لایه فیزیکی شبکه

لایه فیزیکی در مدل OSI تعامل با سخت افزار واقعی و مکانیزم سیگنالینگ را انجام می دهد. لایه فیزیکی تنها لایه ای از مدل شبکه OSI است که در واقع با اتصالات فیزیکی ایستگاه های فرستنده و گیرنده ارتباط دارد. این لایه تجهیزات سخت افزاری، کابل کشی، سیمی و بیسیم، فرکانس ها، پالس های مورد استفاده برای نشان دادن سیگنال های باینری و غیره را تعریف می کند

لایه فیزیکی خدمات و سرویس هایی به لایه پیوند داده ارائه می کند. لایه پیوند داده فریم های اطلاعاتی را با لایه فیزیکی مبادله می کند. لایه فیزیکی آنها را به پالس های الکتریکی تبدیل می کند که نشان دهنده داده های باینری است و سپس این داده های باینری را در رسانه های سیمی یا بی سیم ارسال می کند.

لایه فیزیکی شبکه - سیگنال ها (Signals)

هنگامی که داده ها بر روی رسانه های فیزیکی فرستاده می شود، نیاز است برای اولین بار به سیگنال های الکترومغناطیسی تبدیل شوند. داده به خودی خود می تواند آنالوگ باشد مانند صدای انسان، و یا ممکن است دیجیتال باشد مانند فایل های روی دیسک، هر دو داده های آنالوگ و دیجیتال را می توان بصورت دیجیتال یا آنالوگ ارائه داد.

• سیگنال های دیجیتال: سیگنال های دیجیتال در حالت طبیعی گسسته و نشان دهنده دنباله ای از پالس های ولتاژ است. سیگنال های دیجیتال در داخل مدار های سیستم کامپیوتری استفاده می شود.
• سیگنال های آنالوگ: سیگنال های آنالوگ در حالت طبیعی، شکل موج پیوسته دارند و با امواج پیوسته الکترومغناطیسی نمایش داده می شوند.

لایه فیزیکی شبکه - اختلال در انتقال داده ها (Transmission Impairment)

هنگامی که سیگنال ها از طریق رسانه فیزیکی مبادله می شوند آنها در طول مسیر اثرگذاری خود را از دست می دهند. این ممکن است به دلایل بسیاری اتفاق بیفتد که در زیر آورده شده است:

1. تضعیف (Attenuation)
   برای اینکه گیرنده بتواند با دقت داده ها را تفسیر کند، می بایست سیگنال به اندازه کافی قوی باشد. زمانی که سیگنال از طریق رسانه منتقل می شود، در طول مسیر تضعیف می شود و هر چه فاصله بیشتر باشد، توان بیشتری از دست می دهد.
2. پراکندگی (Dispersion)
   همچنان که سیگنال از طریق رسانه ها منتقل می شود، تمایل به گسترش (انتشار) و همپوشانی با سیگنال های دیگر دارد. میزان پراکندگی وابسته به فرکانس مورد استفاده است.
3. اعوجاج تاخیر (Delay distortion)
   سیگنال ها با سرعت و فرکانس از پیش تعریف شده بر روی رسانه ها ارسال می شوند. اگر سرعت و فرکانس سیگنال با هم مطابقت نداشته باشند، این امکان وجود دارد که سیگنال بصورت خودسرانه به مقصد برسد. در رسانه های دیجیتال، این مطلب بسیار مهم است که برخی از بیت ها زودتر از بیت های قبلی خودبه مقصد برسد.
4. اختلال (noise)
   اختلالات تصادفی و یا نوسان در سیگنال های آنالوگ یا دیجیتال اصطلاحا نویز یا سر و صدا در سیگنال گفته می شود که ممکن است اطلاعات واقعی در حال ارسال را تخریب کند. نویز در یکی از رده های زیر مشخص می شود:

• نویز حرارتی (thermal noise) : حرارت ایجاد شده در هادی الکترونیکی یک رسانه ممکن است به عنوان نویز در رسانه ها معرفی شود. نویز حرارتی تا یک سطح معینی اجتناب ناپذیر است.

• نوسانات داخلی (intermodulation) : هنگامی که فرکانس های متعدد روی یک رسانه قرار میگیرند، تداخل بین آنها ایجاد می شود که می تواند باعث نویز در محیط شود. این نوع نویز زمانی رخ می دهد که دو فرکانس مختلف روی یک رسانه باشند ​​و یکی از آنها دارای قدرت بیش از حد باشد یا یک جزء آن به درستی کار نمی کند، سپس فرکانس حاصل ممکن است به صورتی که انتظار می رود تحویل نگردد.
• تداخل (crosstalk) : این نوع از نویز زمانی اتفاق می افتد که یک سیگنال خارجی به رسانه ها وارد شود. معمولا بدین دلیل این عمل اتفاق می افتد که سیگنال های یک رسانه بر سیگنال های رسانه دیگر تاثیر می گذارند.
• برانگیزش (impulse) : این نوع نویز به دلیل اختلالات نامنظم مانند روشن، برق، اتصال کوتاه، و یا قطعات معیوب معرفی شده است. داده های دیجیتال عمدتا توسط این نوع نویز تحت تاثیر قرار می گیرند.

لایه فیزیکی شبکه - رسانه انتقال (Transmission Media)

رسانه ای که بین دو سیستم کامپیوتری قرار دارد و اطلاعات از طریق آن ارسال می شود، به نام رسانه انتقال نامیده می شود. رسانه های انتقال به دو شکل هستند:

1. رسانه هدایت شونده:
   همه سیم ها و کابل های ارتباطی به عنوان رسانه هدایت شونده هستند، مانند کابل UTP، کابل کواکسیال، فیبر نوری. در این نوع رسانه، فرستنده و گیرنده به طور مستقیم بهم متصل شده و اطلاعات از طریق رسانه ارسال ( هدایت ) می شود.
2. رسانه غیر هدایت شونده:
   رسانه های بی سیم و یا هوا (فضای باز) به عنوان رسانه های غیر هدایت شونده گفته می شوند، چرا که هیچ ارتباطی بین فرستنده و گیرنده وجود ندارد. اطلاعات از هوا پخش می شود، و هر کسی از جمله دریافت کننده واقعی می تواند اطلاعات را جمع آوری کند.

لایه فیزیکی شبکه - ظرفیت کانال ارتباطی (Channel Capacity)

سرعت انتقال اطلاعات اصطلاحا ظرفیت کانال گفته می شود و تحت عنوان نرخ داده در دنیای دیجیتال به حساب می آید. ظرفیت کانال به عوامل متعددی بستگی دارد از قبیل:

• پهنای باند: به محدودیت های فیزیکی رسانه انتقال گفته می شود.
• نرخ خطا: دریافت نادرست اطلاعات به علت نویز.
• رمزگذاری: تعداد سطوح مورد استفاده برای عمل سیگنال دهی.

لایه فیزیکی شبکه - تسهیم سازی (Multiplexing)

تسهیم سازی یک تکنیک برای ترکیب و فرستادن جریانهای چندگانه داده ها روی یک رسانه واحد است. این روش نیاز به سخت افزار سیستمی خاصی بنام تسهیم ساز (MUX) دارد که جریان  داده ها را تسهیم کرده و در یک رسانه ارسال می کند. دی مولتی پلکسر ( DMUX ) اطلاعات را از رسانه مشترک گرفته و به مقاصد مختلف توزیع می کند.

لایه فیزیکی شبکه - سوئیچینگ (Switching)

سوییچینگ مکانیزمی است که داده ها / اطلاعات از منبع به سمت مقصد فرستاده می شوند بطوری که ارتباط مستقیم بین فرستنده و گیرنده برقرار نیست. شبکه ها دارای دستگاه های متصل بهم هستند که اطلاعات را از منابع به طور مستقیم دریافت کرده، داده پس از ذخیره و تجزیه و تحلیل به نزدیکترین دستگاه بعدی در مسیر مقصد منتقل می شود. سوئیچینگ می تواند به صورت زیر طبقه بندی شود :

الف) سوییچینگ مداری

ب) سوییچینگ پیام

ج) سوییچینگ بسته ای

• بعدی