Уровни модели osi Физический уровень

Физический уровень — самый низкий в модели OSI. На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и иные параметры реализации физической связи. Физический уровень описывает процесс прохож­дения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами. Ею может быть медный кабель (коаксиальный кабель, витая пара и т. д.), оптоволокно,

радиоканал. Поэтому к физическому уровню относятся характеристики сред пе­редачи: полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов: фронты импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, типы кодирования, скорости передачи сигналов. Кроме того, стандартизуются типы разъемов, и определяется назначение каждого контакта.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подклю­ченных к сети. В компьютере физический уровень поддерживается сетевым адаптером. Единственным типом оборудования, которое работает только на фи­зическом уровне, являются повторители.

Ethernet

Большинство базовых технологий локальных сетей допускают использование различных спецификаций физического уровня в одной сети. Эти спецификации отличаются средой передачи и способами представления сигналов в среде. На­пример, технология Ethernet, обеспечивающая передачу со скоростью 10 Мбит/с, имеет шесть вариантов реализаций физического уровня: 10BASE-5, 10BASE-2, 10BASE-T, FOIRL, 10BASE-FL и 10BASE-FB. Согласование физических уров­ней выполняют специальные устройства, имеющие интерфейсы с трансиверами различных типов.

Новые технологии опираются на стандарты, делящие физический уровень на две части: часть, зависящую от физической среды, и часть, не зависящую от физической среды. Связь между этими подуровнями детально описывают стан­дарты. Такое разбиение позволяет с большей точностью описать процессы фи­зического уровня.

Как уже было отмечено, технология Fast Ethernet является эволюционным развитием Ethernet. Ввиду необходимости значительно повысить функциональ­ные возможности новой технологии в спецификацию стандарта 802.3 в некото­рые главы были внесены существенные добавления. Таблица 4.2 показывает, что основные отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уров­не (о подуровнях LLC и MAC канального уровня см. ниже раздел «Канальный уровень»).

Более сложная структура физического уровня в технологии Fast Ethernet объясняется тем, что в ней используются три среды передачи: оптоволоконный кабель, неэкранированная витая пара категории 5 (задействуются две пары) и неэкранированная витая пара категории 3 (задействуются четыре пары), причем по сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (их насчитывается шесть) здесь отличия каждого варианта от других глубже (меняются, например, методы кодирования сигналов). Детально определены те подуровни физическо­го уровня, которые не зависят от среды, и выделены остальные подуровни, спе­цифические для каждого варианта.

Для технологии Fast Ethernet разработаны различные варианты физического уровня, которые отличаются не только типом физической среды и электриче­скими характеристиками, но и способом кодирования сигналов и количеством используемых проводников. В результате, физический уровень Fast Ethernet имеет более сложную структуру, чем классический Ethernet (рис. 4.4)

Таблица 4.2. Отличия стека протоколов Ethernet от Fast Ethernet

Уровни модели OSI	IEEE 802.31 Ethernet 10BASE-T	IEEE 802.3U Fast Ethernet 100BASE-T
Канальный уровень	Подуровень LLC (IEEE 802.2)	Подуровень LLC (IEEE 802.2)
	Подуровень доступа к среде MAC	Подуровень доступа к среде MAC
		Согласование
Физический уровень		Подуровень кодирования
	Подуровень физического присоединения	Подуровень физического подключения
	Разъем	Подуровень физической среды
		Подуровень согласования скорости передачи
		Разъем

Согласование
Интерфейс
FXPHY (оптоволоконный кабель)	TXPHY (витая пара (две пары))	T4PHY (витая пара (четыре пары))

Рис. 4.4. Структура физического уровня в технологии Fast Ethernet

Физический уровень состоит из трех подуровней: согласования, интерфейса Mil (Media Independent Interface — интерфейса, независящего от среды) и физического уровня (Physical Layer Device, PHY). Последний обеспечивает ко­дирование данных, поступающих от подуровня MAC, для передачи их по физи­ческой среде определенного типа, синхронизацию передаваемых данных, а также их прием и декодирование. Интерфейс МП поддерживает независимый от ис­пользуемой физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Подуровень согласования нужен для того, чтобы согласо­вать работу подуровня MAC с интерфейсом МП.

Дальнейшим эволюционным развитием Ethernet стала технология Gigabit Ethernet. Как и в стандарте Fast Ethernet, в Gigabit Ethernet не существует еди­ной универсальной схемы кодирования сигнала, которая подходила бы для всех физических интерфейсов. Так, для стандартов 1000BASE-LX/SX/CX используется схема кодирования, отличная от схемы кодирования в стандарте 1000BASE-T. Функцию кодирования выполняет подуровень кодирования, размещенный ниже интерфейса GMII (Gigabit Media Independent Interface), который обеспечивает взаимодействие между уровнем MAC и физическим уровнем. Этот интерфейс является расширением интерфейса МП и может поддерживать скорости переда­чи 10, 100 и 1000 Мбит/с.

FDDI

Таблица 4.3 показывает структуру протоколов технологии FDDI в проекции на эталонную модель OSI. Определены протоколы физического уровня и подуров­ня MAC канального уровня.

Таблица 4.3. Структура протоколов в технологии FDDI

Уровни модели OSI	Протоколы FDDI
Канальный уровень	Подуровень доступа к среде MAC	SMT
Физический уровень	Подуровень PHY
	Подуровень PMD

Физический уровень разделен на два подуровня: независящий от среды под­уровень PHY (Physical Media Independent) и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent). Работу всех уровней контролирует протокол управления станцией SMT (Station Management). Подуровень PMD обеспечива­ет передачу данных от одной станции к другой по конкретной физической среде, а подуровень PHY выполняет кодирование и декодирование данных, циркули­рующих между подуровнем MAC и подуровнем PMD, а также обеспечивает тактирование информационных сигналов.

ATM

Применительно к технологии ATM физический уровень делится на два под­уровня: подуровень согласования с системой передачи (Transmission Convergen­ce, ТС) и подуровень физической среды (Physical Medium — РМ). Подуровень согласования с системой передачи выполняет упаковку ячеек, поступающих с верхнего уровня модели ATM, в передаваемые транспортные кадры. Например, если ячейки ATM передаются через канал ЕЗ (34 Мбит/с), они должны упако­вываться в поле данных кадра ЕЗ. В случае, когда ячейки передаются напрямую по физической линии без использования транспортных кадров, упаковка ячеек не требуется. На этом уровне выполняется также подсчет контрольной суммы и т. д. Подуровень физической среды регламентирует скорость передачи данных и отвечает за синхронизацию между передачей и приемом. В табл. 4.4 перечисле­ны подуровни физического уровня ATM.

Таблица 4.4. Подуровни физического уровня ATM

Подуровень	Назначение
Согласования с системой передачи	Согласование скорости ячеек Вычисление и проверка контрольной суммы Адаптация ячеек к формату передаваемого кадра Генерация и удаление кадров
Физической среды	Битовая синхронизация Передача в конкретной физической среде

В настоящее время существуют три организации, определяющие физический уровень технологии ATM: ANSI, ITU/CCITT и Форум ATM.

Стандарт ANSI T1.624 определяет три спецификации физического уровня для одномодового оптоволоконного кабеля, основанные на технологии SONET: STS-1 (51.84 Мбит/с), STS-Зс (155.52 Мбит/с) и STS-12c (622.08 Мбит/с). Кроме того, этот стандарт определяет работу на скорости 44.736 Мбит/с (DS3) с использованием протокола PLCP (Physical Layer Convergence Protocol, прото­кол согласования с физическим уровнем) из стандарта IEEE 802.6.

Рекомендация 1.432 комитета ITU определяет две спецификации физиче­ского уровня, основанные на синхронной цифровой иерархии SDH; STM-1 (155.52 Мбит/с) и STM-4 (622.08 Мбит/с). Ввиду того, что уровни STM-1 и STM-4 соответствуют уровням STS-3d и STS-12c технологии SONET, взаимо­действие между ними организуется достаточно просто. Помимо того, комитет ITU стандартизировал дополнительные спецификации физического уровня: DS1 (1.544 Мбит/с), Е1 (2.048 Мбит/с), DS2 (6.312 Мбит/с), ЕЗ (34.368 Мбит/с), DS3 (44.736 Мбит/с) с использованием PLCP и Е4 (139.264 Мбит/с).

Форум ATM определил четыре спецификации физического уровня для тех­нологии ATM: DS3 (44.736 Мбит/с), 100 Мбит/с, 155 Мбит/с и 622 Мбит/с.