物理層とは?

ネットワーク

コンピュータの内部では、情報は「0」と「1」の2進数で取り扱われています。
コンピュータとコンピュータがネットワークを通じて通信するとき、
送信元のコンピュータが「0」と「1」の情報を電気信号や光信号に変換しケーブルに流し込みます。
物理層ではこの”「0」と「1」の情報を電気信号や光信号に変換する”機能が定義されています。
電気信号や光信号がケーブルを伝わって送信先のコンピュータに届きます。
電気信号や光信号のままではコンピュータが理解できません。コンピュータが理解できるように電気信号や光信号を「0」と「1」の情報に変換する(もとに戻す)のも物理層の役割です。

また、コンピュータとコンピュータがネットワーク通じて通信をするときに使用する ネットワークメディアの種類や形状なども物理層で定義されています。

ネットワークメディア

ネットワークメディアとは伝送媒体(情報を伝えるための伝送路)のことです。
有線で通信する場合はツイストペアケーブルや光ファイバケーブル、
無線で通信する場合は赤外線や電波のことです。

有線での通信で、ケーブル上を情報が伝わっていくのはイメージしやすいですね。
一方で、スマートフォンなどのモバイル機器で無線通信を行う際に使用される赤外線や電波もネットワークメディアなのです。

・ツイストペアケーブル
ツイストペアケーブルは8本の電線を2本ずつの組(ペア)にしてより合わせた(ツイストさせた)ケーブルです。
ツイストペアケーブルはシールド処理(線をシールドで覆う処理)がされているかどうかで、UTPとSTPに分類されます。

ツイストペアケーブルの品質は「カテゴリー」で分類されています。
数字が大きいものほど高品質です。
数字が大きいものほど高速な通信で使用されます。

上の図のbpsはBitPerSecond(ビット毎秒)の略で、
1秒間に転送できるビット(Bit)数を表しています。
1ビット(Bit) は「0」と「1」の2進数の1桁のことです。
bpsが大きいほど1秒間に転送できるビット数が多い、つまり高速な通信ができるといえます。

また、 上の図の Mはメガ(Mega)、Gはギガ(Giga)を表しています。
1Mは1,000,000(100万)、
1Gは1,000,000,000(10億)です。
つまり、10Mbpsは 10,000,000bps、10Gbpsは10,000,000,000bpsです。

ツイストペアケーブルは線の並び順によって、ストレートケーブルとクロスケーブルに分類されます。ストレートケーブルとクロスケーブルはケーブルを接続するポート(差込口のことです)の種類によって使い分けます。

ツイストペアケーブルを接続するポートには、MDIポートとMDI-Xポートの2種類があります。
MDIポートは1番目と2番目の線を送信、3番目と6番目の線を受信に使用します。一方、
MDI-Xポートは1番目と2番目の線を受信、3番目と6番目の線を送信に使用します。
下の図のようにMDIポートとMDI-Xポートを接続する際にはストレートケーブルを使用し、
MDIポート同士、MDI-Xポート同士を接続する際はクロスケーブルを使用します。

MDIポートとMDI-Xポートを接続する際にクロスケーブルを使用したり、
MDIポート同士、MDI-Xポート同士を接続する際にストレートケーブルを使用してしまうと、
送信する線と受信する線が一致せず、通信を行うことができないのです。

MDIポートとMDI-Xポートをストレートケーブルで接続
MDIポートとMDIポートをクロスケーブルで接続
MDI-XポートとMDI-Xポートをクロスケーブルで接続

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