Fizikai réteg (physical layer):

A bitek kommunikációs csatornára való bocsátásáért felelős. Ezen a rétegen zajlik a tényleges fizikai kommunikáció. Ez már technikai megoldás, a bitsorozat átvitele helyesen. Az adatátvitelt a használt sávszélesség, valamint az adatátviteli sebesség jellemzi, azon kívül persze, milyen a fizikai kialakítása.

Sávszélesség:

Analóg rendszerek esetén használt fogalom: egy adott analóg jel maximális és minimális frekvenciájának a különbségét értjük alatta.

Adatátviteli sebesség:

Digitális hálózatok jellemzője, mértékegysége
bit/s: egy időegység alatt átvitt bitek száma
baud: a felhasznált jel értékében 1 másodperc alatt bekövetkezett változások száma

Adatátviteli modell:

Forrás

Adó

Csatorna

Vevő

Cél

 

 

 

 

Zaj

Átviteli módok:

  • Aszinkron: melynek lényege, hogy az adó és a vevő nem hangolják össze a tempót. Start-stop byte-onként történik az adatátvitel. A kibocsátás és a mintavételezés ritmusa eltérő. A karakterszervezésű üzenetek átviteli módja. Hosszú adatátvitel nem valósítható meg vele.
  • Szinkron: melynek lényege, hogy az adó először elküld egy jelet a vevőnek, az ráhangolódik, így szinkronba kerül az adóval. Így az üzenet bitjei szigorú rendben követik egymást. Nagytömegű adat esetén gyorsabb, hibavédettebb. Bitszervezésű üzenetek átviteli módja.

Adatátviteli szabályok:

  • Szimplex: egy csatorna, az adat csak egy irányba folyhat. Az egyik az adó, a másik a vevő. Az adótól a vevőig folyhat az átvitel. Pl.: rádió
  • Félduplex: egy csatorna, az adat két irányba folyhat, de nem egyidőben. Egyszer az egyik fél az adó és a másik a vevő utána pedig fordítva az adatáramlás irányától függően. Ez az átvitel a számítógépek közötti kommunikációra alkalmas. Pl.: műholdas kapcsolatok, CB rádió.
  • Duplex: két csatornán kétirányú adatátvitelt enged meg egyidőben tehát mindkét állomásnak egyidejűleg teszi lehetővé az adást és a vételt. Egyik csatorna sérülése esetén átmehet félduplexbe. Pl.: telefon.

Átviteli közegek:

Vezetékes:

UTP, STP (Csavart érpár):

(Un)Shilded Twistted Pair. Egymásra spirálisan felcsavart vezetékek (Shilded = árnyékolt). Talán a legrégebb óta használatosak elektromos jelek továbbítására, használatukat elsősorban meglétük indokolja. Jelenleg a 100 Mbit/s az elterjedten használt sebesség. Olcsó, digitális és analóg jelet egyaránt tud továbbítani. A csavarás az áthallást gátolja. Minél sűrűbb a csavarás, annál nagyobb az adatátviteli sebesség és az ár. Ezek szerint sorolták kategóriákba:

Típus

Használati hely

1. kategória

hangminőség (telefonvonalak)

2. kategória

4 Mbit/s (Local Talk)

3. kategória

10 Mbit/s (Ethernet)

4. kategória

20 Mbit/s (16 Mbit/s Token Ring)

5. kategória

100 Mbit/s adatvonalak (Fast Ethernet)

A 3-5. kategóriát 10BaseT néven specifikálták.

Koaxális kábelek:

Egyszerű, árnyékolt ér. A TV-jelek átvitelére használták kezdetben.
Két fajtája terjedt el: az alapsávú és a szélessávú koaxális kábel.

A koax kábelek legfontosabb jellemzői:
  • hullámellenállás
  • késleltetési idő
  • csillapítás
ALAPSÁVÚ koax:

Lokális hálózatokhoz, digitális jelátvitelre használatos. Az adatátviteli sebesség távolságfüggő (1 Km-en akár 100 Mbit/s).

  • Alapsávú vékony koax: 10Base2 200 m-es távolságig. Arcnet és Ethernet. BNC csatlakozókat alkalmaz.
  • Alapsávú vastag koax: 10Base5 500 m-ig. Ethernet. Lényegesen kisebb csillapítású. Vámpírcsatlakozó.
SZÉLESSÁVÚ koax:

Nagy távolságra szállít analóg jelet (300-450 Mhz). Analóg erősítőkre van szükség, ezért átvitel csak szimplex. A duplex átvitel megoldásai: egykábeles (két különböző frekvenciatartomány) és kétkábeles.

Üvegszálas kábel:

A fényforrás (LED vagy lézerdióda) fényét adott átviteli közegen keresztül (egy vagy többmódusú üvegszál) juttatjuk egy fényérzékelőre. Az átvitelt akadályozó tényezők:

  • Visszaverődés: a két közeg határán lép fel, amit gondos illesztéssel minimalizálhatunk.
  • Csillapítás: döntően az üvegben lévő szennyeződések okozzák
  • Határfelületen kilépő fénysugarak: a teljes visszaverődés jelensége szünteti meg.
TÖBBMÓDUSÚ üvegszál

(multimode fiber) esetén a fény az üvegszálban a kis beesési szögek miatt visszaverődik.

EGYMÓDUSÚ üvegszálnál (single/mono mode fiber)

A szál átmérője közel azonos az alkalmazott fény hullámhosszával. Ilyen esetben lézerdiódát kell alkalmaznunk.


A jelek be és kicsatolására kétféle illesztés használatos:

PASSZÍV ILLESZTő:

Egy fotodióda és egy LED. Csillapítása van, ezért csak korlátozottan használható.

AKTÍV ILLESZTő:

Jelismétlő. Elektromos jelekké alakítja a fényjelet, ezért közvetlen elektromos illesztésre is használható.
Ethernet hálózatokon az üvegszálas kábelt 10BaseF néven definiálták.

Vezeték nélküli átviteli közegek:

Infravörös/lézer:

Jól irányítható, nagy távolságra hatásos, védett. A vizuális kapcsolat feltétel. Légköri szennyeződések zavarként jelentkeznek.

Rádióhullám:

Mikrohullámú átvitelnél (2-40 GHz) a láthatóság feltétel. Légköri zavarok hatnak rá. A frekvencia-kiosztás hatósági feladat.

Szórt spektrumú sugárzás:

Kisebb távolságokra lokális hálózatoknál. Széles frekvenciasávot használ. Antennája akár egy darab vezeték is lehet.

Műholdas átvitel:

A műholdon elhelyezett transzpoderek a felküldött jelet (5,925..6,425 GHz) egy másik frekvencián (3,7..4,4 GHz) felerősítve visszasugározzák. A visszatérő jelzés néhány száztól néhány kilométeres átmérőjű területet fedhet le.

Kódolások:

A fizikai vonalon való átvitelnél a bitek ábrázolására több lehetőség is van. Gyakorlatban használt lehetőségek:

NRZ

Nullára vissza nem térő
Legegyszerűbb, természetes kódolás. A bitérték:
1: ha magas a jelszint
0: ha alacsony

NRZ kódolás

RZ

Nullára visszatérő
A jelszint mindig alacsony, de egyes jel esetében a bitidő első felében magas a jelszint.

RZ kódolás

NRZI

Nullára nem visszatérő, „megszakadásos”
Ua. mint az NRZ, azonban ha 1-esek követik egymást akkor a jelszint az előző ellentettjére változik.

NRZI kódolás

AMI

Váltakozó 1 invertálás
Itt negatív feszültség érték is használt. A 0 jelszintje 0, az 1-es V+ vagy V-, éppen az előző 1-es (nem kell közvetlenül előtte lennie) érték ellentettje.

AMI kódolás

HDB3

Nagy sűrűségű bipoláris 3

Mikor 4 egymás utáni 0 bit következik akkor megváltoztatjuk az utolsót K-ra, így 000K-t kapunk K polaritása megegyezik az előző 1-es polaritásával. Hosszú 0 sorozatok esetén az első 0-nál a vevő B-t vesz majd 4 db 0 után K-t így tudja, hogy 0 és nem 1-es.

HDB 3 kódolás

PE

Manchester kódolás
A jelátmenet iránya mutatja a bitet. A lefelé irányuló polaritás váltás 0-t a felfelé irányuló 1-t jelöl. Több azonos bit esetén két bit között félidőben vissza kell térnie az eredeti szintre, azért, hogy ugyanolyan irányú legyen az átmenet.

PE kódolás