Was ist die physikalische Schicht?

Bei Computernetzwerken ist das OSI-Modell ein zu verstehendes Kernmodell. Das konzeptionelle OSI- oder Open Sources Interconnection-Modell beschreibt eine Reihe von sieben Kommunikationsschichten. Jede Schicht hat ihre Funktionalität und Eigenschaften. Das OSI-Modell schreibt kein bestimmtes Protokoll vor. Stattdessen definiert es einen Standard-Kommunikationsrahmen, um den herum Protokolle entworfen werden können.

Das OSI-Modell in der modernen Welt ist etwas ungenau, da mehrere Standardprotokolle zwei Schichten überspannen und einige Schichten kombiniert oder weiter aufgeteilt werden. Trotzdem bleibt es ein guter Ausgangspunkt, um Netzwerkkonzepte zu verstehen.

Die unterste im OSI-Modell definierte Schicht, Schicht 1, die physikalische Schicht, unterscheidet sich deutlich von den anderen Schichten. Die physikalische Schicht ist die grundlegende Kommunikationsplattform. Das heißt, es geht nicht nur um die Kodierung und Dekodierung von Signalen, sondern auch um die Standardisierung der eigentlichen Übertragungsmedien und Übertragungsverfahren.

Was ist der Kern der physikalischen Schicht?

Im Kern jeder physikalischen Schicht muss der Standard ein zuverlässiges Übertragungsmedium sein. Je nach Norm kann dies ein elektrisches oder ein elektromagnetisches System sein. Theoretisch sind auch andere Kommunikationsmedien möglich, beispielsweise Audio. Die überwiegende Mehrheit der Systeme verwendet jedoch elektrische oder elektromagnetische Medien. Dies liegt an der Übertragungsgeschwindigkeit, der Reichweite und den hohen Signalisierungsfrequenzen, die sie bieten.

Beispielsweise könnte ein Kommunikationssystem so gestaltet werden, dass es Menschen verwendet, die Flaggen schwenken, um zu kommunizieren. Dies ist zwar machbar, aber die Häufigkeit, mit der Flags bewegt oder geschaltet werden können, ist langsam, was die Bandbreite begrenzt. Die Funktionalität wird weiter durch die Sichtlinie eingeschränkt, wodurch die Reichweite eingeschränkt wird, insbesondere in nicht offenen Umgebungen.

Sobald die tatsächlichen Kommunikationsmedien festgelegt sind, müssen die zu bestimmenden Komplexitäten und die Anzahl der Drähte im Kabel für drahtgebundene Verbindungen standardisiert werden. Es ist auch notwendig, ihre Anordnung ( z. B. verdrillte Paare, Abschirmung usw. ) zu standardisieren. Die physikalischen Anschlüsse müssen entworfen werden, sowohl die elektrisch weiblichen als auch die männlichen Anschlüsse. Standardspannungspegel müssen definiert werden, ebenso wie Signalisierungsmethoden, Timings und akzeptable Signal-Rausch-Abstände. Die meisten davon wirken sich auf die endgültige Bandbreite der physischen Verbindung aus.

Bei drahtlosen Systemen sind die Designentscheidungen verwandt, aber unterschiedlich. Die genaue Frequenz oder Frequenzen des zu verwendenden Lichts müssen standardisiert werden. Das genaue Verfahren zur Kodierung der Daten im Licht muss standardisiert werden. Soll ein Lichtwellenleiter verwendet werden, muss dieser ebenfalls standardisiert werden. Es gibt noch viele weitere Ähnlichkeiten zur Standardisierung von Kabelverbindungen. Nachdem die Frequenz oder Frequenzen normalisiert wurden, ist es wichtig, Systeme zu entwerfen, die diese Signale erzeugen und empfangen können.

Wie interagiert die physikalische Schicht mit den anderen Schichten?

Nachdem die eigentlichen Kommunikationsmedien und -systeme entworfen wurden, müssen auch Chips entwickelt werden, die die über die physischen Medien gesendeten Signale codieren und decodieren können. Diese Chips werden allgemein als PHY-Chips bezeichnet. Diese Chips sind für die Signalverarbeitung und die Weitergabe dieser Daten an die Ebene 2, Data Link Layer, Hardware zur Verarbeitung, verantwortlich.

Die Datenverbindungsschicht und die darüber liegende Netzwerkschicht sind für das Routing von Daten in und zwischen Netzwerken verantwortlich. Die physikalische Schicht muss sich dessen nicht bewusst sein. Es muss nur in der Lage sein, zuverlässig von einem Punkt zum nächsten oder sogar von einem Punkt zu vielen Punkten zu kommunizieren.

Abhängig von der Verwendung von drahtgebundenen oder drahtlosen Medien und wenn die Verbindung von mehreren Geräten gemeinsam genutzt wird, kann es erforderlich sein, Kollisionsvermeidungs- und Kollisionserkennungssysteme zu implementieren, um eine zuverlässige Kommunikation zu gewährleisten.

Abschluss

Die physikalische Schicht ist Schicht eins im OSI-Modell. Es deckt die Standards für die tatsächliche Übertragung von Daten von einem Ort zum anderen ab. Das OSI-Modell deckt nur Netzwerke ab, aber das Konzept der physikalischen Schicht ist identisch für die interne Kommunikation innerhalb eines Computers, z. B. über eine PCIe-, USB- oder SATA-Verbindung.

Die physikalische Schicht umfasst nicht nur das Hardwaredesign, sondern auch die Signalisierungs- und Signaldecodierungsmethoden, um aussagekräftige Daten an den Rest des Computers weiterzugeben. Ethernet und Wi-Fi sind wahrscheinlich die bekanntesten Physical-Layer-Standards, wenn auch bei weitem nicht die einzigen. Vergessen Sie nicht, Ihre Gedanken in den Kommentaren unten zu teilen.