Тема 8.Фізичний рівень (Physical Layer)

Фізичний рівень призначений для сполучення з фізичними засобами з'єднання. Фізичні засоби з'єднання – це сукупність фізичного середовища, апаратних і програмних засобів, що забезпечує передачу сигналів між системами. Фізичне середовище – це матеріальна субстанція, через яку здійснюється передача сигналів. Фізичне середовище є основою, на якій будуються фізичні засоби з'єднання. Як фізичне середовище широко використовуються ефір, метали, оптичне скло і кварц.

Фізичний рівень складається з підрівня стиковки з середовищем і підрівня перетворення передачі.

Перший з них забезпечує сполучення потоку даних з використовуваним фізичним каналом зв'язку. Другий здійснює перетворення, пов'язані з вживаними протоколами. Фізичний рівень забезпечує фізичний інтерфейс з каналом передачі даних, а також описує процедури передачі сигналів в канал і отримання їх з каналу. На цьому рівні визначаються електричні, механічні, функціональні і процедурні параметри для фізичного зв'язку в системах. Фізичний рівень отримує пакети даних від вищерозміщеного канального рівня і перетворить їх в оптичні або електричні сигнали, відповідні 0 і 1 бінарного потоку. Ці сигнали посилаються через середовище передачі на приймальний вузол. Механічні і електричні / оптичні властивості середовища передачі визначаються на фізичному рівні і включають:

• тип кабелів і роз'ємів;

• розводку контактів в роз'ємах;

• схему кодування сигналів для значень 0 і 1.

Фізичний рівень виконує наступні функції:

1. Встановлення і роз'єднання фізичних з'єднань.

2. Передача сигналів в послідовному коді і прийом.

3. Прослуховування, в потрібних випадках, каналів.

4. Ідентифікація каналів.

5. Сповіщення про появу несправностей і відмов.

Сповіщення про появу несправностей і відмов пов'язане з тим, що на фізичному рівні відбувається виявлення певного класу подій, що заважають нормальній роботі мережі (зіткнення кадрів, посланих відразу декількома системами, обрив каналу, відключення живлення, втрата механічного контакту і т. д.). Види сервісу, що надається канальному рівню, визначаються протоколами фізичного рівня. Прослуховування каналу необхідне в тих випадках, коли до одного каналу підключається група систем, але одночасно передавати сигнали дозволяється тільки одній з них. Тому прослуховування каналу дозволяє визначити, чи вільний він для передачі. У ряді випадків для чіткішого визначення структури фізичний рівень розбивається на декілька підрівнів. Наприклад, фізичний рівень безпровідної мережі ділиться на три підрівні рис. 2.5.

Рис. 2.11. Фізичний рівень безпровідної локальної мережі

Функції фізичного рівня реалізуються у всіх пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережевим адаптером. Повторювачі є єдиним типом устаткування, яке працює тільки на фізичному рівні.

Виконується перетворення даних, що поступають від більш високого рівня, в сигнали передавальні по кабелю. У глобальних мережах на цьому рівні можуть використовуватися модеми і інтерфейс RS-232C. У локальних мережах для перетворення даних застосовують мережеві адаптери, що забезпечують швидкісну передачу даних в цифровій формі. Приклад протоколу фізичного рівня - це загально відомий інтерфейс RS-232C / CCITT V.2, який є найбільш широко поширений стандартним послідовним зв'язком між комп'ютерами і периферійними пристроями.

Можна рахувати цей рівень, що відповідає за апаратне забезпечення.

Фізичний рівень може забезпечувати як асинхронну (послідовну), так і синхронну (паралельну) передачу, яка застосовується для деяких мейнфреймів і мінікомп'ютерів. На Фізичному рівні повинна бути визначена схема кодування для представлення двійкових значень з метою їх передачі каналом зв'язку. У багатьох локальних мережах використовується манчестерське кодування.

Прикладом протоколу фізичного рівня може служити специфікація 10Base-T технології Ethernet, яка визначає як використовуваний кабель неекрановану виту пару категорії 3 з хвилевим опором 100 Ом, роз'їм RJ-45, максимальну довжину фізичного сегменту 100 метрів, манчестерський код для представлення даних на кабелі, і інші характеристики середовища і електричних сигналів.

До найбільш поширених специфікацій фізичного рівня належать:

• EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 - механічні/електронні характеристики незбалансованого послідовного інтерфейсу;

• EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - механічні, електричні і оптичні характеристики збалансованого послідовного інтерфейсу;

• Ethernet – мережева технологія за стандартом IEEE 802.3 для мереж, що використовує шинну топологію і колективний доступ з прослуховуванням тієї, що несе і виявленням конфліктів;

• Token ring – мережева технологія за стандартом IEEE 802.5, що використовує кільцеву топологію і метод доступу до кільця з передачею маркера;