IT基礎2026.11.14

図でわかる通信のしくみ ― OSI参照モデル・カプセル化・伝送時間

Webページが届くまでに何が起きているのかを、層の図・カプセル化の図・伝送時間のグラフと計算機で整理します。基本情報とCCNAの両方で使う考え方です。

ブラウザで URL を開くと、ページは一瞬で出てきます。その裏では、データがいくつもの「層」を通って運ばれています。この記事では、その流れを図とグラフで見ていきます。基本情報技術者試験でも CCNA でも土台になる考え方です。

通信は「層」に分けて考える

通信の仕事を役割ごとに分けたのがOSI参照モデル（7層）です。実際のインターネットでは、それをまとめたTCP/IP（4層）が使われています。左右の色が同じところが対応しています。

図1　上の層ほど人（アプリ）に近く、下の層ほど電気信号に近い。

覚えるときは「どの層が、どのアドレスを見るか」を軸にすると整理しやすくなります。

層	見るもの	代表的な機器	データの呼び名
L4 トランスポート	ポート番号（どのアプリ宛てか）	—（パソコンの中）	セグメント
L3 ネットワーク	IPアドレス（どのネットワークの、どの機器か）	ルータ	パケット
L2 データリンク	MACアドレス（となりの機器はだれか）	スイッチ	フレーム
L1 物理	電気・光の信号そのもの	ハブ・ケーブル	ビット

送る側では、上の層から下の層へ渡すたびに、その層の情報（ヘッダ）が前に付きます。手紙を封筒に入れ、さらに大きな封筒に入れていくイメージです。これをカプセル化と呼びます。受け取る側は、下の層から順に封筒を開けていきます。

図2　データ本体は変わらず、層を下りるごとに前（と最後に後ろ）へ情報が付く。

最後の FCS は、途中でデータが壊れていないかを確かめるための値です（誤り検出）。ヘッダの分だけ送るデータは増えるので、回線の速さをそのまま全部データに使えるわけではありません。これが次の「伝送効率」につながります。

回線の速さは bps（1秒に何ビット送れるか）で表します。ファイルの大きさはバイトなので、計算するときは 8倍してビットに直すのがポイントです。1GB（= 8,000Mビット）のファイルを送る時間をグラフにしました。

図3　1GBを送る時間（伝送効率100%のとき）。速さが10倍になると時間は1/10。差が大きいので棒の長さは対数で描いています。

伝送時間の公式
時間（秒）＝データ量（バイト）× 8 ÷（回線速度（bps）× 伝送効率）

数字を変えると、すぐに時間が出ます。試験の計算問題の答え合わせにも使えます。

データ量回線速度伝送効率80%

40 秒

答えは自分で考えてから開いてください。問題はこの記事のオリジナルです。

Q1IPアドレスを見て、次にどこへ送るかを決める機器は、OSI参照モデルの第何層で動きますか。

答え：第3層（ネットワーク層）。機器はルータです。

スイッチ（L2）は MAC アドレスで同じネットワークの中を届け、ルータ（L3）は IP アドレスで別のネットワークへ橋渡しします。「どのアドレスを見るか」で層が決まります。

Q2動画のライブ配信で、届かなかったデータを送り直すより、遅れずに流し続けたい。TCP と UDP のどちらが向いていますか。

答え：UDP。

TCP は届いたか確認し、抜けたら送り直すので確実ですが遅れが出ます。UDP は確認をしない分、速くて軽い。少し欠けても止まらないことが大事な通信に向きます。

Q3400MB のファイルを 100Mbps の回線で送ります。伝送効率が 80% のとき、何秒かかりますか。

答え：40秒。

400MB × 8 = 3,200Mビット。実際に使える速さは 100Mbps × 0.8 = 80Mbps。3,200 ÷ 80 = 40秒。「バイトをビットに直す（×8）」と「効率を掛ける」の2つを忘れないのがコツです。

Q4データリンク層で付く「FCS」は何のためのものですか。

答え：届いたフレームが途中で壊れていないかを確かめるため（誤り検出）。

送る側が計算した値を後ろに付け、受け取った側が同じ計算をして比べます。値が合わなければ、そのフレームは壊れているとして捨てます。

付属記事：この記事の図・グラフ・計算機をどうやってコードで作ったかは「この記事のコード解説」で説明しています。