Физический уровень
| Модель OSI по слою |
|---|
В семиуровневой модели компьютерной сети OSI физический уровень или уровень 1 является первым и самым низким уровнем: уровнем, наиболее тесно связанным с физическим соединением между устройствами. Физический уровень обеспечивает электрический, механический и процедурный интерфейс со средой передачи. Формы и свойства электрических разъемов , частоты передачи, используемый линейный код и аналогичные параметры низкого уровня определяются физическим уровнем.
На электрическом уровне физический уровень обычно реализуется с помощью выделенного PHY- чипа или, в системе автоматизации электронного проектирования (EDA), с помощью блока проектирования . В мобильных вычислениях MIPI Alliance *-PHY широко используется семейство протоколов межсоединения .
Исторически модель OSI тесно связана с межсетевыми сетями, такими как набор протоколов Интернета и Ethernet , которые были разработаны в одну и ту же эпоху по схожим направлениям, хотя и с несколько разными абстракциями. Помимо межсетевого взаимодействия, абстракция OSI может быть применена ко всем формам взаимодействия устройств в области передачи данных и вычислительной электроники.
Роль
[ редактировать ]Физический уровень определяет средства передачи потока необработанных битов. [2] по физическому каналу передачи данных, соединяющему сетевые узлы . Битовый поток может быть сгруппирован в кодовые слова или символы и преобразован в физический сигнал , который передается по среде передачи .
Физический уровень состоит из технологий передачи электронных цепей сети. [3] Это фундаментальный уровень, лежащий в основе функций более высокого уровня в сети, и он может быть реализован с помощью большого количества различных аппаратных технологий с широко варьирующимися характеристиками. [4]
В рамках семантики модели OSI физический уровень преобразует логические запросы связи от уровня канала передачи данных в операции, специфичные для оборудования, чтобы вызвать передачу или прием электронных (или других) сигналов. [5] [6] Физический уровень поддерживает более высокие уровни, отвечающие за генерацию пакетов логических данных .
Подуровень физической сигнализации
[ редактировать ]В сети, использующей архитектуру взаимодействия открытых систем (OSI), подуровень физической сигнализации — это часть физического уровня, которая [7] [8]
- канального уровня , интерфейсы с подуровнем управления доступом к среде (MAC)
- выполняет символов кодирование , передачу , прием и декодирование и,
- осуществляет гальваническую развязку .
Связь с набором интернет-протоколов
[ редактировать ]Набор интернет-протоколов , определенный в RFC 1122 и RFC 1123 , представляет собой описание сети высокого уровня, используемое для Интернета и подобных сетей. Она не определяет уровень, который занимается исключительно спецификациями и интерфейсами аппаратного уровня, поскольку эта модель не касается непосредственно физических интерфейсов. [9] [10]
Услуги
[ редактировать ]Основными функциями и услугами, выполняемыми физическим уровнем, являются:Физический уровень осуществляет побитовую или посимвольную доставку данных по физической среде передачи . [11] Он обеспечивает стандартизированный интерфейс для среды передачи, включая [12] [13] механические характеристики электрических разъемов и кабелей , например максимальная длина кабеля, электрические характеристики линии передачи уровня сигнала и импеданса . Физический уровень отвечает за электромагнитную совместимость , включая электромагнитного спектра распределение частот и определение мощности сигнала , аналоговой полосы пропускания и т. д. Среда передачи может быть электрической или оптической по оптическому волокну или беспроводной линии связи, такой как оптическая связь в свободном пространстве или радиосвязь .
Линейное кодирование используется для преобразования данных в структуру электрических колебаний, которые можно модулировать или несущей волной инфракрасным светом . Поток данных управляется с помощью битовой синхронизации при синхронной последовательной связи или сигнализации старт-стоп и управления потоком при асинхронной последовательной связи . Совместное использование среды передачи между несколькими участниками сети может осуществляться путем простой коммутации каналов или мультиплексирования . Более сложные протоколы управления доступом к среде передачи для совместного использования среды передачи могут использовать контроль несущей и обнаружение конфликтов , например, в множественном доступе Ethernet с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD).
такие методы обработки сигналов, как коррекция , обучающие последовательности и формирование импульсов Для оптимизации надежности и эффективности могут использоваться . Коды и методы исправления ошибок, включая прямое исправление ошибок [14] могут быть применены для дальнейшего повышения надежности.
Другие темы, связанные с физическим уровнем, включают: скорость передачи данных ; «точка-точка» , «многоточка» или «точка-многоточка» конфигурация линии ; физическая топология сети , например шинная , , кольцевая , ячеистая или звездообразная сеть ; последовательная или параллельная связь; симплексный , полудуплексный или полнодуплексный режим передачи; и автосогласование [15]
ФИЗИЧЕСКИЙ
[ редактировать ]
PHY , обычно , аббревиатура физического уровня , представляет собой электронную схему реализованную в виде интегральной схемы , необходимую для реализации функций физического уровня модели OSI в контроллере сетевого интерфейса .
PHY подключает устройство канального уровня (часто называемое MAC как аббревиатура от управления доступом к среде ) к физической среде, такой как оптоволоконный или медный кабель . Устройство PHY обычно включает в себя функциональные возможности как физического подуровня кодирования (PCS), так и уровня , зависящего от физической среды (PMD). [16]
-PHY также может использоваться в качестве суффикса для формирования короткого имени, ссылающегося на определенный протокол физического уровня, например M-PHY .
Модульные трансиверы для оптоволоконной связи (например, семейство SFP ) дополняют чип PHY и образуют подуровень PMD .
Физический приемопередатчик Ethernet
[ редактировать ]
Ethernet PHY — это компонент, который работает на физическом уровне сетевой модели OSI . Он реализует часть физического уровня Ethernet. Его цель — обеспечить физический доступ аналогового сигнала к каналу связи. Обычно он связан с независимым от среды интерфейсом (MII) с микросхемой MAC в микроконтроллере или другой системе, которая отвечает за функции более высокого уровня.
Более конкретно, Ethernet PHY — это микросхема, которая реализует аппаратную функцию отправки и получения кадров Ethernet ; он является интерфейсом между аналоговой областью линейной модуляции Ethernet и цифровой областью пакетной сигнализации канального уровня . [17] PHY обычно не обрабатывает MAC-адресацию, поскольку это работа канального уровня . Аналогично, функции Wake-on-LAN и Boot ROM реализованы в сетевой интерфейсной карте (NIC), которая может иметь PHY, MAC и другие функции, интегрированные в одну микросхему или в виде отдельных микросхем.
Общие интерфейсы Ethernet включают оптоволокно или две-четыре медные пары для передачи данных. Однако теперь существует новый интерфейс под названием Single Pair Ethernet (SPE), который может использовать одну пару медных проводов, сохраняя при этом связь на запланированных скоростях. Техасские инструменты DP83TD510E [18] является примером PHY, который использует SPE.
Примеры включают семейство Microsemi SimpliPHY и SynchroPHY VSC82xx/84xx/85xx/86xx, трансиверы Gigabit Ethernet Marvell Alaska 88E1310/88E1310S/88E1318/88E1318S, семейство Texas Instruments DP838xx. [19] и предложения от Intel [20] и ИКС. [21]
Другие приложения
[ редактировать ]- Беспроводная локальная сеть или Wi-Fi . PHY-часть состоит из радиочастотной части, части смешанных сигналов и аналоговой части, которые часто называются приемопередатчиками, а также части цифровой основной полосы частот, которая использует процессор цифровых сигналов (DSP) и обработку алгоритмов связи, включая коды каналов . Обычно эти части PHY интегрируются с уровнем управления доступом к среде (MAC) в реализациях системы на кристалле (SOC). Аналогичные беспроводные приложения включают 3G / 4G / LTE / 5G , WiMAX и UWB .
- Универсальная последовательная шина (USB). Чип PHY интегрирован в большинство контроллеров USB в хостах или встроенных системах и обеспечивает мост между цифровой и модулированной частями интерфейса.
- IrDA: Спецификация Ассоциации инфракрасных данных (IrDA) включает спецификацию IrPHY для физического уровня передачи данных.
- Serial ATA (SATA). Контроллеры Serial ATA используют PHY.
Технологии
[ редактировать ]Следующие технологии предоставляют услуги физического уровня: [22]
- 1-проводной
- ARINC 818 Avionics Цифровая видеошина
- Bluetooth Физический уровень
- Физический уровень CAN-шины (сети контроллера)
- DSL
- EIA RS-232 , EIA-422 , EIA-423 , RS-449 , RS-485
- Эфирный цикл
- Физический уровень Ethernet , включая 10BASE-T , 10BASE2 , 10BASE5 , 100BASE-TX , 100BASE-FX , 1000BASE-T , 1000BASE-SX и другие варианты
- G.hn/G.9960 уровень Физический
- GSM Um радиоинтерфейса Физический уровень
- UMTS Физический уровень радиоинтерфейса
- LTE Физический уровень радиоинтерфейса
- 5G Физический уровень радиоинтерфейса
- спутниковой связи Физические уровни
- IEEE 802.15.4 Физические уровни
- Интерфейс IEEE 1394
- IRDA Физический уровень
- ISDN
- Рекомендации МСЭ : см. МСЭ-Т.
- I²C , I²S
- Лора
- Низковольтная дифференциальная сигнализация
- интерфейса процессора мобильной промышленности Физический уровень
- Модулированный ультразвук
- Оптическая транспортная сеть (OTN)
- СМБ
- СОНЕТ/СДХ
- СПИ
- T1 и другие каналы T-несущей , а также E1 и другие E-несущей . каналы
- Telephone network modems — ITU-T V.92
- TransferJet Физический уровень
- USB Физический уровень
- PCI Express Физический уровень
- 802.11 Wi-Fi Физический уровень
- Видимая световая связь , скоординированная по стандарту IEEE 802.15.7.
- х10
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «X.225: Информационные технологии – Взаимосвязь открытых систем – Протокол сеанса, ориентированный на соединение: Спецификация протокола» . Архивировано из оригинала 1 февраля 2021 года . Проверено 10 марта 2023 г.
- ^ Горри Фэйрхерст (1 января 2001 г.). «Физический уровень» . Архивировано из оригинала 18 июня 2009 г.
- ^ Айенгар, Шишарама (2010). Основы программирования сенсорных сетей . Уайли. п. 136. ИСБН 978-1423902454 .
- ^ «Физический уровень | InterWorks» . Интерворкс . 30 июля 2011 г. Проверено 14 августа 2018 г.
- ^ Шоу, Кейт (22 октября 2018 г.). «Модель OSI объясняет: как понять (и запомнить) семиуровневую сетевую модель» . Сетевой мир . Архивировано из оригинала 4 декабря 2017 года . Проверено 15 февраля 2019 г.
- ^ «ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ И СЕТИ» . Исследовательские ворота . Проверено 15 февраля 2019 г.
- ^
В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. - ^ «подуровень физической сигнализации (PLS)» . Архивировано из оригинала 27 декабря 2010 г. Проверено 29 июля 2011 г.
- ^ "rfc1122" . datatracker.ietf.org . Проверено 28 июля 2021 г.
- ^ «rfc1123» . datatracker.ietf.org . Проверено 28 июля 2021 г.
- ^ Шекхар, Амар (7 апреля 2016 г.). «Физический уровень модели OSI: рабочие функции и протоколы» . Фоссбайты . Проверено 15 февраля 2019 г.
- ^ Бэйлисс, Колин Р.; Бэйлисс, Колин; Харди, Брайан (14 февраля 2012 г.). Электротехника передачи и распределения . Эльзевир. ISBN 9780080969121 .
- ^ «Сертификация CCNA/физический уровень — Wikibooks, открытые книги для открытого мира» . ru.wikibooks.org . Проверено 15 февраля 2019 г.
- ^ Берцекас, Дмитрий; Галлагер, Роберт (1992). Сети передачи данных . Прентис Холл. п. 61 . ISBN 0-13-200916-1 .
- ^ Форузан, Бехруз А.; Феган, София Чанг (2007). Передача данных и сети . Хуга Медиа. ISBN 9780072967753 .
- ^ Маурисио Аррегосес; Маурицио Портолани (2003). Основы дата-центра . ISBN 9781587050237 . Проверено 18 ноября 2015 г.
- ^ «Микроконтроллер — в чем разница между чипом PHY и MAC — Stack Overflow на русском Electronics.stackexchange.com. 11 июля 2013 г. Проверено 18 ноября 2015 г.
- ^ «DP83TD510E со сверхнизким энергопотреблением 802.3cg 10Base-T1L, 10M, однопарный Ethernet PHY» (PDF) . Техасские инструменты . Проверено 12 октября 2020 г.
- ^ «Физические уровни Ethernet» . Техасские инструменты . Проверено 12 октября 2020 г.
- ^ Брошюра о PHY-контроллерах Intel
- ^ osuosl.org - Техническое описание интегрированного PHYceiver ICS1890 10Base-T/100Base-TX
- ^ «Физический уровень | Уровень 1» . Модель OSI . Проверено 28 июля 2021 г.
