Network入門 OSI Layer1: 物理層 physical layer

OSIの下には物理的な Architectureがあってレイヤ0とか呼ばれなくもない。

第一層 物理層

「天は人の上に人を造らず人の下に人を造らず」されど罪に応じて人を分けたもうた?

 

物理層は、物理的な特性を表します。

昔は Thick とか Thin とかいう同軸ケーブルなどが定義されていて、イーサネットIIはそこで停止しました。後にIEEEが802.1委員会として互換性を加味した上で拡張を続けたので今の惨状が有ります。

まずはメタルのケーブル。昔は同軸ケーブルのみでした。同一セグメントで185m or 500m。

最近ですと撚り対線(Unshielded Twisted Pair: UTP)長さは基本100m。ただし被服の中で撚ってあるので実際には80m~90m程度。ラック内の立ち上げを考えるとさらに短くなります。コネクタはRJ45。category 3, 5, 5e, 6a, 7と要求仕様がどんどん上がっていきます。

簡易的には1Vなら1。0Vなら0と説明をしたりしますが実態は様々。

  • 10Base2 ThinNet RG-58同軸ケーブル BNCコネクタを使用。Tの字に分岐させた下のほうにPCなどをつないで使えます。
    集線装置なし。185mが基本単位で4リピータ5セグメントと言いながら普通は3セグメントがいいところ。気合いれると925mまで。
  • 10Base5 ThickNet RG-8同軸ケーブル 同軸の外核を斫ってDB15のコネクタをつけて外に伸ばしたり、中継装置込みで最大2500mまでいけます。
    2,17mmの内部導体(core:芯線)と10.3mmの外部導体(Dielectric)が電磁シールドになります。絶縁体としてはポリエチレンが一般的です。
    同軸ケーブル内では電気信号は光の67%の速度で進みます。

10Mbpsの規格ではマンチェスター符号を用い、電圧は+1Vから-1Vへの Hi→Lo と Lo→Hi への変化で”0″,”1″を送ります。複数の端末が同じ同軸バスにつながるので信号の衝突もあり、CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) という形で信号が無いタイミングを見計らって送信、同時に送信が発生した場合、衝突を検知。backoffとして0ms~0.0512ms 衝突のたびに2倍に増やして最大52.4msまで、回数が16回を超えた場合は破棄と今のSLAでは考えられない仕様を持っています。

 

同軸ケーブルは変態的なところまで行くと主たる絶縁体に空気を使ったりします。茨城で見れるはずです。

 

光子も物理の範疇です。波長850nm, 1310nmとか1510nmのナノを緑とか赤と例えたりしますし、TX/RX分離とか有るけども単心でもイケるものもあり。電磁波とかバリバリの工場とかにいいんじゃないかなの割には銅線がそもそも最大100mなので、伸ばしたいときには結局光が頼りです。でも、工事が大変です。

接続コネクタは小型の LC型 や少し大きめの SC型があります。光のDF (Distribution Frame)では、まだSC型もあるそうです。機器側はsfpでLCが多かったり。手配は慎重に。

 

昔は石英を使っていて破片が血管を通って心臓まで行くよと脅されたらしいです。フラッシュを焚いた撮影は禁止とか。ファイバの束に手を突っ込むと曲がりすぎて光がとおらなくなるとかあったらしいです。最近はプラスチックでかなり曲がります。家の光回線はかなり雑に引っ張ってました。

光ファイバは、中心のコア、外側で光を屈折させるクラッド、それを覆う外皮でできています。反射しながら進むので光の速度ではなく、屈折率を割ったものが実速度です。小学生の読み物にすら「ひかりのはやさではありません。」と書かれています。

LANによく使われる Graded Index (GI) , 長距離かつ高速伝送として波長分割多重伝送(Wavelength Division Multiplexing: WDM)に使われるNon Zero Dispersion Shifted single-mode optical Fiber: NZ-DSF)とかが代表

 

シングルモード型
光の伝搬は一つのモードのみだが、長距離の敷設が可能。高速化も可能だとか。

  • 汎用シングルモード型(Single Mode filber: SM)
  • 分散シフトシングルモード型(Dispersion Shifted Fiber: DSF)
  • 非零分散シフトシングルモード型 (Non Zero Dispersion Shifted Fiber: NZ-DSF)

 

 

マルチモード型 (Multi-Mode Fibers :MMF)
コア径50μm / 62.5μm

  • Step Index Multimode (SI) 10m程度の短距離用
  • Multi-step Index (MI)
  • Graded Index (GI) LANでよく使われる

 

PON (Passive Optical Network)というのはまた別途。 

 

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です