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以前、ＮＩＣ（Network Interface Card）の仕組みのページで、イーサーネットの物理層の構造について図解しました。
1000 BASE-Tのようなギガビットイーサーネットでも物理層の構造は同じなので、もう一度図解します。
ネットワークインターフェイスの部分は、ＯＳＩ参照モデルにおけるレイヤ１の物理層（Physical Layer）に相当します。
物理層は、よくＰＨＹと呼ばれます。
ＰＨＹは、ファイと読み、ＰＨＹチップは、PHYsical Layer Chipの頭３文字を取った略語です。
ＰＨＹに関しては、ケーブルに最も近い部分をスタックの底と見ると、以下のように機能別に下から積み上げられた感じで３つに分類することができます。

↓↑	データリンク層（ＭＡＣ副層のみ）
↓↑	ＰＣＳ（Physical Coding Sublayer）
↓↑	ＰＭＡ（Physical Medium Attachment）
↓↑	ＰＭＤ（Physical Medium Dependent）

一番上のピンク色のＭＡＣ副層は、ＰＨＹには含まれず、データリンク層に含まれます。
ＭＡＣ副層では、ＭＡＣフレームが生成されます。
ＰＨＹは、下から見て３つの層に分かれています。
つまり、下から３つ分がイーサーネットの物理層に相当します。
ＭＡＣフレームを作り出すＭＡＣ副層のすぐ下のＰＣＳ（Physical Coding Sublayer）は、物理符号化副層と言い、ＭＡＣフレームを符号化する処理を行います。
その下のＰＭＡ（Physical Medium Attachment）は、物理媒体接続部と言い、データの送信前はシリアル変換し、受信後はパラレル変換します。
一番下のＰＭＤ（Physical Medium Dependent）は、物理媒体依存部と言い、送信前に信号波形変換を行ったり、受信後に信号の増幅を行ったりします。
一番下の肌色の部分（ＰＭＤ）が最もケーブルに近い部分です。
ネットワークインターフェイスの部分は、電気信号が入ってくる方向（上の表中の矢印【↑】の方向）から順に説明すると、RJ-45コネクタ、ＬＡＮ用パルス・トランス、ＰＨＹから構成されています。
この図から1000 BASE-Tの符号化方式について説明します。
100 BASE-TXのようなファーストイーサーネットは、ＰＨＹの構造上ギガビットイーサーネットと変わりありませんが、信号符号化方式やデータ符号化方式が異なります。
100 BASE-TXでは、信号符号化方式にMLT-3（Multi Level Transmission-3）、データ符号化方式に4B/5Bを採用していました。
100 BASE-TXの符号化方式に関する詳細は、以下のページで参照できます。

10 BASE-Tと100 BASE-TXの信号符号化方式

一方、1000 BASE-Tでは、信号符号化方式に4D-PAM5、データ符号化方式に8B/1Q4を採用しています。

今、データをどこかへ伝送する場合を例に考えることにします。
1000 BASE-Tで使われているカテゴリ５ｅのＵＴＰケーブルを使用することにします。
上の表を御覧下さい。
ネットワークプログラムは、データリンク層以上の階層で伝送するデータの準備をします。
そして、物理層の上にあるＭＡＣ副層から８ビットのデータをＰＣＳが受け取ります。
ＰＣＳでは、8B/1Q4というデータ符号化方式を利用して、上位層から受け取った８ビットのビット幅のデータを５値４組の符号に変換します。
8B/1Q4は、8 binary to 1 quinary 4 のことで、２進数８桁の符号を５進数４桁に変換するデータ符号化方式です。
この５進数４桁の符号が５値４組の符号に相当します。
この５つの値は、物理的には５段階の電圧を表しています。
４組の方は、ＵＴＰケーブルに含まれる４対の撚り対線と対応しています。
２進数８桁の符号では、２の８乗＝２５６個の数値を表すことができ、これをデータとして送信するために、５進数４桁の符号に変換することで、５の４乗＝６２５個の数値を表現できるようになります。
これによって、誤り検出用のビットを１ビット加えて９ビットのデータで送受信できるようになります。
この９ビットになったデータは、５値４組の数値に変換されます。
５値とは、具体的に１０進数で示すと、-2，-1，0，+1，+2 のことです。
続いて、ＰＭＡでは、ＰＣＳ（Physical Coding Sublayer）と呼ばれる物理符号化副層から５値４組の符号を受け取ります。
4D-PAM5は、4 dimensional-phase amplitude modulation 5 の略で、フォーディーパムファイブと読みます。
4D-PAM5は、ＰＭＡ（Physical Medium Attachment）と呼ばれる物理媒体接続部を担当する符号化方式です。
1000 BASE-Tは、４対８本の銅線のケーブルをフルに使用します。
1000 BASE-Tでは、ファーストイーサーネットやイーサーネットでは未使用だった４本の銅線（２対分）も通信に利用されています。
実際に伝送する時、５段階の電圧で４対８本の銅線のケーブルに電気信号を同時に流します。
伝送速度は１対につき２５０Mbpsで、合計して１０００Mbps（１Gbps）です。
これが1000 BASE-Tのギガビットイーサーネットです。
4D-PAM5という信号符号化方式では、８ビットのデータを１クロックで表現します。
クロック信号は、同期を取るための周期的なパルス信号を言います。
同期を取るとは、タイミングを合わせることを言います。
クロック信号は、クロックとか、クロックパルスとも言います。
パルスという言葉には、英語の辞書では「鼓動」、「脈打つこと」、「波動」、「振動」という意味があります。
従って、心臓の鼓動もパルスです。
電気関連の用語としてわかりやすく簡単に言ってしまうと、パルスとは、非常に短い時間に流れた後、ちょっとの間お休みとなる電流のことを言います。
しかし、このようにたった１回とは限らず、瞬間的に電流が流れて、その後ちょっと休みがある周期を繰り返す場合もあります。
まさに、脈打つ感じですよね。
１と０（オンとオフ）のデジタル信号が以下の図のようになれば、パルス信号になります。

一番上の図では、パルス信号は、１と０（オンとオフ）が１回だけですが、その下の図では周期的に繰り返されています。
例えば、10101010とか100010001000などのように繰り返されてもパルス信号です。
０（オフ）が少々長くなってもパルス信号です。
ただし、１が連続したまま（オンのまま）のデジタル信号はパルス信号ではありません。
上の図の矢印の間をパルス間隔と言います。
パルスについてはおわかり頂けたでしょうか。
コンピュータなどのデジタル機器を動作させるために、クロックが必要です。
デジタル機器には、クロックを発振するために水晶振動子を使用した回路があります。

さて、少し横道にそれたので、4D-PAM5の説明に戻ります。
4D-PAM5とは、４組５値のパルス振幅変調を言います。
こうしてできたパルス信号は、この後ＰＭＤ（Physical Medium Dependent）と呼ばれる物理媒体依存部に渡され、電気信号または光に変換され、ケーブルに流れていきます。
1000 BASE-Tの場合は、ＵＴＰケーブルに流すので、電気信号になります。
送信の場合だけ書きましたが、受信の場合はこれまで書いた流れとは逆のことを行っているだけです。

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