Хорошо

Основы Datacom - Физический уровень и соответствующий протокол

281 0 2 0 0

Физический уровень - это самый низкий уровень в модели OSI компьютерной сети. Физический уровень: обеспечивает механические, электронные, функциональные и нормативные функции для создания, поддержания и разрушения физических каналов связи, необходимых для передачи данных. Проще говоря, физический уровень гарантирует, что исходные данные могут передаваться на различных физических носителях. Локальные и глобальные сети являются как уровнем 1, так и уровнем 2.

Физический уровень - это первый уровень OSI. Хотя он находится на нижнем уровне, он является основой всей открытой системы. Физический уровень обеспечивает среду передачи и устройства взаимосвязи для передачи данных между устройствами, обеспечивая надежную среду для передачи данных. Если вы хотите запомнить этот первый слой как можно меньшим количеством слов, это "сигнал и среда".

OSI включает в себя множество стандартных протоколов, включая RS-232, RS-449, X.21, V.35, ISDN, и протоколы физического уровня для FDDI, IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5.

В семиуровневой модели OSI компьютерных сетей физический уровень или уровень 1 является первым и самым низким уровнем. Реализацию этого уровня часто называют PHY.

Физический уровень состоит из базовых технологий передачи сетевого оборудования сети. Это фундаментальный уровень, лежащий в основе логических структур данных функций более высокого уровня в сети. Из-за множества доступных аппаратных технологий с широко различающимися характеристиками это, пожалуй, самый сложный уровень в архитектуре OSI.

Физический уровень определяет средства передачи необработанных битов, а не пакетов логических данных по физическому каналу, соединяющему узлы сети. Битовый поток может быть сгруппирован в кодовые слова или символы и преобразован в физический сигнал, который передается через аппаратную среду передачи. Физический уровень обеспечивает электрический, механический и процедурный интерфейс для среды передачи. Здесь указаны формы и свойства электрических разъемов, частоты для вещания, используемая схема модуляции и аналогичные параметры низкого уровня.

В рамках семантики сетевой архитектуры OSI физический уровень преобразует запросы логической связи с уровня канала данных в аппаратно-зависимые операции, влияющие на передачу или прием электронных сигналов.

 

Популярные технологии физического уровня

 

1-проводной


ARINC   818

Шина   цифрового видео авионики

Физический   уровень Bluetooth


CAN-шина

(сеть   контроллеров) физический уровень

DSL


EIA   RS-232

также:   EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485

Etherloop


Физический   уровень Ethernet

10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5,   100BASE-TX, 100BASE-FX, 100BASE-T, 1000BASE-T, 1000BASE-SX и другие

GSM

Физический   уровень радиоинтерфейса UM

G.hn/G.9960

физический   слой

I²C,   I²S


Интерфейс   IEEE 1394


ISDN


IRDA

физический   слой

ITU



Физический   уровень интерфейса процессора мобильной связи

OTN

Оптическая   транспортная сеть

SPI


SMB


Модемы   телефонной сети


USB

физический   слой

OSI Layer 1

 

Для передачи электрических сигналов требуется среда передачи. Распространенными средами передачи являются:

 

Коаксиальный кабель

При диаметре более 1 см внутри и снаружи четыре слоя: внешний изоляционный слой, сетчатый проводник, внутренний изоляционный слой и линия передачи данных. 

 

витая пара

В настоящее время наиболее широко используемый сетевой кабель подключается к устройству через интерфейс RJ45. Интерфейс RJ45 состоит из вилки и розетки. Конец сетевого кабеля называется штекерным разъемом, а интерфейс сетевого адаптера называется гнездовым разъемом.

Витая пара состоит из четырех пар проводов, скрученных вместе. Всего проводов восемь. В настоящее время используются всего две пары проводов. Одна пара используется для приема данных, а другая пара - для передачи данных.

 

оптическое волокно

Оптическое волокно - это волокно из кварца или пластика, которое передает сигналы через свет: электрический сигнал преобразуется в оптический сигнал оптическим передатчиком, а оптический сигнал передается вместе с оптическим волокном в пункт назначения, который затем преобразуется в электрический сигнал с помощью оптического приемника.

Оптические волокна подразделяются на одномодовые оптические волокна и многомодовые оптические волокна. В одномодовых волокнах используются лазеры с одной длиной волны. Многомодовые волокна используют белый свет и содержат волны разных длин. С точки зрения дальности передачи и эффективности одномодовые волокна обладают лучшими характеристиками.

Потери света, передаваемого в оптическом волокне, ниже, чем потери электричества, передаваемого по проводам. Однако обычно используются витые пары, потому что все интерфейсы должны быть заменены оптическими байонетами, а оптические волокна одинаковой длины дороже, чем витые пары.

 

Хаб

Концентраторы используются для подключения нескольких устройств, таких как компьютеры, принтеры, маршрутизаторы и т. д.

Сходства и различия между концентраторами и коммутаторами

Сходства:

Оба используются для подключения нескольких устройств и пересылки данных.

Отличия:

а. Количество портов зависит от количества портов. Количество портов на концентраторе невелико, обычно четыре порта, а количество портов на коммутаторе велико, обычно 24 или 48 портов.

б. Другой режим пересылки данных. Концентратор использует широковещательный режим. Концентратор пересылает информацию на все порты, кроме отправляющего. Все подключенные устройства могут получать информацию, что не способствует конфиденциальности информации. Коммутатор пересылает данные на основе MAC-адреса устройства и связан только с отправляющим и принимающим источником. Это предотвращает потерю данных и увеличивает пропускную способность.

c. Концентраторы относятся к уровню 1 OSI, а коммутаторы - к уровню 2 OSI. Коммутаторы превосходят концентраторы, которые постепенно уходят с рынка по мере развития технологий.

 

Топология сети и протокол CSMA/CD

Топология сети представляет способ подключения компьютеров друг к другу. Есть три способа

Топология шины

Все машины подключены к одному кабелю, и только одна машина может отправлять сообщения одновременно, поэтому чем больше машин, тем меньше шансов, что каждая машина сможет отправлять сообщения.

Когда несколько машин отправляют сообщения одновременно, возникает конфликт. В этом случае конфликт необходимо разрешить с помощью протокола CSMA/CD. Если две машины отправляют сообщения в одно и то же время, конфликтующие машины перестают отправлять сообщения, ждут произвольное время, а затем повторно отправляют сообщения. Если конфликт возникает снова, то ожидает случайной продолжительности.

Кольцевая топология

Все машины подключены к одному и тому же кабелю, но кабель образует петлю, все машины имеют общий токен, и только машина с токеном может говорить. Чем больше цикл, тем больше времени требуется для передачи токена.

Звездная топология

Это основная используемая в настоящее время топология сети. Все машины подключены к центральной машине, например к коммутатору, который отвечает за прием и отправку информации.

 

Функции физического уровня

1. Ниже приведены различные функции, выполняемые физическим уровнем модели OSI.

2. Представление битов: данные на этом уровне состоят из потока битов. Биты должны быть закодированы в сигналы для передачи. Он определяет тип кодирования, то есть то, как 0 и 1 заменяются на сигнал.

3. Скорость передачи данных: этот уровень определяет скорость передачи, которая представляет собой количество бит в секунду.

4. Синхронизация: это касается синхронизации передатчика и приемника. Отправитель и получатель синхронизируются на битовом уровне.

5. Интерфейс: физический уровень определяет интерфейс передачи между устройствами и средой передачи.

6. Конфигурация линии: этот уровень соединяет устройства со средой: конфигурация точка-точка и конфигурация многоточечной связи.

Топологии: устройства должны быть подключены с использованием следующих топологий: сетка, звезда, кольцо и шина.

7. Режимы передачи: Физический уровень определяет направление передачи между двумя устройствами: Simplex, Half Duplex, Full Duplex.

Занимается основной полосой и широкополосной передачей.


OSI


 

Проблемы проектирования на физическим уровнем

·         Физический уровень связан с передачей необработанных битов по каналу связи.

·         Проблема проектирования связана с тем, чтобы, когда одна сторона отправляет 1 бит, другая сторона получает его как 1 бит, а не как 0 бит.

 

·         Вот типичные вопросы:

§  Сколько вольт следует использовать для представления 1 бита, а сколько - для 0?

§  Сколько наносекунд длится бит?

§  Может ли передача происходить одновременно в обоих направлениях?

§  Может ли передача происходить одновременно в обоих направлениях?

§  Сколько контактов у сетевого разъема и для чего каждый контакт используется?

·         Проблемы проектирования здесь в основном связаны с механическими, электрическими и временными интерфейсами, а также с физической средой передачи, которая находится ниже физического уровня.

 

Основные проблемы, которые необходимо решить на физическом уровне:

(1) Физический уровень должен максимально защищать физические устройства и среду передачи, чтобы уровень канала данных не воспринимал различия и учитывал только протоколы и службы уровня.

(2) Предоставить пользователю услуги (уровень канала передачи данных) возможность передавать и принимать потоки битов (обычно потоки битов, передаваемые последовательно) через физическую среду передачи. Следовательно, физический уровень должен решать проблемы установления, поддержания и разъединения физических соединений. 

(3) Однозначно определяет цепь данных между двумя соседними системами.

Основные функции физического уровня: обеспечение путей передачи данных и передачи данных для оконечных устройств.

1. Укажите путь передачи данных для конечного устройства передачи данных. Путь передачи данных может быть одним физическим носителем или может быть сформирован путем подключения нескольких физических носителей. Полная передача данных, включая активацию физического соединения, передачу данных и завершение физического соединения. Активация означает, что независимо от того, сколько физических носителей задействовано, два терминальных устройства данных соединяются, образуя путь.

2. Передача данных: физический уровень должен формировать объект, подходящий для передачи данных, чтобы обслуживать передачу данных. Один из них - обеспечить правильную передачу данных, а другой - обеспечить достаточную пропускную способность. (Пропускная способность относится к количеству битов, которые могут быть переданы в секунду.) Для уменьшения перегрузки на канале. Режим передачи данных может соответствовать требованиям двухточечной, многоточечной, последовательной или параллельной, полудуплексной или полнодуплексной, синхронной или асинхронной передачи.

3. Завершите некоторое управление физическим уровнем.

Какие существуют протоколы на физическом уровне?

·      Модемы телефонной сети-V.92

·      EIARS-232, EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485

·      Физический уровень Ethernet, включая 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-TX и 100BASE-FX. 100BASE-T, 1000BASE-T, 1000BASE-SX и другие

·      Разновидности физического уровня 802.11 Wi-Fi

·      DSL

·      ISDN

·      T1 и другие каналы связи T-carrier, а также каналы E1 и другие каналы связи E-carrier

·      SONET/SDH

·      Оптическая транспортная сеть (OTN)

·      Физический уровень радиоинтерфейса GSMUm

·      Физический уровень Bluetooth

·      Интерфейс IEEE 1394

·      Физический уровень TransferJet

·      Etherloop

·      Цифровая видеошина ARINC 818 Avionics

·      Физический уровень G.hn/G.9960

·      CAN-шина (сеть контроллеров) физический уровень

 

Тип передачи данных на физическом уровне

Сигналы, передаваемые в среде передачи физического уровня, подразделяются на аналоговые и цифровые сигналы. Аналоговые сигналы используются для телефонов и кабельного телевидения дома, а цифровые сигналы используются для компьютеров для доступа в Интернет.

Когда дело касается аналоговых сигналов, нужно говорить о модемах. Поскольку самые ранние домашние сети были подключены к Интернету через телефонные линии, вам необходимо использовать модемы для преобразования цифровых сигналов и аналоговых сигналов.


OSI


·      Модуляция: преобразует цифровые сигналы в аналоговые сигналы

·      Демодуляция: преобразует аналоговые сигналы в цифровые.

Кто-то может спросить, что это за сигнал по волокну? Оптическое волокно - это только среда передачи. В оптоволоконной сети могут передаваться как аналоговые, так и цифровые сигналы. Устройства физического уровня на обоих концах определяют передаваемые сигналы.

 

Режим передачи данных физического уровня

·      Передача данных физического уровня может быть классифицирована на последовательную связь и параллельную связь в зависимости от количества используемых каналов.

Последовательная связь: Двоичный код символа передается по порядку от нижнего бита к верхнему биту. Во время передачи устанавливается канал.

Параллельная связь: двоичный код символа передается одновременно по восьми каналам. Для каждой передачи персонажа необходимо установить восемь каналов, что требует больших затрат.

Simplex, half-duplex и full-duplexрежимы зависят от направления и времени передачи сигнала.

Односторонняя связь: сообщения могут быть отправлены только в одном направлении, например, радио, радио, пейджер

Полудуплексная связь: сообщения могут отправляться только в одном направлении за раз, например, по радио.

Полнодуплексная связь: можно одновременно отправлять и получать сообщения, например сотовый телефон, телефон

 

Общие устройства физического уровня

·      NIC

·      Волоконная оптика

·      Кабель CAT-5

·      Разъем RJ-45

·      Концентратор обладает полноволновым эффектом.

·      Ретранслятор усиливает сигнал.

·      Последовательный порт

·      Параллельный порт

 


  • x

Комментарий

Выполните вход в систему, чтобы ответить на пост. Вход | Регистрация
Отправить

Внимание! В целях защиты правовых интересов Вас, сообщества и третьих лиц, не публикуйте любой материал, содержащий политические высказывания, порнографию, упоминание азартных игр, употребление наркотиков, а также материал, нарушающий коммерческую тайну или содержащий персональные данные пользователей. Также не предоставляйте данные от вашей учетной записи. Вы будете нести ответственность за все действия, выполняемые под вашим аккаунтом. Подробная информация: “Пользовательское соглашение.”

My Followers

Авторизуйтесь и пользуйтесь всеми преимуществами участника!

Вход

Заблокировать
Вы уверены, что хотите заблокировать этого пользователя?
Пользователи из вашего черного списка не могут комментировать ваши посты, не могут упоминать вас, не могут отправлять личные сообщения.
Напоминание
Пожалуйста, привяжите свой мобильный номер чтобы получить бонус за приглашение.
О защите информации
Благодарим за использование Huawei ICT Club! Мы хотим рассказать вам о том, как мы собираем, используем и храним ваши данные. Пожалуйста, внимательно ознакомьтесь с Политикой конфиденциальности и Пользовательским соглашением.