Capa Física OSI

La capa física de OSI proporciona los medios de transporte para los bits que conforman la trama de la capa de Enlace de datos a través de los medios de red. Esta capa acepta una trama completa desde la capa de Enlace de datos y lo codifica como una secuencia de señales que se transmiten en los medios locales. Un dispositivo final o un dispositivo intermedio recibe los bits codificados que componen una trama.

El envío de tramas a través de medios de transmisión requiere los siguientes elementos de la capa física:

  • Medios físicos y conectores asociados.
  • Una representación de los bits en los medios.
  • Codificación de los datos y de la información de control.
  • Sistema de circuitos del receptor y transmisor en los dispositivos de red.

El objetivo de la capa física es crear la señal óptica, eléctrica o de microondas que representa a los bits en cada trama. Luego, estas señales se envían por los medios una a la vez.

Otra función de la capa física es la de recuperar estas señales individuales desde los medios, restaurarlas para sus representaciones de bit y enviar los bits hacia la capa de Enlace de datos como una trama completa.

Existen tres tipos básicos de medios de red en los cuales se representan los datos (La presentación de los bits depende del tipo de medio):

  • Cable de cobre
  • Fibra
  • Inalámbrico

Cuando la capa física codifica los bits en señales para un medio específico, también debe distinguir dónde termina una trama y dónde se inicia la próxima. De lo contrario, los dispositivos de los medios no reconocerían cuándo se ha recibido exitosamente una trama. En tal caso, el dispositivo de destino sólo recibiría una secuencia de señales y no sería capaz de reconstruir la trama correctamente. Como se describió en el capítulo anterior, indicar el comienzo de la trama es a menudo una función de la capa de Enlace de datos. Sin embargo, en muchas tecnologías, la capa física puede agregar sus propias señales para indicar el comienzo y el final de la trama.

las tecnologías de la capa física se definen por diferentes organizaciones, tales como:

  • La Organización Internacional para la Estandarización (ISO)
  • El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE)
  • El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI)
  • La Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU)
  • La Asociación de Industrias Electrónicas/Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (EIA/TIA)
  • Autoridades de las telecomunicaciones nacionales, como la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) en EE.UU.

Las tecnologías definidas por estas organizaciones incluyen cuatro áreas de estándares de la capa física:

  • Propiedades físicas y eléctricas de los medios
  • Propiedades mecánicas (materiales, dimensiones, diagrama de pines) de los conectores
  • Representación de los bits por medio de las señales (codificación)
  • Definición de las señales de la información de control

Las tres funciones esenciales de la capa física son:

  • Los componentes físicos: son los dispositivos electrónicos de hardware, medios y conectores que transmiten y transportan las señales para representar los bits.
  • Codificación de datos: método utilizado para convertir un stream de bits de datos en un código predefinido. Los códigos son grupos de bits utilizados para ofrecer un patrón predecible que pueda reconocer tanto el emisor como el receptor.
  • Señalización: método de representación de bits.

Los bits se representan en el medio al cambiar una o más de las siguientes características de una señal:

  • Amplitud
  • Frecuencia
  • Fase

amplitud-frecuencia-fase

Señalización NRZ

En NRZ, el stream de bits se transmite como una secuencia de valores de voltaje.

Un valor de bajo voltaje representa un 0 lógico y un valor de alto voltaje representa un 1 lógico. El intervalo de voltaje depende del estándar específico de capa física utilizado.

Este método simple de señalización sólo es adecuado para enlaces de datos de velocidad lenta. La señalización NRZ no utiliza el ancho de banda de manera eficiente y es susceptible a la interferencia electromagnética. Además, los límites entre bits individuales pueden perderse al transmitir en forma consecutiva secuencias largas de 1 ó 0. En dicho caso, no se detectan transiciones de voltaje en los medios. Por lo tanto, los nodos receptores no tienen una transición para utilizar al resincronizar tiempos de bit con el nodo transmisor.

Codificación Manchester

En el esquema de codificación Manchester, los valores de bit se representan como transiciones de voltaje, una transición desde un voltaje bajo a un voltaje alto representa un valor de bit de 1. Una transición desde un voltaje alto a un voltaje bajo representa un valor de bit de 0.

manchester

Un grupo de códigos es una secuencia consecutiva de bits de código que se interpretan y asignan como patrones de bits de datos. Por ejemplo, los bits de código 10101 pueden representar los bits de datos 0011.

Entre las ventajas de utilizar grupos de códigos se incluyen:

  • Reducción del nivel de error en los bits
  • Limitación de la energía efectiva transmitida a los medios
  • Ayuda para distinguir los bits de datos de los bits de control
  • Mejoras en la detección de errores en los medios

Fuente: Exploration: Aspectos básicos de networking (CISCO).