物理層

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コンピュータネットワークの7層OSIモデルでは物理層または層1が最初の最下層です。デバイス間の物理接続に最も密接に関連するレイヤー。この層は、 PHYチップ によって実装される場合があります。

物理層は、伝送媒体への電気的、機械的、および手続き的なインターフェースを提供します。電気コネクタの形状と特性、ブロードキャストする周波数、使用するラインコード、および同様の低レベルパラメータは、物理層によって指定されます。

役割

物理層は、ネットワークノードを接続する物理データリンクを介して生のビットのストリーム[2]を送信する手段を定義します。ビットストリームは、コードワードまたはシンボルにグループ化され、伝送媒体を介して送信される物理信号に変換されます。

物理層は、ネットワークの電子回路伝送技術で構成されています。[3]これは、ネットワークの高レベルの機能の基礎となる基本的なレイヤーであり、さまざまな特性を持つ多数の異なるハードウェアテクノロジーを介して実装できます。[4]

OSIモデルのセマンティクス内で、物理層はデータリンク層からの論理通信要求をハードウェア固有の操作に変換して、電子(または他の)信号の送受信を引き起こします。[5] [6]物理層は、論理データパケットの生成を担当する上位層をサポートします

物理シグナリングサブレイヤー

オープンシステム相互接続(OSI)アーキテクチャを使用するネットワークでは、物理シグナリングサブレイヤーは物理レイヤーの一部であり[7] [8]

インターネットプロトコルスイートとの関係

RFC1122およびRFC1123で定義されているインターネットプロトコルスイートは、インターネットおよび同様のネットワークで使用される高レベルのネットワーク記述です。このモデルは物理インターフェイスに直接関係しないため、ハードウェアレベルの仕様とインターフェイスのみを処理するレイヤーは定義されていません。[9] [10]

サービス

物理層によって実行される主な機能とサービスは次のとおりです。物理層は、物理伝送媒体を介してビットごとまたはシンボルごとのデータ配信を実行します。[11]これは、 [12] [13]電気コネクタケーブルの機械的仕様、たとえば最大ケーブル長、伝送線路信号レベルインピーダンスの電気的仕様など、伝送媒体への標準化されたインターフェイスを提供します物理層は、電磁スペクトルを含む電磁両立性に責任があります 周波数配分および信号強度、アナログ帯域幅などの仕様。伝送媒体は、光ファイバを介した電気的または光学的、あるいは自由空間光通信または無線などの無線通信リンクであり得る

ラインコーディングは、データを電気的変動のパターンに変換するために使用されます。電気的変動のパターンは、搬送波または赤外光に変調される場合がありますデータのフローは、同期シリアル通信ではビット同期、非同期シリアル通信スタートストップシグナリングフロー制御で管理されます複数のネットワーク参加者間での伝送媒体の共有は、単純な回線交換または多重化によって処理できます。伝送媒体を共有するためのより複雑な媒体アクセス制御プロトコルは、イーサネットのCarrier-senseマルチアクセスと衝突検出(CSMA / CD) などのキャリアセンス衝突検出。

信頼性と効率を最適化するために、等化トレーニングシーケンスパルス整形などの信号処理技術を使用できます。信頼性をさらに向上させるために 、エラー訂正コードおよび前方誤り訂正[14]を含む技術を適用することができます。

物理層に関連するその他のトピックは次のとおりです。ビットレートポイントツーポイント、マルチポイント、またはポイントツーマルチポイントの回線構成。バスリングメッシュスターネットワークなどの物理ネットワークトポロジシリアルまたはパラレル通信。シンプレックス半二重または全二重伝送モード。オートネゴシエーション[15]

PHY

RTL8201イーサネットPHYチップ
Texas Instruments DP83825-3mm x 3mm 3.3VPHYチップ

「物理層」の略であるPHYネットワークインターフェイスコントローラでOSIモデルの物理層機能を実装するために必要な電子回路であり、通常は集積回路として実装されます。

PHYは、リンク層デバイス(メディアアクセス制御の略語としてMACと呼ばれることが多い)を光ファイバー銅ケーブルなどの物理メディアに接続しますPHYデバイスには通常、物理符号化副層(PCS)と物理媒体依存(PMD)層の両方の機能が含まれています。[16]

-PHYは、特定の物理層プロトコル(M-PHYなど)を参照する短い名前を形成するための接尾辞としても使用できます。

光ファイバ通信用のモジュラートランシーバーSFPファミリーなど)は、PHYチップを補完し、PMAサブレイヤーを形成します。

イーサネット物理トランシーバー

MicrelKS8721CL -3.3Vシングル電源10 / 100BASE-TX / FXMII物理層トランシーバー

イーサネットPHYは、OSIネットワークモデルの物理層で動作するコンポーネントですイーサネットの物理層部分を実装します。その目的は、リンクへのアナログ信号の物理的アクセスを提供することです。これは通常、メディアに依存しないインターフェイス(MII)を使用して、マイクロコントローラーまたは上位層の機能を処理する別のシステムのMACチップに接続します。

より具体的には、イーサネットPHYは、イーサネットフレームのハードウェア送受信機能を実装するチップです。イーサネットのライン変調のアナログドメインとリンク層パケットシグナリングのデジタルドメインの間のインターフェイスです。[17] PHYは通常MACアドレス指定を処理しません。これは、リンク層の仕事だからです。同様に、Wake-on-LANおよびブートROM機能はネットワークインターフェイスカード(NIC)に実装されており、PHY、MAC、およびその他の機能が1つのチップに統合されているか、個別のチップとして統合されている場合があります。

一般的なイーサネットインターフェイスには、ファイバ、またはデータ通信用の2〜4つの銅線ペアが含まれます。ただし、現在、シングルペアイーサネット(SPE)と呼ばれる新しいインターフェイスが存在します。これは、意図した速度で通信しながら、銅線の1つのペアを利用できます。Texas Instruments DP83TD510E [18]は、SPEを使用するPHYの例です。

例としては、MicrosemiSimpliPHYおよびSynchroPHYVSC82xx / 84xx / 85xx / 86xxファミリ、Marvell Alaska 88E1310 / 88E1310S / 88E1318 / 88E1318Sギガビットイーサネットトランシーバ、Texas Instruments DP838xxファミリ[19]、Intel [20]およびICSの製品があります。[21]

その他のアプリケーション

テクノロジー

次のテクノロジーは、物理層サービスを提供します。[22]

も参照してください

参考文献

  1. ^ 「X.225:情報技術–オープンシステム相互接続–コネクション型セッションプロトコル:プロトコル仕様」2021年2月1日にオリジナルからアーカイブされました2021年11月24日取得
  2. ^ ゴーリーフェアハースト(2001-01-01)。「物理層」2009年6月18日にオリジナルからアーカイブされました
  3. ^ Iyengar、Shisharama(2010)。センサーネットワークプログラミングの基礎ワイリー。p。136. ISBN 978-1423902454
  4. ^ 「物理層| InterWorks」InterWorks2011-07-30 2018年8月14日取得
  5. ^ ショー、キース(2018-10-22)。「OSIモデルの説明:7層ネットワークモデルを理解する(そして覚える)方法」ネットワークワールド2019-02-15を取得しました。
  6. ^ 「データ通信およびネットワーク」ResearchGate 2019-02-15を取得しました。
  7. ^ パブリックドメイン この記事に は、一般サービス管理文書「連邦規格1037C」のパブリックドメイン資料が組み込まれています
  8. ^ 「物理シグナリングサブレイヤー(PLS)」2010年12月27日にオリジナルからアーカイブされまし2011年7月29日取得
  9. ^ "rfc1122"datatracker.ietf.org 2021年7月28日取得
  10. ^ "rfc1123"datatracker.ietf.org 2021年7月28日取得
  11. ^ Shekhar、Amar(2016-04-07)。「OSIモデルの物理層:機能とプロトコルの動作」Fossbytes 2019-02-15を取得しました。
  12. ^ Bayliss、Colin R。; ベイリス、コリン; ハーディ、ブライアン(2012-02-14)。送電および配電電気工学エルゼビア。ISBN 9780080969121
  13. ^ 「CCNA認定/物理層-ウィキブックス、オープンワールドのためのオープンブック」en.wikibooks.org 2019-02-15を取得しました。
  14. ^ Bertsekas、Dimitri; ギャラガー、ロバート(1992)。データネットワークプレンティスホール。p。 61ISBN 0-13-200916-1
  15. ^ Forouzan、Behrouz A。; Fegan、Sophia Chung(2007)。データ通信とネットワーキングヒューガメディア。ISBN 9780072967753
  16. ^ Mauricio Arregoces; マウリツィオポルトラーニ(2003)。データセンターの基礎ISBN 97815870502372015年11月18日取得
  17. ^ 「マイクロコントローラー-PHYとMACチップの違いは何ですか-電気工学スタック交換」Electronics.stackexchange.com。2013-07-11 2015年11月18日取得
  18. ^ 「DP83TD510E超低電力802.3cg10Base-T1L 10MシングルペアイーサネットPHY」(PDF)テキサスインスツルメンツ2020年10月12日取得
  19. ^ 「イーサネットPHY」テキサスインスツルメンツ2020年10月12日取得
  20. ^ IntelPHYコントローラーのパンフレット
  21. ^ osuosl.org-ICS1890 10Base-T / 100Base-TX統合PHYceiverデータシート
  22. ^ 「物理層|層1」OSIモデル2021年7月28日取得

外部リンク