Capa fisica
En el modelo OSI de siete capas de redes informáticas, la capa física o capa 1 es la primera y más baja capa: la capa más estrechamente asociada con la conexión física entre dispositivos. La capa física proporciona una interfaz eléctrica, mecánica y de procedimiento para el medio de transmisión. La capa física especifica las formas y propiedades de los conectores eléctricos, las frecuencias en las que transmitir, el código de línea que se utilizará y parámetros similares de bajo nivel.
En la capa eléctrica, la capa física suele implementarse mediante un chip PHY dedicado o, en la automatización del diseño electrónico (EDA), mediante un bloque de diseño. En la informática móvil, la familia de protocolos de interconexión MIPI Alliance *-PHY se utiliza ampliamente.
Históricamente, el modelo OSI está estrechamente relacionado con la interconexión de redes, como el conjunto de protocolos de Internet y Ethernet, que se desarrollaron en la misma era, siguiendo líneas similares, aunque con abstracciones algo diferentes. Más allá de la interconexión de redes, la abstracción OSI se puede utilizar en todas las formas de interconexión de dispositivos en comunicaciones de datos y electrónica computacional.
Rol
La capa física define los medios para transmitir un flujo de bits sin procesar a través de un enlace de datos físicos que conecta los nodos de la red. El flujo de bits puede agruparse en palabras de código o símbolos y convertirse en una señal física que se transmite a través de un medio de transmisión.
La capa física consiste en las tecnologías de transmisión de circuitos electrónicos de una red. Es una capa fundamental que subyace a las funciones de nivel superior en una red y puede implementarse a través de una gran cantidad de tecnologías de hardware diferentes con características muy diversas.
Dentro de la semántica del modelo OSI, la capa física traduce las solicitudes de comunicaciones lógicas de la capa de enlace de datos en operaciones específicas de hardware para provocar la transmisión o recepción de señales electrónicas (u otras). La capa física admite capas superiores responsables de la generación de paquetes de datos lógicos.
Subcapa de señalización física
En una red que utiliza la arquitectura de interconexión de sistemas abiertos (OSI), la subcapa de señalización física es la parte de la capa física que
- interfaces con el sublayer de control de acceso medio de la capa de enlace de datos (MAC),
- realiza codificación de símbolos, transmisión, recepción y decodificación y,
- realiza aislamiento galvánico.
Relación con el conjunto de protocolos de Internet
El conjunto de protocolos de Internet, tal como se define en RFC 1122 y RFC 1123, es una descripción de red de alto nivel utilizada para Internet y redes similares. No define una capa que se ocupe exclusivamente de las especificaciones e interfaces a nivel de hardware, ya que este modelo no se ocupa directamente de las interfaces físicas.
Servicios
Las principales funciones y servicios realizados por la capa física son: La capa física realiza la entrega de datos bit a bit o símbolo a símbolo a través de un medio de transmisión físico. Proporciona una interfaz estandarizada para el medio de transmisión, incluida una especificación mecánica de conectores y cables eléctricos, por ejemplo, la longitud máxima del cable, una especificación eléctrica del nivel de la señal de la línea de transmisión y la impedancia. La capa física es responsable de la compatibilidad electromagnética, incluida la asignación de frecuencias del espectro electromagnético y la especificación de la intensidad de la señal, el ancho de banda analógico, etc. El medio de transmisión puede ser eléctrico u óptico a través de fibra óptica o un enlace de comunicación inalámbrico, como la comunicación óptica de espacio libre o la radio.
La codificación de línea se utiliza para convertir datos en un patrón de fluctuaciones eléctricas que pueden modularse en una onda portadora o luz infrarroja. El flujo de datos se gestiona con sincronización de bits en comunicación serie síncrona o señalización start-stop y control de flujo en comunicación serie asíncrona. La compartición del medio de transmisión entre múltiples participantes de la red puede manejarse mediante simple conmutación o multiplexación de circuitos. Los protocolos de control de acceso al medio más complejos para compartir el medio de transmisión pueden usar detección de portadora y detección de colisión, como en el acceso múltiple con detección de portadora con detección de colisión (CSMA/CD) de Ethernet.
Para optimizar la confiabilidad y la eficiencia, se pueden usar técnicas de procesamiento de señales como ecualización, secuencias de entrenamiento y modelado de pulsos. Pueden aplicarse códigos y técnicas de corrección de errores, incluida la corrección de errores hacia adelante, para mejorar aún más la fiabilidad.
Otros temas asociados con la capa física incluyen: tasa de bits; configuración de línea punto a punto, multipunto o punto a multipunto; topología de red física, por ejemplo, red de bus, anillo, malla o estrella; comunicación serial o paralela; modo de transmisión símplex, semidúplex o dúplex completo; y autonegociación
PHY
Un PHY, una abreviatura de "capa física", es un circuito electrónico, generalmente implementado como un circuito integrado, requerido para implementar funciones de capa física del modelo OSI en un controlador de interfaz de red.
Un PHY conecta un dispositivo de capa de enlace (a menudo denominado MAC como acrónimo de control de acceso al medio) a un medio físico, como una fibra óptica o un cable de cobre. Un dispositivo PHY normalmente incluye tanto la subcapa de codificación física (PCS) como la funcionalidad de la capa dependiente del medio físico (PMD).
-PHY también puede usarse como sufijo para formar un nombre corto que haga referencia a un protocolo de capa física específico, por ejemplo, M-PHY.
Los transceptores modulares para comunicación de fibra óptica (como la familia SFP) complementan un chip PHY y forman la subcapa PMA.
Transceptor físico Ethernet
El Ethernet PHY es un componente que opera en la capa física del modelo de red OSI. Implementa la parte de la capa física de Ethernet. Su finalidad es proporcionar señal analógica de acceso físico al enlace. Por lo general, se conecta con una interfaz independiente de medios (MII) a un chip MAC en un microcontrolador u otro sistema que se encarga de las funciones de capa superior.
Más específicamente, Ethernet PHY es un chip que implementa la función de envío y recepción de hardware de tramas Ethernet; hace de interfaz entre el dominio analógico de la modulación de línea de Ethernet y el dominio digital de la señalización de paquetes de la capa de enlace. El PHY generalmente no maneja el direccionamiento MAC, ya que ese es el trabajo de la capa de enlace. De manera similar, la funcionalidad Wake-on-LAN y Boot ROM se implementa en la tarjeta de interfaz de red (NIC), que puede tener PHY, MAC y otras funciones integradas en un chip o como chips separados.
Las interfaces Ethernet comunes incluyen fibra o de dos a cuatro pares de cobre para la comunicación de datos. Sin embargo, ahora existe una nueva interfaz, llamada Single Pair Ethernet (SPE), que puede utilizar un solo par de cables de cobre mientras se comunica a las velocidades previstas. Texas Instruments DP83TD510E es un ejemplo de PHY que utiliza SPE.
Los ejemplos incluyen la familia Microsemi SimpliPHY y SynchroPHY VSC82xx/84xx/85xx/86xx, los transceptores Gigabit Ethernet Marvell Alaska 88E1310/88E1310S/88E1318/88E1318S, la familia Texas Instruments DP838xx y ofertas de Intel e ICS.
Otras aplicaciones
- LAN inalámbrica o Wi-Fi: La porción PHY consiste en las porciones RF, señalización mixta y analógica, que a menudo se llaman transceptores, y la porción de banda base digital que utiliza procesador de señal digital (DSP) y procesamiento de algoritmos de comunicación, incluyendo códigos de canal. Es común que estas porciones de PHY se integren con la capa de control de acceso medio (MAC) en las implementaciones de sistema a chip (SOC). Aplicaciones inalámbricas similares incluyen 3G/4G/LTE/5G, WiMAX y UWB.
- Autobús en serie universal (USB): Un chip PHY se integra en la mayoría de los controladores USB en hosts o sistemas integrados y proporciona el puente entre las partes digitales y moduladas de la interfaz.
- IrDA: La especificación de la Asociación de Datos Infrarrojos (IrDA) incluye una especificación de IrPHY para la capa física del transporte de datos.
- ATA serie (SATA): Los controladores ATA serie usan un PHY.
Tecnologías
Las siguientes tecnologías proporcionan servicios de capa física:
- 1-Wire
- ARINC 818 Avionics Digital Video Bus
- Capa física Bluetooth
- CAN bus (red de área de control) capa física
- DSL
- EIA RS-232, EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485
- Etherloop
- Capa física Ethernet Incluyendo 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-TX, 100BASE-FX, 1000BASE-T, 1000BASE-SX y otras variedades
- G.hn/G.9960 capa física
- GSM Um interfaz de aire capa física
- IEEE 802.15.4 capas físicas
- Interfaz IEEE 1394
- IRDA physical layer
- ISDN
- UIT Recomendaciones: véase ITU-T
- I2C, I2S
- LoRa
- Señal diferencial de baja tensión
- Procesador de la industria móvil
- Ultrasonido modular
- Red de transporte óptico (OTN)
- SMB
- SONET/SDH
- SPI
- T1 y otros enlaces T-carrier, y E1 y otros enlaces E-carrier
- Modems de red telefónica — V.92
- Transferencia Jet physical layer
- Capa física USB
- PCI Estrato físico expreso
- 802.11 La capa física Wi-Fi
- Comunicación ligera visible coordinada bajo IEEE 802.15.7
- X10