Фізичний рівень моделі

Навчальні питання
Роль і функції фізичного рівня
Кодування і передача даних
Характеристики лінії зв'язку

Література
Урок №8 - Physical Layer, 1 частина курсу CCNA Exploration – Network Fundamental

Мета лекції
Ознайомитися з призначенням і функціями фізичного рівня моделі OSI
Розкрити сутність фундаментальних функцій, що виконуються фізичним рівнем – кодування і передача даних
Вивчити основні характеристики лінії зв'язку

Вступ

1. Роль і функції фізичного рівня

Фізичний рівень
Метою фізичного рівня є створення електричних, оптичних сигналів або електромагнітних хвиль, якими будуть представлені у відповідному середовище передавання біти кожного фрейму

Фізичний рівень
Визначає
Середовище передачі та конектори
Представлення бітів кадру у середовище передачі
Кодування інформації
Схеми передавача й приймача

Фізичний рівень
Типи середовища передачі
Мідний кабель
Оптичне волокно
Бездротова мережа
Coaxial Twisted Pair
Fiber Optic
Wireless

Фізичний рівень
Фізичний рівень
стандартизує
Фізичні та електричні властивості середовища передачі
Механічні властивості кабелю: розмір, конструкція, розпаювання контактів
Сигнали, за допомогою яких представляються біти даних кадру
Сигнали управління інформацією

Фізичний рівень
Функції фізичного рівня
реалізуються апаратним способом

Фізичний рівень
Фундаментальні функції фізичного рівня
Кодування даних
Передача даних
Encoding
Кодування є методом перетворення потоку бітів даних у визначені коди
Signaling

Питання

2. Кодування і передача даних

2.1. Кодування даних
Encoding

Кодування даних
Кодування виконується над групою бітів з метою створення передбачуваних кодів (predictable pattern), які можуть бути гарантовано розпізнані приймачем
Використання передбачуваних кодів допомагає відрізняти біти даних від бітів управляючих сигналів і покращує виявлення помилок

Групування бітів
Мета: покращення ефективності передачі даних на високої швидкості – групування бітів дозволяє краще виявляти помилки.
Сутність групування полягає в тому, що біти кадру представляються єдиною групою, до якої додаються біти груп, що позначають початок і кінець фрейму.

Групування бітів
З іншого боку групування бітів використовується для заміни довгих послідовностей, що складаються з одних 1 або 0, кодовими комбінаціями, в яких 1 і 0 змішані.
Це необхідно для покращення синхронізації між передавачем й приймачем, що в свою чергу, забезпечує покращення виявлення помилок і надійності розпізнання даних

Приклад коду

2.2. Передача даних
Signaling

Передача даних
Пристрої, що працюють на фізичному рівні мають створювати електричні та оптичні сигнали або сигнали бездротових мереж, якими буде представлятися двійкова інформація – «1» або «0»
Метод представлення бітів сигналами називається методом передачі
Стандарти фізичного рівня визначають типи сигналів, що використовуються для представлення «1» або «0». Це може бути проста зміна рівня електричного сигналу (світлового імпульсу) або більш складні методи

Цифрове кодування
Методи цифрового кодування
Потенційні коди
Імпульсні коди
Для представлення 1 або 0 використовується значення потенціалу сигналу
Приклади: коди NRZ, NRZI
Для представлення 1 або 0 використовується імпульси визначеної полярності або перепади потенціалу – фронт імпульсу
Приклади: біполярний імпульсний код, манчестерський код

Код NRZ
Потенційний код без вертання до нуля
(Non Return To Zero, NRZ)
- при передачі послідовності “1” сигнал не вертається до нуля на протязі такту
Переваги:
- простота реалізації
- добре виявляє помилки
Недолік:
- потребує синхронізації (під час передачі довгої послідовності 1 або 0 сигнал в лінії не змінюється)
Bit time
Бітовий інтервал – час передачі одного біту

Синхронізація
Синхронізація потрібна для того, щоб приймач точно знав, в який момент часу необхідно зчитувати нову інформацію з лінії зв'язку
Разом з даними, по окремим дротам передається тактова послідовність для синхронізації
Недоліки способу:
не придатний для передачі на великі відстані (середовище передачі неоднорідне)
вимагає використання додаткових дротів
Варіант організації синхронізації
тактова послідовність

Манчестерський код
Код, що самосинхронізується
Імпульсне кодування
У даному коді для представлення 1 або 0 використовується перепад потенціалу - фронт імпульсу
Кожний такт ділиться на 2 частині, дані кодуються перепадами потенціалу, що відбуваються в середині кожного такту
Використовується для передачі даних у мережі Ethernet 10Base-T зі швидкістю передавання 10 Мбіт/с

Питання

3. Характеристики лінії зв'язку

Смуга пропускання
Смуга пропускання (bandwidth) - кількісне вираження спроможності каналу передавати інформацію.
Для цифрових каналів - максимальна кількість біт в секунду.
Digital bandwidth measures the amount of information that can flow from one place to another in a given amount of time.

Пропускна здатність
Throughput is the measure of the transfer of bits across the media over a given period of time.

Пропускна здатність
Залежіть від багатьох факторів, наприклад, методу кодування
Ethernet 10Base-T, UTP CAT3
Fast Ethernet 100Base-T4, UTP CAT3
Манчестерський код
Код 8В/6Т
Пропускна здатність ~
10 Мбіт/с
Пропускна здатність ~
33 Мбіт/с

Ефективна пропускна здатність
Ефективна пропускна здатність (goodput) – кількість даних, що були успішно передані з одного боку мережевого з'єднання на іншій за одиницю часу.

Співвідношення
bandwidth
Bandwidth
Throughput
Goodput
100 Мбіт/с
60 Мбіт/с
40 Мбіт/с

Стандарти Ethernet

Вправа

Вправа

Висновки
Фізичний рівень - найнижчий рівень моделі OSI, призначений безпосередньо для передачі потоку даних.
Здійснює передачу електричних або оптичних сигналів у кабель і відповідно - прийом і перетворення в біти даних відповідно до методів кодування цифрових сигналів.
На цьому рівні працюють концентратори й повторювачі сигналу.
Фізичний рівень визначає електричні, процедурні і функціональні специфікації для середовища передачі даних, в тому числі конектори, розпаювання і призначення контактів, рівні напруги, синхронізацію зміни напруги, кодування сигналу.