(Translated by https://www.hiragana.jp/)
物理層 - Wikipedia コンテンツにスキップ

物wù理lĭ層céng

出chū典diăn: フリー百baĭ科kē事shì典diăn『ウィキペディア（Wikipedia）』
OSI参cān照zhaòモデル
7.  アプリケーション層céng
6.  プレゼンテーション層céng
5.  セッション層céng
4.  トランスポート層céng
3.  ネットワーク層céng
2.  データリンク層céng
1.  物wù理lĭ層céng

物wù理lĭ層céng（ぶつりそう、英yīng: physical layer）は、OSI参cān照zhaòモデルにおける第dì一yī層céng。機jī器qì間jiānの接jiē続xùにおいて、ケーブルや電diàn磁cí波bōなどの伝yún送sòng媒meí体tĭ上shàngで電diàn気qì信xìn号haòや光guāng信xìn号haòの形xíngでデータを送sòng受shoùするための方fāng法făや手shoŭ順shùnが規guī定dìngされる。

物wù理lĭ層céngでは上shàng位weì層céngが要yaò求qiúする仕shì様yàngを満mănたすような物wù理lĭ現xiàn象xiàngがあることを前qián提tíとしている。実shí装zhuāng可kě能néngな物wù理lĭ層céngの仕shì様yàngは利lì用yòngする物wù理lĭ現xiàn象xiàngにより制zhì約yuēされ、その制zhì約yuēを超chaōえた通tōng信xìnを行xíngうことはできない。

概gaì要yaò

[編biān集jí]

物wù理lĭ層céngは、NICやネットワークスイッチなどの機jī器qìにおいて、データを生shēngの物wù理lĭ量liàngの形xíng式shìで伝yún送sòng媒meí体tĭに送sòng受shoùする処chŭ理lĭを受shoùけ持chíつ。TCP/IPではリンク層céngに相xiāng当dāngし、代daì表biaŏ的deな実shí装zhuāngにイーサネットがある。物wù理lĭ層céngレベルの処chŭ理lĭを行xíngう機jī器qìとしてモデムやDSU・ONUがあり、LAN間jiān接jiē続xùではリピータやリピータハブがある。

物wù理lĭ層céngの主zhŭな機jī能néng・役yì割gēには以yĭ下xiàのものがある。

物wù理lĭ現xiàn象xiàngに適shìした伝yún送sòng媒meí体tĭの利lì用yòng
電diàn気qì通tōng信xìnのために銅tóng線xiànなどの導daŏ体tĭが、光guāng通tōng信xìnのために光guāngファイバが、無wú線xiàn通tōng信xìnのために自zì由yoú空kōng間jiān上shàngの光guāng・電diàn磁cí波bōなどが利lì用yòngされる。異yìなる伝yún送sòng媒meí体tĭをサポートするために挿chā抜bá可kě能néngなトランシーバモジュールを利lì用yòngできる機jī器qìもある。
伝yún送sòng媒meí体tĭに適shìしたデータ送sòng受shoù[1]
一yī般bānに伝yún送sòng路lù符fú号haòを用yòngいてデータを適shì切qiēなタイミングの電diàn気qì信xìn号haòパターンに変biàn換huànし、この符fú号haò形xíng式shìでビットまたはシンボルごとに送sòng受shoùする。電diàn気qì信xìn号haòは搬bān送sòng波bōや赤chì外waì光guāngに変biàn調diaòした形xíngで光guāng通tōng信xìnや無wú線xiàn通tōng信xìnを実shí現xiànできる。信xìn号haòの送sòng受shoùには伝yún送sòng路lùの数shùに応yīngじてシリアル通tōng信xìn・パラレル通tōng信xìnの方fāng式shìがある。
機jī器qì間jiānの接jiē続xù互hù換huàn性xìngの保baŏ証zhèng
伝yún送sòng媒meí体tĭはケーブル・コネクタ・アンテナなどから構goù成chéngされ、その機jī械xiè的de仕shì様yàngとして最zuì大dà距jù離lí長cháng・コネクタ形xíng状zhuàng・ピン配peì置zhìなどが、電diàn気qì的de仕shì様yàngとして信xìn号haò強qiáng度dù・インピーダンス・信xìn号haò周zhoū波bō数shù・伝yún送sòng速sù度dùなどが共gòng通tōng化huàされている[2][3]。イーサネットでは異yìなる複fù数shùの伝yún送sòng速sù度dùのプロトコルを機jī器qì間jiānで事shì前qián共gòng有yoŭするオートネゴシエーション機jī能néngがある[4]。
複fù数shùの機jī器qìによる伝yún送sòng媒meí体tĭの共gòng有yoŭ
回huí線xiàn共gòng有yoŭの接jiē続xù形xíng態taìはポイントツーポイント、マルチポイント、ポイント・ツー・マルチポイント通tōng信xìnがあり、より広guăng範fànにはネットワークトポロジにおいてバス型xíng・スター型xíngなどと分fēn類leìされる。複fù数shùの端duān末mòからの同tóng時shíアクセスを実shí現xiànするために回huí線xiàn切qiē替tìで処chŭ理lĭしたり、エコー除chú去qùやWDMなどで多duō重zhòng化huàしたりする。特tèに機jī器qì間jiānの双shuāng方fāng向xiàng通tōng信xìnでは送sòng受shoù切qiē替tìする方fāng式shìを半bàn二èr重zhòng通tōng信xìn、送sòng受shoù同tóng時shí処chŭ理lĭするものを全quán二èr重zhòng通tōng信xìnと呼hūぶ。方fāng式shìによってはCSMA/CD・CSMA/CAのように第dì二èr層céngにあたるデータリンク層céngで処chŭ理lĭする場cháng合héもある。
通tōng信xìnの信xìn頼laì性xìngと伝yún送sòng効xiaò率lwの向xiàng上shàng
イコライザ、フィルタ、クロック・データ・リカバリなどの信xìn号haò処chŭ理lĭや、さらなる信xìn頼laì性xìng向xiàng上shàngのために誤wùり検jiăn出chū訂dìng正zhèngなどを適shì用yòngすることもある[5]。

副fù層céng

[編biān集jí]

ITU-T G.9960では、物wù理lĭ層céngをさらに階jiē層céng構goù造zaòに分fēnけて、以yĭ下xiàのような副fù層céng(サブレイヤ)を設shèけている[6]。

副fù層céng 送sòng信xìn側cè(下xià方fāng向xiàng)の動dòng作zuò 受shoù信xìn側cè(上shàng方fāng向xiàng)の動dòng作zuò
PCS (Physical Coding Sublayer, 符fú号haò化huà層céng) 上shàng層céngのMII信xìn号haòを符fú号haò化huàして下xià層céngのPMAに引yĭnき渡dùす 下xià層céngのPMAの読dúみ取qŭり値zhíから元yuánデータを復fù号haòする、半bàn二èr重zhòng動dòng作zuò時shíに衝chōng突tū検jiăn出chūする
PMA (Physical Medium Attachment, 媒meí体tĭ接jiē続xù部bù) 上shàng層céngのPCSの符fú号haòを電diàn気qì信xìn号haòとして下xià層céngのPMDやMDIに出chū力lìする 下xià層céngのMDIやPMDの電diàn気qì信xìn号haòをクロック検jiăn出chū・数shù値zhí変biàn換huànして上shàng層céngのPCSに引yĭnき渡dùす
PMD (Physical Medium Dependent, 媒meí体tĭ依yī存cún部bù) 上shàng層céngのPMAからの電diàn気qì信xìn号haòを別biéの物wù理lĭ信xìn号haò(光guāngなど)として出chū力lìする 物wù理lĭ信xìn号haò(光guāngなど)を検jiăn出chūし電diàn気qì信xìn号haòに変biàn換huànする
ITU-T G.hn(ホームネットワーク)で提tí案ànされたプロトコルスタック

これらの実shí装zhuāngは各gè種zhŏng通tōng信xìn規guī格géによって異yìなる。以yĭ下xiàでは例lìとしてイーサネットの物wù理lĭ層céng規guī格géについて記jì述shùする。

LANケーブル規guī格gé

[編biān集jí]

LANケーブル規guī格géでは多duōくの場cháng合hé、PCS・PMAの2層céngと、さらにその下xià層céngにオートネゴシエーション処chŭ理lĭ層céngが設shèけられる[7]。

  • 1000BASE-TのPCSでは、GMII経jīng由yoúで入rùってきた8ビットデータを五wŭ進jìn数shù4桁héng(PAM5シンボル4個gè)に変biàn換huànしてPMAに引yĭnき渡dùす[8]。
  • 2.5G/5G/10GBASE-TのPCSでは、XGMII経jīng由yoúで入rùってきた64ビットデータ50個gè分fēnを、十shí六liù進jìn数shù1024桁héng(PAM16シンボル1024個gè)に変biàn換huànしてPMAに引yĭnき渡dùす[9]。
  • 10メガビットイーサネットでは、PCSに相xiāng当dāngするマンチェスタ符fú号haò処chŭ理lĭ部bùをPLS (Physical Signaling)と呼hūんでいた[10]。
  • PMAでは、上shàng記jìシンボルを電diàn気qì信xìn号haòとして適shì切qiēな電diàn圧yāレベルで4対duì並bìng列lièに入rù出chū力lìする。また、EEEのタイミング制zhì御yùなども行xíngう[11]。
  • オートネゴシエーション処chŭ理lĭ層céngでは、接jiē続xù時shíに対duì応yīng通tōng信xìn速sù度dùなどを情qíng報baò交jiaō換huànする信xìn号haòを送sòng受shoùし、一yī致zhìが見jiànられたときのみ以yĭ降jiàngの主zhŭ信xìn号haòをPMAに引yĭnき渡dùす[12]。

光guāngファイバ規guī格gé

[編biān集jí]

光guāngファイバ規guī格géでは、PCS・PMA・PMDの3層céngが設shèけられる[13][14]。

  • PCSでは、8b/10b変biàn換huànや64b/66b変biàn換huànなどが行xíngわれ、さらに1000BASE-Xではここでオートネゴシエーションの処chŭ理lĭも行xíngう。
  • 10GBASE-WではPMA-PCS間jiānにWIS層céngがあり、ここでSONET/SDH用yòngの処chŭ理lĭとしてスクランブルが行xíngわれる[15]。
  • 25Gbps以yĭ上shàngの通tōng信xìnではPMA-PCS間jiānにFEC層céngがある場cháng合héがあり、ここで誤wùり訂dìng正zhèngが行xíngわれる[14]。
  • PMAでは、PCSから来laíた変biàn換huànデータをシリアル電diàn気qì信xìn号haòとしてPMDに出chū力lìしたり、PMDから来laíたシリアル電diàn気qì信xìn号haòを読dúみ取qŭってPCSに引yĭnき渡dùしたりする(SerDes)[16]。
  • PMDでは、主zhŭにSFPなどの光guāngトランシーバとして実shí装zhuāngされ、ファイバ上shàngの光guāng信xìn号haòと基jī板băn上shàngの電diàn気qì信xìn号haòを相xiāng互hù変biàn換huànする。

PHY

[編biān集jí]
RTL8201イーサネットPHYチップ

物wù理lĭ層céngの機jī能néngを実shí装zhuāngするために必bì要yaòな回huí路lùやデバイス部bù品pĭnのことを特tèにPHY (ファイ、physical layerの略lWè)と呼hūぶ。第dì二èr層céngにあたるMAC (データリンク層céngデバイス) はPHYを介jièして伝yún送sòng媒meí体tĭに接jiē続xùする。

イーサネットPHY

[編biān集jí]
Micrel KS8721CL - 3.3V単dān一yī電diàn源yuán10/100BASE-TX/FX MII物wù理lĭ層céngトランシーバ

イーサネット機jī器qìの物wù理lĭ層céngの実shí装zhuāngとしてコンポーネント部bù品pĭnとしたPHYは、MACへの物wù理lĭ的deなアナログ接jiē続xùを目mù的deとする。通tōng常cháng、MII チップと組zŭみ合héわせて用yòngいるか、上shàng位weì層céngの機jī能néngを引yĭnき受shoùけるマイクロコントローラと接jiē続xùする。イーサネットPHYは通tōng常cháng、PCSとPMAの両liăng方fāngの機jī能néngを含hánむ[17]。

より具jù体tĭ的de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sòng受shoù信xìn機jī能néngを実shí装zhuāngするチップであり、イーサネット物wù理lĭ層céng（アナログ部bù分fēn）とデータリンク層céngのパケット処chŭ理lĭ（デジタル部bù分fēn）とを仲zhòng介jièする[18]。MACアドレスの処chŭ理lĭはデータリンク層céngの受shoùけ持chíちであるため、通tōng常chángPHYでは処chŭ理lĭしない。同tóng様yàngに、Wake-on-LAN機jī能néngやブートROM（英yīng語yŭ版băn）機jī能néngはネットワークカード (NIC) に実shí装zhuāngされているが、PHYとMACで機jī能néng的deに1つのチップに統tŏng合héすることも、別bié々のチップに分fēnけることもできる。

主zhŭな製zhì品pĭnに以yĭ下xiàのものがある。

その他tāのPHY

[編biān集jí]
無wú線xiànLAN・Wi-Fi
PHYは、トランシーバとデジタルベースバンド部bùから構goù成chéngされる。トランシーバはRF（無wú線xiàn）、信xìn号haò合hé成chéng、アナログ部bùからなる。デジタルベースバンド部bùは、デジタルシグナルプロセッサ (DSP) および伝yún送sòng路lù符fú号haò化huàを含hánむ通tōng信xìnアルゴリズム処chŭ理lĭを行xíngう。これらのPHY部bù分fēnは、System-on-a-chip (SOC) 実shí装zhuāngにおいてMAC層céngと統tŏng合héされることが一yī般bān的deである。
USB
PHYチップは、ホストや組zŭみ込みシステムのほとんどのUSBコントローラに統tŏng合héされており、インターフェースのデジタル部bù分fēnと変biàn調diaò部bù分fēnの間jiānの橋qiaó渡dùしをする。
IrDA
IrDAの仕shì様yàngには、データ転zhuăn送sòngの物wù理lĭ層céngに関guānするIrPHY仕shì様yàngがある。
シリアルATA (SATA)
VIA Technologies VT6421などのシリアルATAコントローラはPHYを使shĭ用yòngする。

主zhŭな物wù理lĭ層céngの実shí装zhuāng

[編biān集jí]

電diàn気qì通tōng信xìnネットワーク

[編biān集jí]

小xiaŏ規guī模móな電diàn気qìインタフェイス

[編biān集jí]

光guāng通tōng信xìnネットワーク

[編biān集jí]

無wú線xiàn通tōng信xìn

[編biān集jí]

出chū典diăn

[編biān集jí]
  1. ^ Shekhar, Amar (2016年nián4月yuè7日rì). “Physical Layer Of OSI Model: Working Functionalities and Protocols” (英yīng語yŭ). Fossbytes. 2019年nián2月yuè15日rì閲yuè覧lăn。
  2. ^ Bayliss, Colin R.; Bayliss, Colin; Hardy, Brian (2012-02-14) (英yīng語yŭ). Transmission and Distribution Electrical Engineering. Elsevier. ISBN 9780080969121. https://books.google.com/books?id=cLwO-Hh6_VEC&q=The+physical+layer+Providing+a+standardized+interface+to+a+physical+transmission+medium,+including++Mechanical+specification+of+electrical+connectors+and+cables,+for+example+maximum+cable+length+Electrical+specification+of+transmission+line+signal+level+and+impedance+Radio+interface,+including+electromagnetic+spectrum+frequency+allocation+and+specification+of+signal+strength,+analog+bandwidth,+etc.+Specifications+for+IR+over+optical+fiber+or+a+wireless+IR+communication+link 
  3. ^ “CCNA Certification/Physical Layer - Wikibooks, open books for an open world”. en.wikibooks.org. 2019年nián2月yuè15日rì閲yuè覧lăn。
  4. ^ Forouzan, Behrouz A.; Fegan, Sophia Chung (2007) (英yīng語yŭ). Data Communications and Networking. Huga Media. ISBN 9780072967753. https://books.google.com/books?id=bwUNZvJbEeQC&q=The+physical+layer+is+also+concerned+with:++Bit+rate+Point-to-point,+multipoint+or+point-to-multipoint+line+configuration+Physical+network+topology,+for+example+bus,+ring,+mesh+or+star+network+Serial+or+parallel+communication+Simplex,+half+duplex+or+full+duplex+transmission+mode+Autonegotiation 
  5. ^ Bertsekas, Dimitri; Gallager, Robert (1992). Data Networks. Prentice Hall. p. 61. ISBN 0-13-200916-1. https://archive.org/details/isbn_9780132009164 
  6. ^ ITU-T G.9960: Unified high-speed wire-line based home networking transceivers - Foundation. (2009-10). p. 24. https://www.itu.int/rec/dologin_pub.asp?lang=s&id=T-REC-G.9960-200910-T!!PDF-E&type=items 
  7. ^ IEEE 802.3-2022, Figure 21-1, 28-2, 40-1, 55-1, 113-1, 126-1
  8. ^ IEEE 802.3-2022, Figure 21-1, 40-1, 55-1, 113-1, 126-1
  9. ^ 55.3.2.2 PCS Transmit function
  10. ^ IEEE 802.3-2022, Clause 6. Physical Signaling (PLS) service specifications
  11. ^ Clause 40.4 Physical Medium Attachment (PMA) sublayer, Clause 55.4 Physical Medium Attachment (PMA) sublayer
  12. ^ Clause 28.1 Overview
  13. ^ Figure 36-1, 44-1
  14. ^ a b Figure 80-1, 105-1, 116-1, 131-1, 157-1
  15. ^ 50.1 Overview
  16. ^ IEEE 802.3-2022, Clause 36.1.4.2 Physical Medium Attachment (PMA) sublayer, Clause 51.3 Functions within the PMA
  17. ^ “Data Center Fundamentals”. Books.google.com. 2015年nián11月yuè18日rì閲yuè覧lăn。
  18. ^ “microcontroller - what is the difference between PHY and MAC chip - Electrical Engineering Stack Exchange”. Electronics.stackexchange.com (2013年nián7月yuè11日rì). 2015年nián11月yuè18日rì閲yuè覧lăn。
  19. ^ “Ethernet PHYs”. Texas Instruments. 2020年nián10月yuè12日rì閲yuè覧lăn。
  20. ^ Intel PHY controllers brochure
  21. ^ osuosl.org - ICS1890 10Base-T/100Base-TX Integrated PHYceiver datasheet

関guān連lián項xiàng目mù

[編biān集jí]
「https://ja.wikipedia.org/w/index.php?title=物wù理lĭ層céng&oldid=98606731」から取qŭ得dé