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:
|
|
|
|
| |||||||||
|
|
|
|
|
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

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

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

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.

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.
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.
