OSI参照モデルの第1層（物理層）とは？役割と身近な例

OSI参照モデルの一番下にあるのが第1層（物理層）です。LANケーブルや光ファイバー、Wi-Fiの電波など、「目に見える・さわれる」部分にいちばん近い層です。

この記事では、物理層の役割、身近な例、TCP/IPモデルでの位置づけ、よくあるトラブルと安全な確かめ方を解説します。OSI参照モデルの全体像は、シリーズの全体解説の記事で紹介しています。

物理層とは？役割をひとことで

物理層は、データの0と1（ビット）を、電気の信号・光・電波などに変えて送り、受け取った信号をまた0と1に戻す役割をもちます。

物理層が決めているのは、たとえば次のようなことです。

• 伝える方法：電気（銅線）、光（光ファイバー）、電波（無線）のどれを使うか
• 信号の形：0と1をどんな電圧・光の点滅・電波の変化で表すか
• コネクタやケーブルの形：LANケーブルの差し込み口（RJ-45）や、ピンの並び
• 速さと距離：1秒あたりにどれだけ送れるか、どこまで届くか

物理層は「中身が何のデータか」は気にしません。ただ0と1を正しく運ぶことに集中します。宛先を見て届け先を決めるのは、もっと上の層の仕事です。

物理層の身近な例

分類	例	ポイント
ケーブル	LANケーブル（ツイストペアケーブル）、光ファイバー、同軸ケーブル	カテゴリ（Cat5e、Cat6など）で対応する速さが変わる
無線	Wi-Fiの電波（2.4GHz帯・5GHz帯など）	電波の届き方は壁や距離、ほかの電波の影響を受ける
コネクタ	RJ-45（LANの差し込み口）、光ファイバーのコネクタ	形が合わないと物理的につながらない
機器	リピーター、リピーターハブ、メディアコンバーター、ネットワークカードの送受信部分	信号を中継・変換するだけで、宛先は見ない
データの呼び方（PDU）	ビット	0と1の並びそのもの

LANの規格として広く使われているイーサネットは、IEEEの802.3という規格で決められています。IEEEの説明によると、802.3は同軸ケーブル・ツイストペア（より対線）・光ファイバーなどの上で動く物理層の装置（PHY）と、その上のMAC（媒体アクセス制御）をあわせて定めています。つまり、イーサネットは物理層と次のデータリンク層にまたがる規格です。Wi-Fi（IEEE 802.11）も同じように、物理層とデータリンク層の両方を決めています。

TCP/IPモデルではどこにあたる？

インターネットのホストの要件をまとめたRFC 1122では、TCP/IPの層をアプリケーション層・トランスポート層・インターネット層・リンク層の4つに分けています。OSIの物理層は、データリンク層といっしょに、TCP/IPのリンク層にふくまれます。

TCP/IPの世界では、物理層の細かい決まりはIEEEなどほかの規格にまかせていて、IPは「その下で何が使われていても動く」ように作られています。だからこそ、同じブラウザで有線LANでもWi-Fiでもスマホの回線でも同じようにWebを見られるのです。

よくあるトラブルと確かめ方

「急にネットにつながらなくなった」とき、まず物理層から確かめると、意外とあっさり原因が見つかることがあります。

よくある原因

• LANケーブルが抜けかけている、ツメが折れている
• ケーブルが古い・傷んでいる、規格（カテゴリ）が速さに合っていない
• ルーターやスイッチの電源が入っていない、ポートが故障している
• Wi-Fiの電波が弱い（ルーターから遠い、壁が多い、電子レンジなどの影響）

目で確かめる

• 機器のポートのランプ（リンクランプ）が点いているか
• ケーブルを別のポートや別のケーブルに差しかえると直るか

コマンドで確かめる（Linuxの例）

次のコマンドは、自分のパソコンのネットワークの状態を表示するだけの確認用です。

ip link show

インターフェースの行に state UP と出ていればリンクがつながっています。NO-CARRIER や state DOWN と出ていたら、ケーブルや相手の機器など物理的な接続を疑いましょう。

ethtool eth0

ethtool が入っている環境では、有線LANの速さ（Speed）や全二重・半二重（Duplex）、リンクの有無（Link detected）を確かめられます。eth0 の部分は、ip link show で表示されたインターフェース名に置きかえてください。思ったより遅い速さで接続されているときは、ケーブルの規格や傷みを疑うきっかけになります。

nmcli device status

NetworkManagerを使っている環境では、有線・無線それぞれが「接続済み」かどうかを一覧で見られます。

よくある質問

ハブとスイッチはどうちがう？

昔の「リピーターハブ」は、受け取った信号をすべてのポートにそのまま流す、物理層の機器です。いまよく使われる「スイッチ（スイッチングハブ）」は、MACアドレスを見て必要なポートだけに送る、データリンク層の機器です。家電量販店などで「ハブ」として売られているものも、多くはスイッチングハブです。

Wi-Fiは物理層？

Wi-Fiの電波の部分は物理層ですが、どの機器が電波を使って送るかを調整したり、アクセスポイントにつないだりする部分はデータリンク層です。Wi-Fiの規格（IEEE 802.11）は、この2つの層をあわせて決めています。

ケーブルを高いものに変えると速くなる？

ケーブルは、機器や回線が対応している速さを出すための条件の一つです。ケーブルの規格が足りていないと遅くなることはありますが、回線やルーターの速さ以上には速くなりません。

まとめ

• 物理層は、0と1を電気・光・電波に変えて送る、OSI参照モデルの一番下の層
• LANケーブル、光ファイバー、Wi-Fiの電波、コネクタ、リピーターなどが身近な例。データの呼び方はビット
• TCP/IPでは、データリンク層といっしょに「リンク層」にふくまれる
• つながらないときは、ランプ、ケーブルの差しかえ、ip link show などで最初に確かめる

次の層は第2層（データリンク層）です。MACアドレスやスイッチのしくみを、シリーズの次の記事で解説します。

OSI参照モデル　シリーズ記事

このシリーズでは、OSI参照モデルの全体像と、7つの層を1つずつ解説しています（各記事は順に公開予定です）。

• OSI参照モデルとは？（全体像）
• 第1層　物理層
• 第2層　データリンク層
• 第3層　ネットワーク層
• 第4層　トランスポート層
• 第5層　セッション層
• 第6層　プレゼンテーション層
• 第7層　アプリケーション層

参考資料

• ISO/IEC 7498-1:1994 Information technology — Open Systems Interconnection — Basic Reference Model: The Basic Model
• ITU-T Recommendation X.200 (07/94) Basic Reference Model: The basic model
• RFC 1122: Requirements for Internet Hosts – Communication Layers
• IEEE 802.3-2022 IEEE Standard for Ethernet
• IEEE 802.11-2020