CCNA講座第2回:物理層

この記事は2014年5月2日に書かれたものです。内容が古い可能性がありますのでご注意ください。


CCNA講座第2回:物理層

今回はOSI参照モデルの最下層、第1層目の物理層について説明します。
物理層は名前の通り、最も物理的な接続形式を想定している通信モデルで、ネットワーキングメディアでビット転送を行うための物理的な規定をしています。
例えば、文字「a」を伝えるには1回電気が流れる等を決めています。

「a」を伝えるために電気を1回通しても、どうデータを解析していいか知ってないとただ、電気が1回流れてきただけになりますもんね。
モールス信号を理解をしていない人がみてもただ、光が点滅してるだけですもんね。

そうですね、モールス信号も信号ですのでお互いに理解していないと解読できないですからね。
ちなみにモールス信号のようにON/OFFで考えるのがディジタル信号、連続的な波で考えるのがアナログ信号になります。
今回は信号を伝達する、ネットワーキングメディアについて説明します。  

ネットワーキングメディア

主に3種類ありまして、銅線2種+光ファイバです。
これらには3つの団体が影響力を持っています。IEEEとEIA/TIAとULです。
この団体が規格している3種類のケーブルが
「同軸ケーブル」「ツイストケーブル」「光ファイバケーブル」です。

同軸ケーブル

まず、同軸ケーブルについて説明します。
同軸ケーブルは昔のファミコンを持ってた人ならどんなものかがわかると思います。

ファミコン?確かTVの後ろのアンテナ接続部分に線をつないでたような。

その線が同軸ケーブルです。アンテナ線も同軸ケーブルです。繋いでたのはbncコネクタですね。
この同軸ケーブルの特徴は、堅く、磁場干渉に強いところです。
堅いのは、中の銅線を覆うように、銅または金でできた網目状のシールドと呼ばれる物が施されてます。
このシールドが干渉を防ぎます。干渉が少ないため、長距離の伝達に適しています。
しかし、取り扱いにくいので、現在ではLANケーブルでは使われなくなっています。

確かに、ファミコンをTVに繋ぐのは三色端子に比べたら面倒でしたね。
差し込み口が後ろにしかなくて、TVの裏に回らないといけないですからね
スーパーファミコンから三色端子で差し込み口が前に前にあるだけであんなに楽になるとは。

…まぁ、そんなところです。取扱にくいと分かってもらえれば。
次へいきましょう。

ツイストペアケーブル

次にツイストペアケーブルです。
ツイストペアケーブルは一般的には非シールドツイストペア(Unshielded Twist Pair cable )を使ってます。(略してUTP)
こちらはシールドはなく、代わりに、8本の細い銅線が2本ずつペアに4組あり、それぞれ捻れてます。
ペアで捻らせることによって互いに磁場を打ち消し、干渉を防いでます。これをキャンセレーションといいます。
特徴としては、シールドがないので柔らかく、安価で扱いやすいです。
しかし、キャンセレーションしてるとはいえ、干渉があり、長距離の伝達には適していません。

家で使ってるブロードバンドルータとPC等をつなぐLANケーブルは主にこれですよね?
この間、家で使ってるLANケーブルの外側が破けて、捻じれた銅線が複数出てきたのでこれですよね。
紐が垂れ下がってると、つい引っ掻きたくなるんですよね。

…物は大事に扱いましょう。
次へ行きましょう。

光ファイバーケーブル

最後に光ファイバーケーブルです。
光ファイバーは銅線の代わりに、ガラスで作られています。
ここを光が通っていきます。光ですので磁場干渉は影響しませし、長距離伝達に適し、高速通信が可能です。
しかし、ガラスですので、脆く、扱いにくく、コストがかかります。

電気信号なら現存する銅線を使えましたが、光信号だと現存する同線が使えないですもんね。
新しく光ファイバー這わせるからコストはどうしても高くなりますね。

そうですね、家まで光ファイバーを敷くとコストがかかるので、途中まで同線を使った形態もあります。
3種類のケーブルの特徴をまとめます。

 3種類のケーブルの特徴のまとめ

特徴 同軸 UTP 光ファイバ
干渉 シールドがあるため強い キャンセレーションで防ぐ。だが、弱い 光信号のため、影響なし
値段
敷設 ちょっと難しい 優しい
速度
コネクタ BNCコネクタ RJコネクタ マルチモードコネクタ

ネットワーキングメディアの規格

これらのケーブルは、先ほどのIEEEやEIA/TIAによって標準化されています。

あれ?ULは?

ULは製品の安全性を試験する団体ですので、標準化を行ってるのは上記の2団体になります。
IEEEの規格はこのようになっています。

規格名 ケーブルの種類 備考
10BASE5 同軸 別名:Thicknet(シックネット)
10BASE2 同軸 別名:Thinnet(シンネット)
10BASE-T UTP 最長距離:100m
100BASE-TX UTP 最長距離:100m
1000BASE-T UTP 最長距離:100m
100BASE-FX 光ファイバ 最長距離:マルチモード 412mまたは2Km、シングルモード20Km

1000BASE-SX 光ファイバ 最長距離:マルチモード550m
1000BASE-LX 光ファイバ 最長距離:マルチモード 5Km、シングルモード5Km

規格名は3つの情報が書かれています。一番上の10BASE5を情報別にわけますと
 【10】 【BASE】 【5】 に別れます。
先頭の数字「10」は、データ転送量を示します。単位はMbpsです。1秒間に10Mビットのデータを運べるという意味です。
次に「BASE」、これはデータ伝達方式「ベースバンド伝達」で、ディジタル信号、ON/OFFで信号を送る方式ということです。
最後に「5」や「T」ですがこれは
数字の場合は伝達可能の「最長距離」(単位は100m)
アルファベットの場合「ケーブルのタイプ」になります。
同軸なら最長距離の数字、ツイストペアならT、それ以外のアルファベットなら光ファイバーになります。

10BASE2ですと10Mbpsのベースバンド伝達方式の最長距離200mな意味になるんですね。

失礼、説明してませんでした、2だけは正確には185mになります。
10BASE5は最長距離500mです。

2だけ200mではなく185mなんですね。

理論値では200mらしいのですが、実際は185mだそうで、詳しいことは私もよくわかりません。
次はEIA/TIAの規格を見ていきましょう。
EIA/TIAはUTPをカテゴリというものにわけています。

カテゴリ 特徴
1 電話専用。LANでは使われない。
2 電話専用。LANでは使われない。
3 10Mbps
4 16Mbps
5 100Mbps

このように転送速度でカテゴリを分けています。
今ではカテゴリ7まであり7ですと600Mbpsになります。
上位カテゴリのケーブルを、下位のカテゴリケーブルとして代用可能です。

UTPだけでも転送速度できっちりとわけられてるんですね。

転送速度10Mbpsしかないもので100Mbpsのデータのやり取りは無理ですからね。
以上でネットワーキングメディアの説明を終わります。
次回はネットワーキングデバイスの説明をします。

ありがとうございました。

今回の復習問題

問題1:8本の細い銅線が2本ずつペアに4組あり、それぞれ捻れているケーブルはなにか
・同軸ケーブル     ・ツイストペアケーブル     ・光ファイバーケーブル

問題2:10BASE2の最長伝達距離は何mか
・20m     ・200m     ・185m

問題3:100BASE-TXはカテゴリいくつか
・3     ・4     ・5

(答は次回記事)

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