L1 物理層（Physical Layer）
電気信号・光信号によるビット伝送
物理層とは
物理層（L1）はOSI参照モデルの最下層で、ビット列を電気信号・光信号・電波に変換して 物理的な媒体（ケーブル、光ファイバー、無線）を通じて伝送します。 0と1のデータを実際に送受信するための物理的な規格を定義します。
物理層の役割
デジタル信号
0と1のビット列
物理信号
電気/光/電波
伝送媒体
ケーブル/光ファイバー
受信側
信号→ビット復元
伝送媒体の種類
ツイストペアケーブル（UTP/STP）
- • Cat5e: 1Gbps、最大100m
- • Cat6: 1Gbps（10Gbpsは55m）、最大100m
- • Cat6a: 10Gbps、最大100m
- • Cat7/8: 10-40Gbps、データセンター向け
一般的なLAN配線で使用。RJ-45コネクタ。
光ファイバー
- • シングルモード（SMF）: 長距離（数十km）、高速
- • マルチモード（MMF）: 短距離（〜550m）、低コスト
電磁干渉なし、高帯域。データセンター間接続に使用。
無線（Wi-Fi）
- • 2.4GHz: 障害物に強い、混雑しやすい
- • 5GHz: 高速、障害物に弱い
- • 6GHz（Wi-Fi 6E）: さらに高速、干渉少ない
物理層のデバイス
リピータ
減衰した信号を増幅・再生成。距離延長に使用。
ハブ
マルチポートリピータ。受信した信号を全ポートに転送（現在はほぼ使用されない）。
メディアコンバータ
異なる媒体間の変換（例：UTP ⇔ 光ファイバー）。
NIC（Network Interface Card）
コンピュータをネットワークに接続。信号の送受信を担当。
SRE/インフラ観点
データセンターでの考慮事項
- • ケーブル管理: ラベリング、経路分離、曲げ半径
- • 冗長化: デュアルパス、異なる経路での配線
- • 速度要件: サーバー間通信は10Gbps以上が標準
- • ToRスイッチ: ラック上部に配置、サーバーとの短距離接続
障害の兆候
- • CRCエラー増加 → ケーブル不良/電磁干渉
- • リンクフラップ → コネクタ接触不良/ケーブル損傷
- • オートネゴシエーション失敗 → 速度/デュプレックス不一致