目次
基本的な紹介
物理層はネットワークアーキテクチャの最下位層であり、コンピュータに接続された特定の物理機器や信号伝送を担う特定の物理媒体を指すものではなく、上位層（オープンシステムを接続する物理媒体を指す）を指します。 ).データリンク層) は、ビット ストリームを転送するための物理接続。
物理層の主な機能は、サービス ユーザー (つまり、データ リンク層のエンティティ) に、特定の物理メディア上でビット ストリームを「透過的に」送信する機能を提供することです。
物理層の役割-コンピュータネットワークで使用される物理機器、伝送媒体、通信方式の違いを可能な限り遮蔽し、データリンク層が物理機器や伝送媒体の固有の特性を考慮する必要がないようにすること。ただし、考慮する必要があるのは、この層を完成させるプロトコルとプロトコルだけです。
4つの重要な特徴
物理層プロトコルは、特定の物理機器、伝送メディア、および通信手段に関連します。物理層に使用されるプロトコルは、プロトコルとも呼ばれます。物理層のプロトコルの多くは OSI/RM のリリース前に開発されており、OSI用語では説明されていませんでした。物理層によって実装される主な機能は、伝送媒体インターフェイスに関連する4 つの重要な特性としてのみ説明できます。
- 機械的特性:主に物理接続の境界点、つまりコネクタの物理構造を定義します。使用するコネクタの形状やサイズ、ピンやソケットの数や配置、固定具やロック具などをご指定ください。
- 電気的特性:主に物理的な接続の境界点、つまりコネクタの物理的な構造を定義します。使用するコネクタの形状やサイズ、ピンやソケットの数や配置、固定具やロック具などをご指定ください。
- 機能特性:主に、各インターフェイス信号線の正確な機能とそれらの間の動作関係を定義します。
- 手順の特徴 ：主にインターフェースの信号線の相互関係、動作の順序、保守・テスト操作などを規定します。データ通信プロセス中に通信当事者間で発生する可能性のあるさまざまなイベントを反映します。
物理層の共通規格
これはRS-232です
RS-232-C インターフェースの機械的特性
- 25ピンコネクタ（ISO2110準拠）を採用。
- DTE側はピンタイプ(オスプラグ)構造を採用し、DCE側はホールタイプ(メスソケット)構造を採用しています。
- 実際の使用では芯数の少ない9芯コネクタも使用可能です。
RS-232-Cインターフェースの電気的特性
- シングルエンド送信、シングルエンド受信、バイポーラ電源を採用しており、ロジック1レベルは-5V ～-15V、ロジック0レベルは+5V ～+ 15V、遷移ゾーンは-3V ～+ 3Vです。ノイズマージンは2Vです。
- RS-232-CのインターフェースレベルはTTLおよびDTLの出力および入力レベル( 1は2.4V 、0は0.4V )と互換性がないため、レベル変換を行うには外部伝送線ドライバ/レシーバを追加する必要があります。現在使用されている多芯ケーブルの線間容量は150pF /m 、信号線の最大負荷容量は2500pF以下である必要があるため、RS -232-Cの最大伝送距離は15mとなります。実際のデータ転送速度は、伝送距離とチャネル品質に基づいて選択する必要があります。
RS-232-Cインターフェースの機能特性
- 信号線の関数定義を表5-6に示します。信号線は合計 20 本あり、データ ライン( 4 本) 、制御ライン(11 本) 、タイミング ライン(3本) 、グランド ライン(2本)の 4 つのカテゴリに分類できます。残りの 5 つは未定義または独自のものです。
- RS-232-Cインターフェイスにはプライマリ チャネルとセカンダリ チャネルがあります。補助チャネルは、相互接続されたデバイス間で補助制御情報を送信するために使用されます。通常はめったに使用されず、速度はメイン チャネルよりも低くなります。
RS-232-C インターフェイスの手順の特徴
- プロシージャの特性は、各信号線がさまざまな条件下で「オン」（正のレベル、論理 0 ）または「オフ」（負のレベル、論理1 ）状態を示す順序と関係を記述します。たとえば、DTE が伝送ラインにデータを送信したい場合、4 つの制御ラインCC 、CD 、CA 、およびCBがすべて「オン」状態であることを確認する必要があります。つまり、機器と回線の両方が準備完了している必要があります。。
- RS-232-C には多くのユーザー環境で制限があるため、ユーザーは速度の向上、距離の延長、必要な機能の追加 (ループバック テストなど) など、元の機能の改善に熱心です。その結果、EIA は1987 年にバージョンCをバージョンDに改訂し、1991 年にバージョンEに改訂し、 1997 年にバージョンFに改訂しました。各バージョンの改訂はそれほど多くないため、多くのメーカーは依然として元の名前RS-232-C を使用しています。
これはRS-449です
EIA RS-449 は、EIA RS-232-Cを置き換えるために提案された物理層標準インターフェイスです。3つの規格で構成されています。
- RS-449 は、インターフェイスの機械的特性、機能的特性、およびプロセス特性を指定します( V.35と同等)。
- RS-423-A は、不平衡伝送が使用される(つまり、すべての回路が共通のグランドを共有する)場合の電気的特性を指定します。
- RS-422-A は、 平衡伝送が使用される(つまり、すべての回路が共通のグランドを持たない)場合の電気的特性を指定します。
RS-449 インターフェースの機械的特性
- 37 ピン コネクタと 9ピン コネクタを使用し、後者はセカンダリ チャネル動作に使用します。
RS-449インターフェースの電気的特性
- RS-423-A は、差動受信を使用した不平衡電気接続の特性を指定します。信号レベルは±6Vの負論理を採用し、遷移領域は-4 ～+ 4Vです。伝送距離が100mの場合、速度は10kb /s 、距離が10mの場合、速度は300kb /sです。
- RS-422-Aは平衡電気接続特性を使用することを規定しており、信号レベルは±6Vの負論理を採用し、遷移領域は-2 ～+ 2Vです。伝送距離が1000 mの場合、速度は100 kb/sであり、距離が10 mの場合、速度は10 Mb/sに達します。
RS-449インターフェースの機能特性
- 30本の信号線について機能定義を行いました。RS-232-Cと比較して、新しく追加された信号線は主にループバック テストやその他の機能の問題を解決することを目的としています。
- これらの信号ラインには、送信共通リターン ライン(SC) 、受信共通リターン ライン(RC) 、ローカル ループ リターン(LL) 、リモート ループ リターン(RL)およびテスト モード(TM)などが含まれます。
RS-449 インターフェイスの手順の特徴
- RS-232-Cのプロトコル特性を継承しています。
RJ-45
RJ-45 コネクタは、 IEC (60) 603-7標準化コネクタ規格で定義された8コア モジュラー ジャックまたはソケットを指し、RJ-45プラグとも呼ばれます。IEC (60)603-7 は、ISO/IEC 11801国際一般統合ケーブル規格の接続ハードウェアの参照規格です。
RJ-45プラグは、一定方向にのみ挿入でき、自動的に抜け落ちを防止するプラスチック製のコネクタで、通称「クリスタルヘッド」と呼ばれています。
RJ-45 プラグ上のネットワーク ケーブルを分類する 2 つの方法
- T568A ライン シーケンスは、ネットワーク機器が相互接続を必要とする場合に使用されます。いわゆる「クロスオーバー」とは、ネットワーク ケーブルの一端がT568Aライン シーケンスに従って接続され、もう一端がT568Bライン シーケンスに従って接続されることを意味します。クロスコネクトは、2 台のコンピュータ、ハブ、スイッチなどの 2 つのネットワーク デバイスを接続するために使用されます。
- T568B ラインシーケンスは、ネットワーク機器の直接接続に使用されます。ネットワーク ケーブルの両端にはT568Bワイヤ シーケンスが使用されます。パススルー接続は、配線システムのユーザーのワークスペースの壁コンセントからコンピュータへの接続や、 2 つの異なるネットワーク デバイス間の接続に適しています。
RJ-45 の各ネットワーク ケーブルの目的
| 並び順 |
関数 |
並び順 |
関数 |
| 1 |
送信+ |
5 |
必要はありません |
| 2 |
送信- |
6 |
引き継ぐ- |
| 3 |
+を受け取る |
7 |
必要はありません |
| 4 |
必要はありません |
8 |
必要はありません |
知らせ：
- 行の順序を自由に変更することはできません。回線順序が任意に乱れ、1と3が送信に使用され、2と4が受信に使用されると、これらの回線の耐干渉能力が低下し、ネットワークの正常な動作ができなくなります。保証付き。
- コア4および5 は音声サービスに使用できます。
デジタル伝送システム
初期の電話網では、市内局からユーザーの電話機までの加入者線には最も安価なツイストペアケーブルが使用され、長距離幹線には周波数分割多重 FDM というアナログ伝送方式が使用されていました。アナログ通信と比較して、デジタル通信は伝送品質と経済性の点で明らかな利点があります。
現在、長距離幹線の多くは時分割多重TDMというデジタル伝送方式を採用しています。PCM 伝送システムは元々、電話交換機間の幹線で複数の電話呼を伝送するために設計されました。
歴史的な理由により、古いデジタル伝送システムには多くの欠点がありますが、最も重要なのは次の2 つの側面です。
- 速度規格が統一されていない：上位グループのデジタル伝送速度が統一されていない場合、光ファイバーによる国際高速データ伝送の実現が困難になります。
- 通信は同期伝送ではありません。過去の長い間、コストを節約するために、さまざまな国のデジタル ネットワークは主に準同期方式を使用していました。 データ伝送速度が非常に高い場合、送信側と受信側の両方のクロック同期が大きな問題になります。
PCM には相互に互換性のない 2 つの国際標準があります
北米で使用されているT1システムには合計24チャネルがあります。各音声チャネルのサンプリング パルスは7ビットで符号化され、シグナリング シンボルは1 ビットで符号化されるため、1 つの音声チャネルは8ビットを占有します。フレーム同期では、 24ウェイ エンコーディングの後に1ビットが追加されるため、各フレームには193ビットが含まれます。サンプリング周波数は8kHzであるため、T1プライマリ グループのデータ レートは1.544Mb/s です。
ヨーロッパで使用されるE1システムでは、各時分割多重フレーム(その長さT = 125ミリ秒)は32 個の等しいタイム スロットに分割され、CH0 ～CH31の番号が付けられます。CH0はフレーム同期に使用され、CH16はシグナリングの送信に使用されます。残りの30タイム スロットは、ユーザーの音声チャネルとして使用されます。各タイムスロットは8ビットを伝送するため、32タイムスロット全体では合計256ビットになります。サンプリング周波数も8kHzに設定されているため、E1プライマリ グループのデータ レートは2.048Mb/sです。
私たちの国は E1標準を採用しています。日本の 1 次グループはT1を使用しますが、高次グループ用の別の標準セットが確立されています。
より高いデータ速度が必要な場合は、多重化を使用できます。
データ通信システムの効果的かつ信頼性の高い動作を実現するには、システムに優れたパフォーマンスの同期システムが必要です。
同期番号系列が提案される前。過去の長い間、コストを節約するために、各国のデジタル ネットワークでは主に準同期PDH方式が採用されてきました。PDH は、パルス充填法を使用して、周波数の不正確さによって引き起こされるタイミング エラーを補償します。伝送速度が遅い場合には、送受信クロックの多少のずれは大きな影響を与えませんが、データ伝送速度が高速化し続けると、送受信クロックの同期が非常に重要となり、喫緊の課題となります。解決されること。
同期光ネットワーク SONET
1988 年に米国が初めて、SONET (Synchronous Optical Network) と呼ばれる光ファイバー伝送の物理層標準を提案しました。この規格では、同期ネットワーク全体のすべてのレベルのクロックが、± 1 × 10 -11よりも優れた精度を持つセシウム原子時計などの非常に正確なマスター クロックから取得されると規定しています。また、速度、光ファイバーインターフェース、運用および保守についても規定します。
SONETは光ファイバ伝送システムの同期伝送の回線階層構造を規定しており、第1レベルの同期伝送信号STS-1 (Synchronous Transport Signal)の伝送速度は51.84Mb /sである。光信号の場合、第 1 レベルの光搬送波OC-1 (Optical Carrier)と呼ばれます。
シンクロデジタルシリーズ SDH
ITU-T は、1988 年にアメリカの標準規格SONETに基づいて、国際標準の同期デジタル シリーズSDHを開発しました。
一般に、SDHとSONET は同義であると考えられます。主な違いは次のとおりです。SDHの基本レートは 155.52 Mb/s で、第 1レベルの同期伝送モジュールSTM-1と呼ばれ、SONETシステムのOC-3レートに相当します。
SONET/SDH規制
- 標準的な光信号の波長は 1310 nmと 1550 nmです。
- 物理層は、ブロードバンド インターフェイス用のフレーム構造の伝送技術を使用します。たとえば、SDH のフレーム構造はブロック フレームであり、その基本信号はSTM-1 であり、N個のSTM-1を多重化して STM-N を構成できます。SDH は多重化および逆多重化テクノロジーを簡素化し、必要に応じて低速ブランチに直接接続できます。SDH はまた、自己修復ハイブリッド リング ネットワーク構造を採用し、デジタル ハンドオーバー システムDACSと組み合わせることで、通信ネットワークの柔軟性と信頼性を向上させます。
SONET/SDH規格の重要性
- 異なるデジタル伝送システムを STM-1 レベルで統合します。
- デジタル伝送システムの世界標準が初めて実現されました。
- 新世代の理想的な伝送ネットワーク システムとして認識されています。
- SDH 標準は、マイクロ波や衛星伝送システムにも適しています。
ブロードバンドアクセス技術
インターネットの応用がますます普及するにつれて、インターネットを使用するユーザーはますます増えており、当然のことながら、ユーザーはより高速なインターネット速度を要求します。
「ブロードバンド」の統一された定義はありません。通常、次の 3 つの意見があります: ①インターネットへのアクセス速度は56kb/sよりはるかに大きい; ②インターネットへのアクセス速度は1Mb/sより大きい; ③米国のFCCは、双方向速度の合計は200kb/sを超えます。
一般に、これは1 Mb/s を超える伝送速度、非ダイヤルアップ アクセス、24時間接続を備えたネットワーク インフラストラクチャとサービスを指すと考えられています。
ブロードバンド アクセス メディアに関して言えば、ブロードバンド アクセスは、ブロードバンド有線アクセスとブロードバンド無線アクセスの 2 つのカテゴリに分類されます。
ブロードバンド有線アクセス テクノロジーには次のものがあります。
- カテゴリ5/6回線に基づくイーサネットアクセス技術
- 銅線ベースの xDSLテクノロジー
- 光ファイバ/同軸ハイブリッドケーブルによるアクセス技術
- 光ファイバーアクセス技術
カテゴリ5/6回線に基づくイーサネットアクセス技術
- イーサネットは、一般的に使用されるネットワーク テクノロジになりました。ただし、従来のイーサネット テクノロジーはアクセス ネットワークのカテゴリに属さず、ユーザー構内ネットワークの分野に属します。
- イーサネット技術をベースとしたブロードバンドアクセスネットワークは、オフィス側装置とユーザー側装置で構成されます。オフィス側の機器は通常、地域または商業ビル内にあります。ユーザー側の機器は通常、住宅のフロアに設置されます。オフィス側の機器はIPバックボーン ネットワークとのインターフェイスを提供し、ユーザー側の機器はユーザーのコンピュータに接続される10/100 BASE-Tインターフェイスを提供します。オフィス側装置は利用者側装置のネットワーク管理情報や課金を集約する機能を有する
- カテゴリ 5 回線(CAT5) 、帯域幅100MHz 、速度100MB/s 、主に100BASE-Tに使用されます。カテゴリ5eケーブル(CAT5e)は、帯域幅155Mで、主にギガビット イーサネットに使用されます。帯域幅250Mのカテゴリ6ケーブル(CAT6)は、 10ギガビット イーサネットの構築に使用され、将来の開発トレンドです。
- カテゴリ 5/6 回線に基づく高速イーサネット アクセス テクノロジは、特に中国の国情に適しており、FTTZの発展に適しており、ファスト イーサネット(ユーザー エンド レートは10 Mb/sまたは100 Mb)でユーザーに接続します。 /s ) 。
銅線ベースのxDSLテクノロジー
xDSL技術は、デジタル技術を使用して既存のアナログ電話加入者線をブロードバンド サービスを提供できるように変換する技術です。xDSLは、さまざまなデジタル加入者線アクセス技術の総称です。このうち、DSLは Digital Subscriber Line の略称で、文字x はデジタル加入者回線上のさまざまなブロードバンド アクセス ソリューションを示すプレフィックスとして使用されます。
ハイブリッド光ファイバー/同軸ケーブルアクセス技術に基づく
- 光ファイバと同軸のハイブリッド HFCアクセス技術は、アナログおよびデジタル伝送技術、同軸ケーブルおよび光ケーブル技術、および高周波技術を包括的に適用する高度に分散されたアクセス ネットワーク技術です。これは電気通信ネットワークとケーブル TV ネットワークを組み合わせた製品であり、成熟して市場に参入した最初のブロードバンド アクセス技術です。
- CATVテレビ信号の受信に加えて、HFC ネットワークは電話、データ、その他のブロードバンド インタラクティブ サービスも提供します。
- 従来のケーブル TV ネットワーク CATV は、ツリー トポロジを備えた同軸ケーブル ネットワークであり、アナログ技術の周波数分割多重化を使用して TV 番組を一方向に送信します。HFCネットワークはCATVネットワークを変革する必要があります。
HFCアクセス技術に基づく
- HFC ネットワークの利点は、広い周波数帯域を持っていることです。また、すでにかなりの範囲をカバーしているケーブル テレビ ネットワークを利用できるようになります。既存の450 MHz片方向伝送ケーブル TV ネットワークを750 MHz双方向伝送HFCネットワークに変換します。
- HFC ネットワークの欠点は、① ツリー構造を採用しており、セキュリティと機密性が低いこと、② 双方向伝送を採用しており、周波数干渉の問題が無視できないこと、③ HFCネットワークのアップリンク チャネルがすべてのネットワークで共有されていることです。ユーザーとチャネルのアクセス競合が発生する傾向があります。
光ファイバーアクセス技術
- 光ファイバアクセスネットワークとは、アクセスネットワーク内の伝送媒体が光ファイバであるアクセスネットワークを指す。光ファイバ アクセス ネットワークは、アクティブ光ネットワークAONとパッシブ光ネットワークPONの 2 つのカテゴリに分類できます。PON は信頼性が高く、保守が容易で、投資が少ないため、PON構造がよく使用されます。
- 現在、一般的な PON構造は 2 つあります。1つはイーサネット パッシブ光ネットワークEPONで、標準は802.3ahです。EPON は、リンク層でイーサネット プロトコルを使用し、PONトポロジを使用してイーサネット アクセスを実現します。利点は、既存のイーサネットとの良好な互換性、低コスト、強力な拡張性、容易な管理です。もう 1 つはギガビット パッシブ光ネットワークGPONで、規格はITU-T G.984です。ユニバーサルパッケージ方式を採用し、多様なサービスを搭載でき、サービス品質を保証できる、大きな可能性を秘めた広帯域光ファイバアクセス技術です。