Τι είναι το φυσικό στρώμα;

Στη δικτύωση υπολογιστών, ένα βασικό μοντέλο για κατανόηση είναι το μοντέλο OSI. Το εννοιολογικό μοντέλο OSI ή Open Sources Interconnection περιγράφει μια σειρά από επτά επίπεδα επικοινωνίας. Κάθε στρώμα έχει τη λειτουργικότητα και τα χαρακτηριστικά του. Το μοντέλο OSI δεν απαγορεύει κανένα συγκεκριμένο πρωτόκολλο. Αντίθετα, ορίζει ένα τυπικό πλαίσιο επικοινωνίας γύρω από το οποίο μπορούν να σχεδιαστούν πρωτόκολλα.

Το μοντέλο OSI στον σύγχρονο κόσμο είναι ελαφρώς ανακριβές, με πολλά τυπικά πρωτόκολλα που καλύπτουν δύο επίπεδα και ορισμένα επίπεδα συνδυάζονται ή χωρίζονται περαιτέρω. Παρόλα αυτά, παραμένει ένα καλό σημείο εκκίνησης για την κατανόηση των εννοιών δικτύωσης.

Το χαμηλότερο επίπεδο που ορίζεται στο μοντέλο OSI, το επίπεδο 1, το φυσικό επίπεδο, είναι αρκετά διαφορετικό από τα άλλα επίπεδα. Το φυσικό επίπεδο είναι η θεμελιώδης πλατφόρμα επικοινωνίας. Αυτό σημαίνει ότι περιλαμβάνει όχι μόνο την κωδικοποίηση και την αποκωδικοποίηση των σημάτων αλλά και την τυποποίηση των πραγματικών μέσων μετάδοσης και των μεθόδων μετάδοσης.

Τι βρίσκεται στον πυρήνα του φυσικού στρώματος;

Στον πυρήνα οποιουδήποτε φυσικού επιπέδου, το πρότυπο πρέπει να είναι ένα αξιόπιστο μέσο μετάδοσης. Ανάλογα με το πρότυπο, αυτό θα μπορούσε να είναι ένα ηλεκτρικό ή ηλεκτρομαγνητικό σύστημα. Θεωρητικά, είναι δυνατά και άλλα μέσα επικοινωνίας, όπως ο ήχος. Ωστόσο, η συντριπτική πλειοψηφία των συστημάτων χρησιμοποιεί ηλεκτρικά ή ηλεκτρομαγνητικά μέσα. Αυτό οφείλεται στην ταχύτητα μετάδοσης, την εμβέλεια και τις υψηλές συχνότητες σηματοδότησης που προσφέρουν.

Για παράδειγμα, ένα σύστημα επικοινωνίας θα μπορούσε να σχεδιαστεί για να χρησιμοποιεί ανθρώπους που κυματίζουν σημαίες για να επικοινωνούν. Ενώ αυτό είναι εφικτό, η συχνότητα με την οποία μπορούν να μετακινηθούν ή να αλλάξουν οι σημαίες είναι αργή, περιορίζοντας το εύρος ζώνης. Η λειτουργικότητα περιορίζεται περαιτέρω από την οπτική επαφή, περιορίζοντας την εμβέλεια, ειδικά σε μη ανοιχτά περιβάλλοντα.

Μόλις αποφασιστεί το πραγματικό μέσο επικοινωνίας, οι πολυπλοκότητες που πρέπει να προσδιοριστούν και ο αριθμός των καλωδίων στο καλώδιο πρέπει να τυποποιηθούν για ενσύρματες συνδέσεις. Είναι επίσης απαραίτητο να τυποποιηθεί ο τρόπος με τον οποίο είναι τακτοποιημένα ( δηλ., στριμμένα ζεύγη, θωράκιση, κ.λπ. ). Πρέπει να σχεδιαστούν οι φυσικοί σύνδεσμοι, τόσο οι ηλεκτρικά θηλυκοί όσο και οι αρσενικοί σύνδεσμοι. Πρέπει να καθοριστούν τυπικά επίπεδα τάσης, όπως και οι μέθοδοι σηματοδότησης, οι χρονισμοί και οι αποδεκτοί λόγοι σήματος προς θόρυβο. Τα περισσότερα από αυτά επηρεάζουν το τελικό εύρος ζώνης της φυσικής σύνδεσης.

Για τα ασύρματα συστήματα, οι σχεδιαστικές επιλογές είναι σχετικές αλλά διαφορετικές. Η ακριβής συχνότητα ή οι συχνότητες φωτός που θα χρησιμοποιηθούν πρέπει να είναι τυποποιημένες. Η ακριβής μέθοδος κωδικοποίησης των δεδομένων στο φως πρέπει να είναι τυποποιημένη. Εάν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί καλώδιο οπτικών ινών, πρέπει επίσης να τυποποιηθεί. Υπάρχουν πολλές περισσότερες ομοιότητες με την τυποποίηση των ενσύρματων συνδέσεων. Μόλις η συχνότητα ή οι συχνότητες έχουν κανονικοποιηθεί, είναι σημαντικό να σχεδιάσετε συστήματα ικανά να δημιουργούν και να λαμβάνουν αυτά τα σήματα.

Πώς αλληλεπιδρά το φυσικό στρώμα με τα άλλα στρώματα;

Μόλις σχεδιαστούν τα πραγματικά μέσα επικοινωνίας και το σύστημα, είναι επίσης απαραίτητο να δημιουργηθούν τσιπ που μπορούν να κωδικοποιήσουν και να αποκωδικοποιήσουν τα σήματα που αποστέλλονται μέσω των φυσικών μέσων. Αυτά τα τσιπ αναφέρονται γενικά ως μάρκες PHY. Αυτά τα τσιπ είναι υπεύθυνα για την επεξεργασία των σημάτων και την παράδοση αυτών των δεδομένων στο επίπεδο 2, επίπεδο σύνδεσης δεδομένων, υλικό για επεξεργασία.

Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων και το επίπεδο δικτύου πάνω από αυτό είναι υπεύθυνα για τη δρομολόγηση δεδομένων γύρω και μεταξύ των δικτύων. Το φυσικό επίπεδο δεν χρειάζεται να το γνωρίζει αυτό. Χρειάζεται μόνο να μπορεί να επικοινωνεί αξιόπιστα από το ένα σημείο στο άλλο ή ακόμα και από ένα σημείο σε πολλά σημεία.

Ανάλογα με τη χρήση ενσύρματων ή ασύρματων μέσων και εάν η σύνδεση είναι κοινή μεταξύ πολλών συσκευών, μπορεί να είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν συστήματα αποφυγής σύγκρουσης και ανίχνευσης σύγκρουσης για τη διασφάλιση αξιόπιστων επικοινωνιών.

συμπέρασμα

Το φυσικό επίπεδο είναι το πρώτο επίπεδο στο μοντέλο OSI. Καλύπτει τα πρότυπα για την πραγματική μετάδοση δεδομένων από το ένα μέρος στο άλλο. Το μοντέλο OSI καλύπτει μόνο τη δικτύωση, αλλά η έννοια του φυσικού επιπέδου είναι πανομοιότυπη για εσωτερικές επικοινωνίες εντός ενός υπολογιστή, όπως μέσω σύνδεσης PCIe, USB ή SATA.

Το φυσικό επίπεδο δεν καλύπτει μόνο τη σχεδίαση υλικού αλλά και τις μεθόδους σηματοδότησης και αποκωδικοποίησης σήματος για τη μετάδοση σημαντικών δεδομένων στον υπόλοιπο υπολογιστή. Το Ethernet και το Wi-Fi είναι πιθανότατα τα πιο γνωστά πρότυπα φυσικών επιπέδων, αν και απέχουν πολύ από τα μόνα. Μην ξεχάσετε να μοιραστείτε τις σκέψεις σας στα σχόλια παρακάτω.