ネットワーク層とは　~OSI参照モデル第3層~

はじめに

コンピュータネットワークの基盤を支える重要な概念の1つにOSI参照モデルがあります。

このモデルは、通信プロトコルを7つの階層に分け、各階層が特定の役割を担っています。

今回はその中から、ネットワーク層に着目していきます。

ネットワーク層の主な役割は、異なるネットワーク間でのデータパケットのルーティングと転送です。

データが送信元から目的地の送信先まで最適な経路を通って届ける役割です。
ネットワーク層は以下のような機能を持ち合わせています。　

ネットワーク層の中でも重要なのがIPアドレスとルーティングです。

IPアドレスは、インターネットプロトコル(IP)を使用してネットワーク上のデバイスを識別するための一意の番号です。

IPアドレスにはIPv4とIPv6の2種類があります。

IPv4
32bitのアドレスで、通常は「192.168.11.1」のようにどっとで区切られた4つの10進数で表されます。
　
IPv4アドレスは約43億個のアドレス空間を提供します。

IPv6
現代は多くのデバイスにIPアドレス不要する必要性が出てきて、43億個のアドレスでも足りなくなった影響で登場したのがIPv6です。
　
IPv6は128bitのアドレスで、「2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334」
の様に区切られた8つの16進数で表されます。
　
事実上無限に近いアドレス空間を提供できます。

ルーティングは、データパケットが最適な経路を通って目的地に到達するためのプロセスです。
ルータと呼ばれるネットワークデバイスが、ネットワーク内外の経路を管理します。

ルーティングには静的ルーティングと動的ルーティングの2種類が存在します。

静的ルーティング
ネットワーク管理者が手動でルートを設定する方法で、小規模なネットワークに適しています。
　
しかし、ネットワークが大きくなると管理が難しくなるため、そんな時使えるのが動的ルーティングです。
　
動的ルーティング
ルータが自動的に経路を選択する方法です。
　
ルーティングプロトコル(例：RIP,OSPF,BGP等)を使用することで、ネットワーク内の最適な経路を見つけることができます。

ネットワーク層にはいくつか重要なプロトコルがあり、最も重要なのインターネットプロトコル(IP)ですが、他にも様々なプロトコルがあります。

IP(Internet Protocol)
ネットワーク上のデバイスがデータを互いに送受信するためのルールを定めた通信プロトコルです。
　
主に、デバイスのアドレッシングとデータパケットのルーティングを行います。
　
ICMP(Internet Control Message Protocol)
エラーメッセージやネットワーク診断を行うためのプロトコルです。
　
ARP(Address Resolution Protocol)
IPアドレスを物理アドレス（MACアドレス）に変換するためのプロトコルです。
RARP(Reverse ARP)
物理アドレスからIPアドレスを取得するためのプロトコルです。