Физический уровень

Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, такую как крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме того, здесь стандартизируются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Напомним еще раз функции физического уровня:

- передача битов по физическим каналам

- формирование электрических сигналов

- кодирование информации

- синхронизация

- модуляция

Реализуется аппаратно. Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети.

Стоит рассмотреть подробнее среды передачи данных:

1. Коаксиальный кабель был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть, состоит из центрального медного проводника, покрытого пластиковым изолирующим материалом, который, в свою очередь, окружен медной сеткой и/или алюминиевой фольгой.

2. Кабель типа "витая пара" (twisted pair) является одним из наиболее распространенных типов кабеля в настоящее время. Он состоит из нескольких пар медных проводов, закрученных вокруг друг друга для защиты от взаимных наводок и покрытых пластиковой оболочкой. Кабели данного типа делятся на два класса — экранированная витая пара (shielded twisted pair, STP) и неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair, UTP).

3. Оптоволоконные кабели представляют собой наиболее современную кабельную технологию, обеспечивающую высокую скорость передачи данных на большие расстояния. Передача данных осуществляется с помощью лазерного или светодиодного передатчика, посылающего однонаправленные световые импульсы через центральный проводник.

Стандартными и наиболее известными типами сетевых интерфейсов, относящимися к физическому уровню, являются:

- RS-232C (широко известен как последовательный порт персональных компьютеров)

- RJ-11 (используется для подключения двухпроводных телефонных аппаратов)

- RJ-45 (используется в качестве соединителя витых пар, именно этот коннектор обжимают определенным образом при подключении компьютера к Интернету)

- разъем BNC (коаксиальный радиочастотный разъем).

Конечно, это далеко не полный список.

Примеры протоколов, работающих на физическом уровне, которые так или иначе знакомы многим и которые стоит рассмотреть чуть поподробнее:

1. IEEE 802.3 (Ethernet) - семейство технологий пакетной передачи данных между устройствами для компьютерных и промышленных сетей. В стандарте первых версий указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

2. IEEE 802.15 (Bluetooth) - спецификация беспроводных персональных сетей. Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами, как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки и т.д. на надежной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

3. IRDA (InfraRed Data Association), IrDA, ИК-порт, инфракрасный порт - группа стандартов, описывающая протоколы передачи данных с использованием инфракрасного диапазона световых волн в качестве среды передачи.

4. DSL (Digital Subscriber Line) - это метод передачи Интернета и телесигнала по телефонной линии.

5. IEEE 802.11 (Wi-Fi) - набор стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 0,9; 2,4; 3,6; 5 и 60 ГГц. Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющемуся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance.

6. GSM - глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи.

Необходимо отметить, что протоколы нельзя отнести исключительно к физическому уровню, они могут работать сразу на двух-трех уровнях. Например, стандарты Ethernet определяют не только проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, но и формат кадров и протоколы управления доступом к среде - на канальном уровне модели OSI.

На физическом уровне работают такие устройства, как:

- концентраторы (ретранслируют входящий сигнал с одного из портов в сигнал на все остальные подключенные порты)

- повторители сигнала (увеличивают расстояние сетевого соединения путем повторения электрического сигнала «один в один»)

- медиаконвертеры (преобразуют среду распространения сигнала из одного типа в другой).

Эти устройства обозначаются как L1-устройства (Layer1-устройства).