В семиуровневой модели OSI компьютерных сетей физический уровень или уровень 1 является первым и самым низким уровнем: уровень, наиболее тесно связанный с физическим соединением между устройствами. Физический уровень обеспечивает электрический, механический и процедурный интерфейс к среде передачи. Формы и свойства электрических разъемов , частоты для передачи, используемый линейный код и аналогичные низкоуровневые параметры определяются физическим уровнем.
На электрическом уровне физический уровень обычно реализуется выделенным чипом PHY или, в автоматизации электронного проектирования (EDA), блоком проектирования . В мобильных вычислениях широко используется семейство протоколов межсоединений MIPI Alliance *-PHY .
Исторически модель OSI тесно связана с сетевым взаимодействием, таким как набор протоколов Интернета и Ethernet , которые были разработаны в ту же эпоху, по схожим направлениям, хотя и с несколько разными абстракциями. Помимо сетевого взаимодействия, абстракция OSI может быть применена ко всем формам взаимодействия устройств в области передачи данных и вычислительной электроники.
Физический уровень определяет средства передачи потока необработанных битов [2] по физическому каналу передачи данных, соединяющему сетевые узлы . Поток битов 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 может быть реализован с помощью большого количества различных аппаратных технологий с сильно различающимися характеристиками. [4]
В рамках семантики модели OSI физический уровень преобразует логические коммуникационные запросы из канального уровня в аппаратно-специфические операции, вызывающие передачу или прием электронных (или других) сигналов. [5] [6] Физический уровень поддерживает более высокие уровни, отвечающие за генерацию логических пакетов данных .
В сети, использующей архитектуру взаимодействия открытых систем (OSI), физический подуровень сигнализации представляет собой часть физического уровня, которая [7] [8]
Набор протоколов Интернета , как определено в RFC 1122 и RFC 1123, является высокоуровневым сетевым описанием, используемым для Интернета и подобных сетей. Он не определяет слой, который имеет дело исключительно со спецификациями и интерфейсами на уровне оборудования, поскольку эта модель не касается непосредственно физических интерфейсов. [9] [10]
Основные функции и услуги, выполняемые физическим уровнем, следующие: Физический уровень выполняет побитовую или посимвольную доставку данных по физической среде передачи . [11] Он предоставляет стандартизированный интерфейс к среде передачи, включая [12] [13] механическую спецификацию электрических соединителей и кабелей , например максимальную длину кабеля, электрическую спецификацию уровня сигнала линии передачи и импеданса . Физический уровень отвечает за электромагнитную совместимость , включая распределение частот электромагнитного спектра и спецификацию силы сигнала , аналоговую полосу пропускания и т. д. Среда передачи может быть электрической или оптической по оптоволокну или беспроводной линии связи, такой как оптическая связь в свободном пространстве или радио .
Линейное кодирование используется для преобразования данных в шаблон электрических колебаний, которые могут быть модулированы на несущей волне или инфракрасном свете . Поток данных управляется с помощью битовой синхронизации в синхронной последовательной связи или старт-стопной сигнализации и управления потоком в асинхронной последовательной связи . Совместное использование среды передачи между несколькими участниками сети может осуществляться с помощью простой коммутации каналов или мультиплексирования . Более сложные протоколы управления доступом к среде для совместного использования среды передачи могут использовать обнаружение несущей и коллизий , например, в множественном доступе с контролем несущей и обнаружением коллизий Ethernet (CSMA/CD).
Для оптимизации надежности и эффективности могут использоваться методы обработки сигналов, такие как выравнивание , обучающие последовательности и формирование импульсов . Для дальнейшего повышения надежности могут применяться коды и методы исправления ошибок, включая прямое исправление ошибок [14] .
Другие темы, связанные с физическим уровнем, включают: скорость передачи данных ; конфигурация линии «точка-точка» , «многоточка» или «точка-многоточка» ; топология физической сети , например , шинная , кольцевая , ячеистая или звездообразная сеть ; последовательная или параллельная связь; симплексный , полудуплексный или полнодуплексный режим передачи; и автосогласование [15]
PHY (аббревиатура от Physical Layer ) — это электронная схема , обычно реализуемая в виде интегральной схемы , необходимая для реализации функций физического уровня модели OSI в контроллере сетевого интерфейса .
PHY подключает устройство канального уровня (часто называемое MAC как аббревиатура от medium access control ) к физической среде, такой как оптоволоконный или медный кабель . Устройство PHY обычно включает в себя как физический подуровень кодирования (PCS), так и функциональность 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 .
Ethernet PHY — это компонент, работающий на физическом уровне сетевой модели OSI . Он реализует часть физического уровня Ethernet. Его цель — предоставить аналоговый сигнальный физический доступ к каналу. Обычно он сопряжен с независимым от среды интерфейсом (MII) с чипом MAC в микроконтроллере или другой системе, которая отвечает за функции более высокого уровня.
Точнее, Ethernet PHY — это чип, который реализует функцию аппаратной отправки и приема кадров Ethernet ; он взаимодействует между аналоговым доменом модуляции линии Ethernet и цифровым доменом пакетной сигнализации канального уровня . [17] PHY обычно не обрабатывает MAC-адресацию, так как это работа канального уровня . Аналогично, функциональность Wake-on-LAN и Boot ROM реализована в сетевой интерфейсной карте (NIC), которая может иметь PHY, MAC и другие функции, интегрированные в один чип или в виде отдельных чипов.
Обычные интерфейсы Ethernet включают оптоволокно или две-четыре медные пары для передачи данных. Однако теперь существует новый интерфейс, называемый Single Pair Ethernet (SPE), который может использовать одну пару медных проводов, продолжая при этом общаться на предполагаемых скоростях. Texas Instruments DP83TD510E [18] является примером PHY, который использует SPE.
Примерами служат семейства Microsemi SimpliPHY и SynchroPHY VSC82xx/84xx/85xx/86xx, трансиверы Marvell Alaska 88E1310/88E1310S/88E1318/88E1318S Gigabit Ethernet, семейство Texas Instruments DP838xx [19] и предложения от Intel [20] и ICS [21] .
Следующие технологии предоставляют услуги физического уровня: [22]
В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C, являющиеся общественным достоянием . Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22.