Вопрос 9. Особенности физического уровня эм вос

Определение физического уровня

Физический уровень (Physical Layer, L1) — это первый и самый фундаментальный уровень модели OSI, который отвечает за физическую передачу сырых битов информации между устройствами через физические каналы связи.serverflow+1​

Физический уровень является границей между сетью (логикой) и реальным физическим миром. На этом уровне оперируют не смыслом данных, а только их электромагнитным представлением.

Основные задачи физического уровня

1. Определение физических характеристик интерфейсов и среды передачиsky+1​

Физический уровень определяет и стандартизирует:

• Типы кабелей и разъёмов (витая пара, коаксиальный кабель, оптиковолокно, спутниковый канал)

• Электрические характеристики:

  • Уровни напряжения (например, 5В для логической единицы, 0В для нуля)

  • Диапазоны токов

  • Волновое сопротивление кабеля

  • Импедансные параметры

• Механические характеристики:

  • Размеры разъёмов (RJ-45, BNC, AUI)

  • Назначение каждого контакта/пина

  • Расположение проводников в кабеле (распиновка)

• Частотные характеристики (для беспроводных систем)

  • Диапазоны частот (2.4 GHz для Wi-Fi, частоты сотовых сетей)

  • Ширина полосы пропускания

  • Допустимые мощности передачи

2. Установление, поддержание и разрыв физических соединенийserverflow+1​

• Физическое подключение и отключение устройств

• Инициализация и тестирование физического канала

• Обнаружение присутствия/отсутствия сигнала в линии

3. Преобразование цифровых данных в физические сигналыsky+1​

• Кодирование: преобразование последовательности битов (0 и 1) в электромагнитные сигналы

• Декодирование: преобразование полученных сигналов обратно в биты

• Выбор метода кодирования:

  • NRZ (Non-Return-to-Zero) — простой метод, сигнал либо +V либо -V

  • Manchester — каждый бит кодируется переходом напряжения

  • 4B5B — кодирование блоками

  • QAM (Quadrature Amplitude Modulation) — для высокоскоростных систем

4. Синхронизация передачи битовserverflow+1​

• Синхронизация по битам: согласование частоты передачи и приёма

• Синхронизация по байтам (или словам): определение границ символов в потоке

• Механизмы:

  • Передача отдельного сигнала синхронизации (clock signal)

  • Встраивание информации о синхронизации в сам сигнал данных

  • Использование контрольных символов (преамбулы, синхроимпульсы)

5. Определение топологии сети и способа подключения устройствsky+1​

• Физическая топология: как физически подключены устройства

  • Звезда (star)

  • Шина (bus)

  • Кольцо (ring)

  • Полносвязная (mesh)

• Определение числа устройств, которые могут одновременно использовать общий канал

• Определение режима передачи:

  • Симплекс — только в одну сторону

  • Полудуплекс — в обе стороны, но не одновременно

  • Полный дуплекс — одновременная двусторонняя передача

Основные функции физического уровня

1. Кодирование и модуляцияsky​

Преобразование цифровых данных (0, 1) в сигналы, пригодные для передачи:

• Прямое кодирование (Line Encoding) — преобразование в электрические/оптические сигналы

• Модуляция (Modulation) — наложение цифрового сигнала на высокочастотный сигнал (для дальних расстояний)

  • Амплитудная модуляция (AM)

  • Частотная модуляция (FM)

  • Фазовая модуляция (PM)

2. Передача и приём сигналовoslogic​

• Отправка сигналов по физическому каналу

• Приём и усиление слабых сигналов

• Фильтрация помех

• Использование повторителей (репитеры) при больших расстояниях

3. Контроль электрических параметровoslogic​

• Контроль уровня сигнала (не должен быть слишком слабым)

• Контроль помех и затухания

• Согласование импедансов для предотвращения отражений

Единица данных физического уровня

Единица данных (PDU): БИТ — минимальная единица информации (0 или 1)

Стандарты и интерфейсы физического уровня

Стандарт	Назначение	Характеристики
RS-232	Последовательная передача данных	Напряжение ±12В, скорость до 20 Кбит/с
RS-485	Промышленная передача данных	Дифференциальный сигнал, скорость до 1 Мбит/с
V.35	Синхронная передача	Используется в коммутируемых каналах WAN
RJ-11	Разъем для телефонных линий	6 контактов, используется для ADSL, модемов
RJ-45	Разъем для Ethernet	8 контактов, стандарт для витой пары
BNC	Коаксиальный разъем	Используется в старых сетях Ethernet 10BASE2
AUI	Attachment Unit Interface	Разъем для подключения трансиверов

Физические среды передачи