Що таке фізичний рівень?

У комп’ютерних мережах базовою моделлю для розуміння є модель OSI. Концептуальна модель OSI або Open Sources Interconnection описує ряд із семи комунікаційних рівнів. Кожен шар має свій функціонал і особливості. Модель OSI не забороняє жодного конкретного протоколу. Натомість він визначає стандартну комунікаційну структуру, навколо якої можуть бути розроблені протоколи.

Модель OSI в сучасному світі дещо неточна, оскільки кілька стандартних протоколів охоплюють два рівні, а деякі рівні об’єднуються або розділяються далі. Незважаючи на це, він залишається хорошою відправною точкою для розуміння концепцій мереж.

Найнижчий рівень, визначений у моделі OSI, рівень 1, фізичний рівень, значно відрізняється від інших рівнів. Фізичний рівень є основною комунікаційною платформою. Це означає, що він передбачає не лише кодування та декодування сигналів, але й стандартизацію фактичних засобів передачі та методів п��редачі.

Що лежить в основі фізичного рівня?

В основі будь-якого фізичного рівня стандарт повинен бути надійним середовищем передачі. Залежно від стандарту це може бути електрична або електромагнітна система. Теоретично можливі інші засоби комунікації, наприклад аудіо. Проте переважна більшість систем використовує електричні або електромагнітні носії. Це пов’язано зі швидкістю передачі, діапазоном і високими частотами сигналу, які вони пропонують.

Наприклад, комунікаційна система може бути розроблена так, щоб використовувати для спілкування людей, які махають прапорами. Незважаючи на те, що це можливо, частота, з якою можна переміщати або перемикати прапори, є низькою, що обмежує пропускну здатність. Функціональність додатково обмежена лінією видимості, що обмежує радіус дії, особливо в закритому середовищі.

Після того, як буде прийнято рішення про фактичне середовище зв’язку, складності, які необхідно визначити, і кількість проводів у кабелі необхідно стандартизувати для дротових з’єднань. Необхідно також стандартизувати їх розташування ( наприклад, кручені пари, екранування тощо ). Треба розробити фізичні роз’єми, як електричні роз’єми, так і роз’єми. Необхідно визначити стандартні рівні напруги, як і методи передачі сигналів, синхронізацію та прийнятне співвідношення сигнал/шум. Більшість із них впливає на кінцеву пропускну здатність фізичного з’єднання.

Для бездротових систем варіанти дизайну пов’язані, але відрізняються. Точна частота або частоти світла, які будуть використовуватися, повинні бути стандартизовані. Точний метод кодування даних у світлі має бути стандартизованим. Якщо буде використовуватися волоконно-оптичний кабель, його також необхідно стандартизувати. Існує ще багато подібностей зі стандартизацією дротових з’єднань. Після нормалізації частоти або частот важливо розробити системи, здатні створювати та приймати ці сигнали.

Як фізичний рівень взаємодіє з іншими рівнями?

Після того, як фактичне середовище зв’язку та система були розроблені, також необхідно створити мікросхеми, які можуть кодувати та декодувати сигнали, що надсилаються через фізичний носій. Ці мікросхеми зазвичай називаються мікросхемами PHY. Ці мікросхеми відповідають за обробку сигналів і передачу цих даних на рівень 2, рівень каналу даних, апаратне забезпечення для обробки.

Канальний рівень і мережевий рівень, що над ним, відповідають за маршрутизацію даних навколо та між мережами. Фізичний рівень не повинен знати про це. Потрібно лише мати можливість надійно спілкуватися від однієї точки до іншої або навіть від однієї точки до багатьох точок.

Залежно від використання дротового чи бездротового середовища та якщо з’єднання використовується між кількома пристроями, може знадобитися реалізувати системи запобігання та виявлення зіткнень для забезпечення надійного зв’язку.

Висновок

Фізичний рівень є рівнем один у моделі OSI. Він охоплює стандарти фактичної передачі даних з одного місця в інше. Модель OSI охоплює лише мережу, але концепція фізичного рівня ідентична для внутрішнього зв’язку всередині комп’ютера, наприклад через з’єднання PCIe, USB або SATA.

Фізичний рівень охоплює не лише розробку апаратного забезпечення, а й методи сигналізації та декодування сигналів для передачі значущих даних решті комп’ютера. Ethernet і Wi-Fi, мабуть, є найвідомішими стандартами фізичного рівня, хоча й далеко не єдиними. Не забудьте поділитися своїми думками в коментарях нижче.