OSIモデルとは？

OSIモデルはネットワーク通信の基盤です。このモデルを理解することでネットワークセキュリティ対策が強化される方法を学びましょう。

OSI（オープンシステム相互接続）モデルは、ネットワーク通信を理解するための枠組みです。このガイドでは、OSIモデルの7つの層、それぞれの機能、そしてデータ伝送を可能にするための相互作用について解説します。

ネットワーク構築やトラブルシューティングにおけるOSIモデルの重要性について学びましょう。OSIモデルの理解は、ITプロフェッショナルやネットワーク管理に携わるすべての人にとって不可欠です。

OSIモデルは現代のインターネットより前に存在していました。これは国際標準化機構（ISO）とインターネット技術特別調査委員会（IETF）の共同作業の成果です。これら2つの協力団体は1984年にこれを発表し、1994年に再定義し、2000年に再検討しました。サイバーセキュリティの問題を含むコンピュータネットワークの問題を特定する上で、今でも有用です。

レイヤ7：アプリケーション層

OSIモデルの7つのレイヤのうち、最初のレイヤはレイヤ7、アプリケーション層です。アプリケーション層では、人間や機械のユーザーが、ネットワークサービスにアクセスするアプリケーション向けにデータを作成または入力します。

人間とコンピュータの相互作用は、キーボード、マウス、モニター画面などのヒューマンマシンインターフェース（HMI）を介して、人とグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）またはテキストインターフェースの間で発生します。ただし、電子メールクライアントやウェブブラウザなどのソフトウェア自体は、アプリケーション層の一部ではありません。

データ通信はアプリケーション層から始まります。アプリケーションがネットワークサービスにアクセスする地点で相互作用が始まります。ユーザーがネットワークタスクを実行する際、個人またはソフトウェアがアプリケーションやネットワークと相互作用する。受信側マシンの第7層において、ユーザー（個人またはソフトウェア）はデータファイルを受信または送信する。

オフィスソフトウェアやウェブブラウザなどのアプリケーションは、ネットワークを介してデータを送受信するために第7層のアプリケーションプロトコルを使用する。例としては、ポート80を使用するハイパーテキスト転送プロトコル（HTTP）や、ポート20および21を使用するファイル転送プロトコル（FTP）が挙げられる。

レイヤ 7 攻撃は、分散型サービス拒否攻撃(DDoS)は、ゾンビ（ロボット制御されたマシン）のボットネットを利用し、サーバーに大量のインターネットトラフィックを送り込み、リクエストの過負荷によりサーバーをクラッシュさせます。ゾンビデバイスは、コンピューターやスマートホームデバイスなど、あらゆる接続デバイスになり得ます。ボットネットには数百万から数十億のデバイスが含まれることがあります。

レイヤ6：プレゼンテーション層

この層は、アプリケーション層からのデータを最適なアプリケーション構文に変換します。プレゼンテーション層は送信データを暗号化し、ネットワークの相手側コンピュータで復号します。送信側と受信側のマシンがデータを符号化、暗号化、圧縮する方法を定義します。

受信側コンピュータは、非人間可読形式（NHRF）で受信側マシンが利用できるように、あるいは人間可読形式（HRF）で人間ユーザーが利用できるように、データを解凍、復号、デコードします。NHRFとは、バイナリ、C、Pythonなど、コンピュータのみが理解できる言語を指します。HRFとは、人間が理解できる言語を指します。プレゼンテーション層は、アプリケーション層からのデータを準備し、セッション層を介した伝送に備えます。

第5層、セッション層

セッション層は、ネットワーク通信の両端にあるアプリケーション間の接続と会話を確立、同期化、調整、維持、終了します。ネットワークの両端で通信を行う当事者を認証します。

レイヤ 5 は、通信の相手側からの応答を受信するまでの待機時間または許容遅延を決定します。X.225、RTCP、PPTP など、いくつかのセッション層プロトコルが存在します。ウェブサーフィン用のポート 80 や、25、587、465 などの電子メール用ポートなど、ポートを決定および制御します。

レイヤ 4、トランスポート層

トランスポート層は、セッション層のデータを、セッションの送信側でセグメントに分割します。受信側では、セッション層が利用できるように、セグメントをデータに再構成します。レイヤ4は、伝送制御プロトコル（TCP）やユーザーデータグラムプロトコル（UDP）などの伝送プロトコルを使用してデータを伝送します。

トランスポート層は、受信側がデータを正しく取得したかどうかを確認することで、エラー制御を管理します。エラーなくデータを受信できなかった場合、受信側はデータを再要求します。フロー制御では、受信デバイスの接続速度に合わせたデータ送信レートを管理します。送信データ量、送信先、送信レートの決定を担います。

TCP/IPスイートにおけるTCPは、トランスポート層の代表的な例です。これは、ネットワークに送信される通信が、ネットワーク全体でのデータ伝送を分類および整理するために、伝送制御プロトコル（TCP）ポート番号を選択するプロトコルのセット、つまりプロトコルスタックです。

サイバー攻撃とOSIモデルの間には強い関連性があります。一部の攻撃はソフトウェアやハードウェアを標的としますが、多くの脅威はOSIモデルの異なる層を標的とします。例えばDDoS攻撃は、OSIモデルのレイヤ4とレイヤ3を標的とすることがあります。

レイヤ3：ネットワーク層

ネットワーク層は、セグメントをさらにネットワークデータパケットに分割し、セッションの反対側でそれらを再構築します。物理ネットワーク上で最適な経路を発見し、パケットをルーティングします。ネットワーク層は、IP アドレスを使用して、パケットを宛先ノード（コンピュータ、デバイス）にルーティングします。

レイヤ 3 は、データをネットワーク上に移動します。ネットワーク層プロトコルを使用して、データパケットを、正しいネットワークアドレス情報（インターネットプロトコル（IP）アドレス）とともにパッケージ化します。ネットワーク経路を選択し、パケットをトランスポート層へ転送します。ここでTCP/IPスタックはルーティング用のアドレスを適用します。

OSIモデルに対する別のサイバー攻撃の例として、中間者攻撃（Man-in-the-Middle、MitM）はレイヤ3で発生します。MitM攻撃では、攻撃者が通信を傍受し、データ通信の途中に自らを挿入します。これにより、攻撃者は両端から通信を受信しますが、いずれの端もその差異に気づきません。攻撃者はメッセージを読み取り、そのまま通過させることも、通信内容を変更してから意図した受信者に送信することも可能です。

第2層：データリンク層

データリンク層は、ネットワーク上で物理的に接続された2つのデバイス間の接続を開始および終了します。パケットをフレームに分割し、送信元コンピュータから宛先へ送信します。

プログラムのプロトコルまたはデータリンク層は、ネットワーク内の物理リンクからデータを送受信します。この層は、データフローの速度が送信側・受信側のコンピュータを圧倒してビット伝送エラーを引き起こすことがないよう保証します。

データリンク層には2つのサブ層があります。論理リンク制御（LLC）層はネットワークプロトコルを認識し、追加のエラーチェックを行い、データフレームを同期化して多重化、フロー制御、確認応答を処理し、送信/受信（TX/RX）エラーがあれば上位層に通知します。

その下にはメディアアクセス制御層があり、送信または受信ハードウェアのマシン MAC アドレスを使用してデータフレームを追跡します。この層は、各データフレームを整理し、開始ビットと終了ビットにマークを付け、各フレームが物理層に沿って移動できるタイミングを整理します。

レイヤ 1、物理層

物理層は、電気的、機械的、または手続き的なインターフェースを使用してデータを伝送します。この層は、ネットワークを介してあるデバイスから別のデバイスへコンピュータのビットを送信します。ネットワークへの物理的な接続をどのように設定するか、また、電子的、光学的、あるいは電波を介して移動するビットを、予測可能な信号がどのように表現するかを決定します。

RJ45 イーサネットケーブルなどの物理的なケーブルや、WiFi などの無線接続を使用するのは、物理層です。物理層は、0と1の様々な組み合わせであるバイナリコードの生のデータビットストリームを伝送し、ビットレート制御を管理します。

H2: OSIモデルとの相互運用性の利点OSIモデルとの相互運用性により、各OSI層で動作するセキュリティリスクの特定とサイバーセキュリティソリューションの分析がより容易になります。ネットワーク通信を理解するためのモデルの共通フレームワークにより、組織はセキュリティリスクを特定し監視できます。脆弱性や脅威をOSIレイヤーにマッピングすることで、組織はセキュリティリスクの的を絞った評価を調整し、レイヤーごとの攻撃ベクトルを特定し、適切なソリューションやセキュリティ制御をテスト・追加できます。

OSIフレームワークは、各OSIレイヤーに対応する特定の制御に焦点を当てています。OSIモデルに従うことで得られる可視性により、組織は各ベンダーソリューションが各レイヤーで実装する制御を調査できます。ベンダーが相互運用性のための単一標準に準拠してデバイスを設計する場合、市場はベンダーや製品モデル間の選択肢の利点を見出します。標準化は、顧客がどのベンダーの製品でも選択でき、互換性を期待できることを意味します。選択肢の多様性は、ベンダーが競争を激化させ、より優れた製品を低価格で提供するよう促します。顧客は、他のブランドとの相互運用性と下位互換性が保証されていることを理解した上で、コンポーネントやデバイスの利用を拡張できます。

結論

OSIモデルの各層は、ベンダーに依存しない方法でネットワーク間のデータ転送を理解するのに役立ちます。OSIモデルは、セキュリティリスクの可視化を求める組織に有益であり、ベンダーソリューションやセキュリティ制御を各レイヤーにマッピングして評価する簡単な方法を提供します。

FAQs

OSIモデルの7つの層とは何ですか？

OSIモデルは、ネットワークを介して情報がコンピュータ間でどのように移動するかを考える方法です。通信を7つの明確な層に分割することで、プロセスの一部を個別に検討することが可能になり、全体を一度に把握するよりも容易になります。

OSIモデルを覚えるにはどうすればいいですか？

OSIモデルの7つの層を覚える最も良い方法は、この簡単な記憶術です：「All People Seem To Need Data Processing（すべての人にはデータ処理が必要だ）」。

• A = アプリケーション層
• P = プレゼンテーション層
• S = セッション層
• T = トランスポート層
• N = ネットワーク層
• D = データリンク層
• P = 物理層