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OSI参照モデルの物理層を分かりやすく解説

2020年04月14日
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はじめに

OSI参照モデルでは、階層が7階層に細分化されています。その7階層の中で物理層の役割について見ていきましょう。

物理層とは

物理層は、OSI参照モデルのレイヤ1(L1)の規格です。コンピュータなどが通信を行う際の変換する方式や電気的な信号に変換したりしています。また、ケーブルの特性などのネットワークに接続する為のハードウェアについての物理的な仕様を規定しています。

  • CHECKポイント
  • データを数字の「0」「1」であるビット列に変換している。
  • ビット列を電気信号に変換して送信している。
物理層とは
図のように、物理層では「0」と「1」のビット列を電気信号に変換して送信します。また、受信した側では電気信号をビット列に変換しています。
図のように、データがコンピュータから送信される際に電気信号になりケーブルに伝ってリピータハブにを経由し更に遠くの受信するコンピュータへ到達します。

この図の物理層はどこかというとすべて物理層と関係があります。コンピュータはビット列を電気信号に、ケーブルは電気信号を運びます。リピータハブは、データを中継することができ、データを更に遠くへ送信することができます。

物理層の主な役割

物理層では、次のような役割を担っています。

通信をおこなう際のケーブルの種類、コネクタ形状などの物理的な要件

通信を行う為にコンピュータにケーブルをつなげたり、無線を利用しています。ケーブルの種類としては、UTP(Unshield Twist Pair)ケーブルや光ケーブル、同軸ケーブル、STP(Shield Twist Pair)ケーブルなどの種類があります。

通信をおこなう際のケーブルの種類、コネクタ形状などの物理的な要件
各種ケーブルの種類

電気や光でのビット転送を行う際のノイズの基準値などを定義

やり取りをするデータは”0”と”1”の数字からなるビット列で処理を行い、“信号”として送信しています。

その他にもケーブルの種類、コネクタの形状、データと電気信号の変換方式などの物理的な仕様を定義していますが、物理層のみで定義されることは少なく、通常はデータリンク層と合わせて定義されることが多いです。

物理層のPDU(protocol data unit)は、ビットになります。

電気や光でのビット転送を行う際のノイズの基準値などを定義
図のように、電気信号を受信したら電気信号からビット列へ変換します。

通信媒体の種類

通信媒体(機器間をつなぐケーブルなどのこと)にも様々な種類があります。ここでは、大きく分類される3つについて見ていきましょう。

光ファイバーケーブル

光は、全反射という現象を利用して送信先に伝えます。ノイズなどの影響を受けにくい為、数キロといおう長距離伝送も可能です。値段も高く、ガラスの繊維でできているため施工時の取り扱いが難しいという欠点があります。

金属ケーブル

主に電圧などの変化を利用して信号を送信先に伝えます。周囲の環境や材質などの影響により波形がゆがみやすいため、長距離の伝送には“リピータ”と呼ばれる信号を増幅させる機器を使用します。

無線

物理的なケーブルを利用せず、電波や赤外線などで送信先に伝えます。周囲の電波状況や障害物などの影響受けます。

物理層で動作する主な機器

物理層で動作する機器として、ハブやリピータなどがあります。

ハブは受信した電気信号をそのまま増幅させ、受信したポート以外の全ポートに送信します。リピータは、ネットワークを延長するための機器で、受信した信号を整形、増幅して中継・転送する機器です。物理的に1本のケーブルでは、減衰などで最大ケーブル長が決まっています。そこで、リピータを使用することで最大ケーブル長以上の距離まで到達させることができるようになります。ハブも同様の動作をしますので「リピータハブ」と呼ばれています。

物理層で動作する主な機器

まとめ(今日の4か条)

  1. 物理層はOSI参照モデルの第1層(L1)に位置しておりPDUは「ビット」となる。
  2. 物理層では、通信を行う際の変換する方式や電気的な信号に変換している。
  3. ケーブルの特性などのネットワークに接続する為のハードウェアについての物理的な仕様を規定しているが、データリンク層と合わせて定義されることが多い。
  4. 物理層で利用される機器は、ハブやリピータがある。
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