Capa Física Del Modelo OSI

Capa Física del modelo OSI

La función de la capa física de OSI es la de codificar en señales los dígitos binarios que representan las tramas de la capa de enlace de datos, además de transmitir y recibir estas señales a través de los medios físicos (alambres de cobre, fibra óptica o medio inalámbrico) que conectan los dispositivos de la red.

La capa física: Señales de comunicación

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.

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.

Capa física: Funcionamiento

Los medios no transportan la trama como una única entidad. Los medios transportan señales, una por vez, para representar los bits que conforman la trama.

Existen tres tipos básicos de medios de red en los cuales se representan los datos:

• Cable de cobre

• Fibra

• Inalámbrico

La presentación de los bits -es decir, el tipo de señal- depende del tipo de medio. Para los medios de cable de cobre, las señales son patrones de pulsos eléctricos. Para los medios de fibra, las señales son patrones de luz. Para los medios inalámbricos, las señales son patrones de transmisiones de radio.

Identificación de una trama

Para habilitar un dispositivo receptor a fin de reconocer de manera clara el límite de una trama, el dispositivo transmisor agrega señales para designar el comienzo y el final de una trama. Estas señales representan patrones específicos de bits que sólo se utilizan para indicar el comienzo y el final de una trama.

Capa física: Estándares

La capa física consiste en un hardware creado por ingenieros en forma de conectores, medios y circuitos electrónicos.

Por lo tanto, es necesario que las principales organizaciones especializadas en ingeniería eléctrica y en comunicaciones definan los estándares que rigen este hardware.

Al igual que otras tecnologías asociadas con la capa de Enlace de datos, 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.

Hardware y tecnologías de la Capa física

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.

Todos los componentes de hardware, como adaptadores de red (NIC, Tarjeta de interfaz de red), interfaces y conectores, material y diseño de los cables, se especifican en los estándares asociados con la capa física.

Principios fundamentales de la capa física

Las tres funciones esenciales de la capa física son:

• Los componentes físicos

• Codificación de datos

• Señalización

Los elementos físicos

Son los dispositivos electrónicos de hardware, medios y conectores que transmiten y transportan las señales para representar los bits.

Codificación

La codificación es un 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

La capa física debe generar las señales inalámbricas, ópticas o eléctricas que representan el "1" y el "0" en los medios.

El método de representación de bits se denomina método de señalización.

Señalización y codificación física: Representación de bits

Señalización de bits para los medios

La capa física representa cada uno de los bits de la trama como una señal. Cada señal ubicada en los medios cuenta con un plazo específico de tiempo para ocupar los medios. Esto se denomina tiempo de bit. Las señales se procesan mediante el dispositivo receptor y se vuelven a enviar para representarlas como bits.

En la capa física del nodo receptor, las señales se vuelven a convertir en bits. Luego se examinan los bits para los patrones de bits del comienzo y el final de la trama con el objetivo de determinar si se ha recibido una trama completa.

Luego la capa física envía todos los bits de una trama a la capa de Enlace de datos.

Métodos de señalización

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

• Amplitud

• Frecuencia

• Fase

La naturaleza de las señales reales que representan los bits en los medios dependerá del método de señalización que se utilice. Algunos métodos pueden utilizar un atributo de señal para representar un único 0 y utilizar otro atributo de señal para representar un único 1.

El método de señalización utilizado debe ser compatible con un estándar para que el receptor pueda detectar las señales y decodificarlas

Señalización NRZ

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.

Codificación Manchester

En lugar de representar bits como impulsos de valores simples de voltaje, en el esquema de codificación Manchester, los valores de bit se representan como transiciones de voltaje.

Por ejemplo, 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.

Codificación: Agrupación de bits

Utilizamos la palabra codificación para representar una agrupación simbólica de bits antes de ser presentados a los medios.

A medida que utilizamos mayores velocidades en los medios, existe la posibilidad de que se corrompan los datos.

La capa física del dispositivo de red debe ser capaz de detectar señales legítimas de datos e ignorar señales aleatorias sin datos que también pueden encontrarse en el medio físico. El stream de señales que se transmite necesita iniciarse de tal forma que el receptor reconozca el comienzo y el final de la trama.

Patrones de señales

Una forma de detectar tramas es iniciar cada trama con un patrón de señales que represente los bits que la capa física reconoce como indicador del comienzo de una trama.

La figura describe algunos de los objetivos de la señalización de patrones. Los patrones de señales

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