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物理層の隠された機能: なぜ物理層がネットワーク運用の基礎となるのか?
コンピュータ ネットワークの 7 層 OSI モデルでは、物理層が最初の層であり、最も低い層です。これは、デバイス間の物理的な接続に最も密接に関連しています。物理層は、伝送媒体への電気的、機械的、およびプログラミング インターフェイスを提供します。このレイヤーは、電気コネクタの形状と特性、伝送周波数、使用されるライン コーディングなどの低レベルのパラメーターを定義する役割を担います。現在、物理層は専用の PHY チップに実装されるか、電子設計自動化 (EDA) の設計モジュールとして実装されることが多いです。
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 ストリームを送信する方法を決定します。
モバイル コンピューティングでは、MIPI Alliance の *-PHY ファミリ相互接続プロトコルが広く使用されています。 OSI モデルの歴史的背景は、インターネット プロトコル スイートとイーサネットと密接に関連しています。これらのテクノロジーは同時期に開発され、初期の頃は同様のアイデアを持っていましたが、抽象化の点で若干の違いがありました。 OSI 抽象化は、インターネット アプリケーションに限定されず、データ通信やコンピューティング エレクトロニクスなど、あらゆる形式のデバイス相互接続に適用できます。
物理層の役割
物理層のコア機能は、接続されたネットワーク ノード間で生のビット ストリームを送信する方法を定義することです。これらのビット 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、信号に変換されてから、伝送媒体を介して送信されます。物理層は、ネットワークの電子回路伝送技術を含み、高レベルの機能をサポートする基本層です。このレイヤーは、さまざまな特性を持つさまざまなハードウェア テクノロジを通じて実装でき、より高レベルの機能のサポートを提供します。
OSI モデルのコンテキストでは、物理層はデータリンク層の論理通信要求をハードウェア固有の操作に変換し、電子信号の送信または受信を実現します。
物理信号サブレイヤー
オープン システム インターコネクション (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、データ リンク レイヤーのメディア アクセス制御 (MAC) サブレイヤーと対話します。このサブレイヤーは、シンボルのエンコード、送信、受信、およびデコードを担当し、電気絶縁機能を実行します。
インターネット プロトコル スイートとの関係
RFC 1122 および RFC 1123 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の高レベルのネットワーク記述です。対照的に、このモデルは物理インターフェー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ースを具体的に扱うレイヤーは定義されません。
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には、ビット単位またはシンボル単位のデータ配信と、伝送媒体への標準化されたインターフェースの提供が含まれます。電気コネクタやケーブルの機械仕様、伝送線路信号の電気仕様などが含まれます。物理層は、電磁スペクトルの割り当てや信号強度の仕様など、電磁両立性を担当します。伝送媒体は電気または光ファイバー、あるいは無線通信リンクです。
物理層は上位層をサポートし、論理パケットの生成を担当します。
データ フロー管理の観点では、物理層はビット同期を実装し、同期シリアル通信と非同期シリアル通信の両方でフロー制御を実行できます。複数のネットワーク参加者による伝送メディアの共有は、単純な回線交換や多重化、またはチャネルをより効率的に管理できるイーサネットのキャリア検知多重アクセス/衝突検出 (CSMA/CD) などのより複雑なメディア アクセス制御プロトコルを通じて行うことができます。
PHY の定義
PHY は「物理層」の略語で、通常は OSI モデルの物理層機能を実装する半導体回路です。 PHY は、リンク層デバイス (多くの場合、Media Access Control の略で MAC と呼ばれます) を光ファイバーや銅線などの物理媒体に接続します。 PHY デバイスには通常、物理コーディング サブレイヤー (PCS) と物理メディア依存 (PMD) レイヤー機能が含まれます。
イーサネットの物理トランシーバー
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。これはイーサネットの物理層部分を実装し、リンクのアナログ信号への物理的なアクセスを提供することを目的としています。通常、システム内のマイクロコントローラまたはその他のメディア独立インターフェイス (MII) とインターフェイスして、より高レベルの機能を処理します。
その他のアプリケーション
無線 LAN または Wi-Fi の場合、PHY セクションには RF、ミックス信号、およびアナログ セクションが含まれ、これらはトランシーバーと呼ばれることもあります。通常、これらの PHY 部分は、システム オン チップ (SOC) 実装のメディア アクセス制御 (MAC) 層と統合されます。同様のワイヤレス アプリケーションには、3G、4G、LTE、5G、WiMAX、UWB などがあります。 USB コントローラの PHY チップは、デジタル部分と変調部分の間のブリッジを提供するために使用されます。
これらのテクノロジーは、専用の PHY 仕様を使用して実装される、無線通信からデータ ストレージ テクノロジーに至るまでの物理層サービスに対するサポートを提供します。物理層はネットワーク全体の基礎となる役割を果たしますが、その内部の仕組みを本当に理解している人はどれくらいいるでしょうか?
