はじめての Ethernet(PHYデバイス)

Ethernet製品をはじめて使う、ご検討いただくお客様を対象として、EthernetとPHYデバイスの特長について説明しております。

世の中はネットワーク社会

インターネットの普及により情報ネットワークが世界的に広がり、さまざまなやり取りができるようになりました。スマートフォン、タブレットの普及で4G、5G、WiFiで、どこでも手軽に通信できるようになり、IoT(Internet of Things)では端末からネットワークを介して、多くの情報を手に入れることができます。さらにAIやクラウドの進化によって、ユーザがソフトウェア(SW)やデータの物理的な保存場所(サーバの設置場所)を意識することなく利用できる環境が整い、多くの分野でネットワークが活用されるようになりました。

今回は、サーバでも使用される有線通信の一つであるEthernetとそれを構成するPHYデバイスについて紹介します。

Ethernetとは?

ビル内や事務所内にあるコンピュータ、コピー機(プリンタやスキャナ機能を搭載)、サーバなどの電子機器をケーブルでつないで通信する構内通信網(有線で結ぶLAN:Local Area Network)の一つです。これは世界中で最も普及している規格の一つで、IEEE802.3で定義されています。

Ethernet製品はこんなところに使われています

パソコンで使用しているイメージが強いですが、実はさまざまな分野で使用されています。

なぜいろいろな機器がつながるの?

普段はケーブルをつなぐだけで機器間での通信ができていますが、 みなさんは「なぜ異なる機器間での通信が、こんなにも簡単に可能なのか」 をご存知でしょうか。
通信伝送が一致しても、アプリケーション毎の固有な設定や文字コードやデータ表現を機器毎に異なっていると通信ができません。

そこでこれらを整理し、共通ルールとしてISO(国際標準化機構)で作られたのが、OSI(Open System Interconnection)参照モデルです。 全部で7階層に分けられ、通信に必要なルールをハードウェア(HW)の物理的な役割から、ソフトウェアのアプリ的な役割までを規定しています。 この中でHWにかかわる部分は、下から2層で規定されおり、今回説明するPHYデバイスの「PHY」は、OSI参照モデルにおける最下層の物理層(PHYsical layer)の略から名付けられています。

それでは、PHYデバイスを中心にもう少し詳しくHW構成を見ていきましょう。

PHYデバイスを使ったEthernetのHW構成は?

EthernetのHW構成は下図のように大きく5つに分類できます。

  1. LANケーブル
    • 通信速度でカテゴリ分けされています。
  2. RJ-45
    • Ethernetのコネクタです。
  3. パルストランス
    • 外側からの電気の直接的な流れ込みを防ぎ、機器内部の回路を守る役割を担っています。
  4. PHY:Physical
    • ケーブル側のアナログ信号とMAC(MCU/FPGA)側のデジタル信号を相互変換します。
  5. MAC:Media Access Controller
    • 対向側と通信を行うための制御(通信制御)を行います。

キーデバイス:PHYデバイスとは?

ケーブル側のアナログ信号とMAC(MCU/FPGA)側のデジタル信号を相互変換するデバイスです。

  • OSI参照モデルのPhysical(物理)層の機能を実現するために必要な回路(デバイス)です。
  • 下図のようにケーブル側の信号や、MACデバイスと呼ばれるMCUやFPGAとの通信<MAC I/F, SMI I/F>には、いろいろな通信モードがあり、PHYデバイスはこれらの通信モードが異なるデータの橋渡しを行うデバイスです。

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