデルの最下位層です。この層には、ケーブル、スイッチ、コンピュータ上のネットワークインターフェースカードなど、データ転送に関与する物理的な機器が含まれます。ビットを1台のコンピュータから別のコンピュータに送信する責任を持ち、ネットワークの物理的特性を定義します。

TCP/IPモデル

Transmission Control Protocol/Internet Protocol（TCP/IP）モデル、通称インターネットプロトコルスイートは、インターネット上でデータパケットを送信するために使用されるプロトコルを定義するフレームワークです。

TCP/IPとは

TCP/IPは2つのレイヤープログラムです。上位レイヤであるTransmission Control Protocol（TCP）は、メッセージやファイルを小さなパケットに分割し、それらをインターネット上で送信し、パケットが受信されて元のメッセージに再構築する役割を担っています。下位レイヤであるInternet Protocol（IP）は、各パケットのアドレス部分を処理し、正しい宛先に到達するようにします。ネットワーク上の各ゲートウェイコンピュータは、このアドレスをチェックしてメッセージをどこに転送するかを判断します。

OSIモデルとTCP/IPモデルの比較

TCP/IPモデルはOSIモデルほど明確または包括的ではありませんし、レイヤーも少ないです。TCP/IPモデルの4つの層は次のようにOSIモデルの7つの層に対応します。

• ネットワークインターフェース層（OSIの物理層とデータリンク層に類似）
  この層は同じネットワーク上のデバイス間でのデータ転送に責任を持ちます。

• インターネット層（OSIのネットワーク層に類似）
  この層はパケットのネットワーク内での移動を処理します。

• トランスポート層（OSIのトランスポート層と同じ）
  この層は2つのホスト間のデータフローを提供し、パケットのシーケンス制御、エラーチェック、データの復旧を管理します。

• アプリケーション層（OSIのセッション、プレゼンテーション、アプリケーション層を含む）
  この層はアプリケーションがネットワークサービスにアクセスするのを可能にします。

TCP/IP vs OSI Model – Difference Between Them

両モデルはネットワークの機能やプロトコルを理解するために重要ですが、TCP/IPモデルは直感的な性質を持つため、実用的なアプリケーションでより一般的に使用されています。