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. El objetivo de la capa física es crear la señal óptica, eléctrica o de microondas que representa a los bits en cada trama.
Aunque indicar el comienzo de una trama es una función de la capa de enlace de datos, muchas tecnologías pueden agregar sus propias señales en la capa física para indicar el comienzo y el final de la trama.
La capa física consiste en un hardware (conectores, medios y circuitos electrónicos), al contrario que las operaciones y los protocolos de las capas superiores que son por software.
Las tecnologías de capa física incluyen cuatro áreas de estándares:
- 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.
Las tres funciones esenciales de la capa física son:
- Los componentes físicos.
- Codificación: Convierte un stream de bits de datos en un código predefinido.
- Señalización: El método de representación de bits se denomina método de señalización. Los bits se representan al cambiar una o más de las siguientes características: Amplitud, frecuencia o fase Ej: señalización NRZ (adecuado para enlaces lentos). Utiliza ineficientemente el ancho de banda y es susceptible a la interferencia electromagnética. Los límites entre bits pueden perderse al transmitir secuencias largas consecutivas de 1 ó Ø. Los 1 se representan con tensión y los Ø sin tensión. Ej: codificación Manchester: Más eficiente que la anterior aunque no eficiente para velocidades elevadas. La codificación Manchester utiliza el cambio en el nivel de señal en la mitad del tiempo de bit para representar los bits. Es el utilizado en Ethernet 10 BASE T
Un grupo de códigos es una secuencia consecutiva de bits de código que se interpretan y asignan como patrones de bits de datos. Los grupos de códigos se utilizan como técnica de codificación en tecnologías LAN de mayor velocidad. Este paso previo al de generar señales de voltaje, luz o radiofrecuencia. La transmisión de símbolos mejora la capacidad para detectar errores y la sincronización de los tiempos entre los dispositivos receptores y transmisores. Si bien la utilización de grupos de códigos genera sobrecarga debido a los bits adicionales que se transmiten, se logra mejorar la solidez del enlace. Entre las ventajas de utilizar grupos de códigos se incluyen: Reducción del nivel de error en los bits, limitación de la energía efectiva transmitida a los medios, ayuda para distinguir los bits de datos de los bits de control y mejoras en la detección de errores en los medios. Ej: Codificación 4B/5B: 4 bits (cuartetos) de datos se convierten en un código de 5 bits (símbolos) para la transmisión. 4B/5B garantiza la aplicación de al menos un cambio de nivel por código para proporcionar sincronización. La mayoría de los códigos utilizados en 4B/5B equilibran la cantidad de números 1 y Ø utilizados en cada símbolo.
La transferencia de datos puede medirse de tres formas: Ancho de banda (cantidad de información que puede fluir desde un lugar a otro en un periodo de tiempo determinado). El ancho de banda de una red viene determinado por las propiedades de la tecnología y los medios físicos elegidos), rendimiento (es la medida de transferencia de bits a través de los medios durante un periodo de tiempo determinado. Entre los factores que influyen en el rendimiento se incluye la cantidad y tipo de tráfico, además de la cantidad de dispositivos de red que se encuentran en la red) y capacidad de transferencia útil (es la medida de datos (nivel aplicación) utilizables transferidos durante un periodo de tiempo determinado. Es la más interesante para los usuarios).
Las ondas de radio y los dispositivos electromagnéticos como luces fluorescentes, motores eléctricos y otros dispositivos representan una posible fuente de ruido para el cobre. Los tipos de cable con blindaje o trenzado de pares de alambre minimizan la degradación de señales debido al ruido electrónico.
UTP (Cable par trenzado no blindado)
STP (Par trenzado blindado) (Usado en nuevo estándar 10Gb)
El cableado de fibra óptica utiliza fibras de plástico o de vidrio para guiar los impulsos de luz desde el origen al destino. Es inmune a la interferencia electromagnética. Es más cara, necesita uso técnico y más delicada que el cobre. Los fotodiodos transforman la luz en voltajes.
Fibras monomodo: Emitido desde un láser. La luz viaja por el centro de la fibra y puede transmitir distancias muy largas (hasta 100Km).
Fibras multimodos: Utiliza emisores led. La luz del led entra en la fibra con diferentes ángulos. Al ingresar con diferentes ángulos, en distancias largas se produce la dispersión modal, lo que limita la longitud de los segmentos de fibra (2Km). Es más barata que la monomodo.
Los medios inalámbricos transportan señales electromagnéticas mediante frecuencias de microondas y radiofrecuencias. Puede tener interferencias por dispositivos como móviles, algunas luces fluorescentes, hornos microondas y otras comunicaciones inalámbricas.
Estándares inalámbricos:
- IEEE 802.11: Denominado WIFI, tecnología LAN inalámbrica (WLAN) que utiliza una contención o sistema no determinista con el proceso de acceso a los medios de acceso múltiple con detección de portadora/prevención de colisiones (CSMA/CA).
- IEEE 802.15: Red de área personal inalámbrica (WPAN), comúnmente denominada Bluetooth. Utiliza un proceso de emparejamiento de dispositivos que permite comunicarse hasta 100 metros.
- IEEE 802.16: Comúnmente conocida como WIMAX (interoperabilidad mundial para el acceso por microondas). Utiliza una tecnología punto a multipunto.
- Sistema global para comunicaciones móviles (GSM). Incluye especificaciones de capa física que habilitan la implementación del protocolo servicio general de radio por paquetes (GPRS) de capa 2 para proporcionar la transferencia de datos a través de redes móviles.
- Comunicaciones satélites. GPRS permite la transferencia de datos entre estaciones terrestres y satélites.
WLAN: Requiere los siguientes dispositivos de red:
- Punto de acceso inalámbrico (AP): Concentra las señales inalámbricas de los usuarios y se conecta a la infraestructura de red existente.
- NIC inalámbricos.
Estándares WLAN:
- 802.11a: Opera en una banda de frecuencia de 5GHz y ofrece velocidades de hasta 54 Mbps. Al operar en una frecuencia muy grande atraviesa mal la estructura de los edificios y tiene menos cobertura.
- 802.11b: Opera a 2,4 GHz y ofrece velocidades de 11 Mbps. Tienen mayor alcance y penetran mejor las estructuras.
- 802.11g: Opera a 2,4 GHz y ofrece velocidades de 54Mbps.
- 802.11n: En desarrollo. Opera a 2,4 ó 5 GHz. Se espera velocidades de 100 a 210 Mbps con un alcance de hasta 70 metros.
Conectores fibra óptica:
- Punta recta (ST): utilizado en fibra multimodo (Nota: Similar a BNC)
- Conectar suscriptor (SC): utilizada en fibra monomodo (Nota: Mayor que el LC)
- Conector lucent (LC): posibilidad de monomodo y multimodo (Nota: Es el más pequeño)
Los reflectómetros ópticos de dominio de tiempo (OTDR) permiten probar un segmento de fibra óptica.
