物理層とは？OSI第1層がビットを運ぶ役割としくみを解説

ネットワークの話で出てくる「物理層」は、7つに分けた通信の段のうち、いちばん下にあたります。

いちばん下というのは、ここが動いていないと、その上の段は何ひとつ動かないということです。ケーブルが抜けていれば、どんなに設定を見直しても直りません。

この記事では、物理層が何を運んでいるのか、何を決めているのか、そして「これは物理層の話だ」と見当をつける手がかりまでを、ネットワークが専門ではない方に向けて解説します。

物理層とは？ 0と1をそのまま運ぶ役割

物理層は、0と1の並び（ビット）を、ケーブルの電気や光ファイバーの光、無線の電波に変えて相手に届ける段です。

ここで大事なのは、物理層は中身を一切見ていないということです。運んでいるのがメールなのか動画なのかは分かりませんし、宛先がどこかも判断しません。ただ0と1を、そのままの順番で向こう側へ届けます。

荷物を送る仕事にたとえるなら、実際に道を走って運ぶところです。何が入っているかも、どこの営業所を経由するかも、走っている本人は気にしません。

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物理層が決めている4つのこと

先ほどの原文にある「機械的・電気的・機能的・手続き的」は、そのまま物理層が決めている中身の分類になっています。難しい言葉ですが、身の回りのものに置き換えると分かりやすくなります。

LANケーブルを挿したときに「カチッ」と音がして固定されるのも、挿しただけで通信が始まるのも、この段で決められているからです。メーカーが違っても同じケーブルが使えるのは、ここが世界共通の決めごとになっているおかげです。

どのくらいの速さで送るかも、この段の取り決めに含まれます。仕様表で見かける 1000BASE-T のような規格名が、それにあたります。どの規格で通信できるかはケーブルと機器の両方で決まるので、速度が出ないときの見方は下の記事にまとめてあります。

物理層で使う機器と部品

物理層に属するものを並べると、次のようになります。どれも手で触れるものばかりです。

ここで注目したいのがハブ・中継器です。信号をそのまま流し直すだけで、宛先を見て振り分けることはしません。宛先を見る機器（スイッチングハブなど）は1つ上の段のものなので、同じ「ハブ」でも中身が違います。

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物理層が原因のときに出る症状

物理層は目に見えるものを扱うので、原因を切り分けるときは、まずここから確かめると早いです。次のような出方をします。

共通しているのは、物を動かすと変化する点です。設定を触っていないのに挿し直しただけで直ったなら、まず物理層を疑ってよいことになります（挿し直しは上の段のやり直しも起こすので、必ず物理層が原因とまでは言えません）。

逆に、ランプは点いていて同じ部屋の機器とはつながるのに外に出られない、という場合は、物理層より上の段を見ることになります。

なお、つながってはいるが遅い、という症状はここだけでは決まりません。ケーブルの規格や機器の設定など見るところが複数あるので、下の記事で順に確かめてください。

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まとめ

この記事では、OSI参照モデルのいちばん下にある物理層について解説しました。

• 物理層の役割は、0と1（ビット）を電気・光・電波に変えて運ぶこと
• 中身も宛先も見ない。ただ順番どおりに届けるだけ
• 決めているのは、形（機械的）・信号の強さ（電気的）・ピンの役目（機能的）・手順（手続き的）の4つ
• 物を動かすと変化する症状なら、まずここを疑う

1つ上の段では、届いたビットの並びを区切って、隣の機器を名指しする仕事が始まります。

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この記事で引用した規格の原文は ITU-T 勧告 X.200 で、無料で読めます。