Características da camada física
Características da camada física

Características da camada física

PADRÕES DA CAMADA FÍSICA

No tópico anterior, você obteve uma visão geral de alto nível da camada física e seu lugar em uma rede. Este tópico se aprofunda um pouco mais nas especificidades da camada física. Isso inclui os componentes e a mídia usados ​​para construir uma rede, bem como os padrões necessários para que tudo funcione em conjunto.

Os protocolos e operações das camadas superiores do OSI são realizados com software desenvolvido por engenheiros de software e cientistas da computação. Os serviços e protocolos no pacote TCP / IP são definidos pela Internet Engineering Task Force (IETF).

A camada física consiste em circuitos eletrônicos, mídia e conectores desenvolvidos por engenheiros. Portanto, é apropriado que os padrões que regem este hardware sejam definidos pelas organizações de engenharia elétrica e de comunicações relevantes.

Existem muitas organizações internacionais e nacionais diferentes, organizações governamentais reguladoras e empresas privadas envolvidas no estabelecimento e manutenção de padrões da camada física. Por exemplo, os padrões de hardware, mídia, codificação e sinalização da camada física são definidos e regidos por estas organizações de padrões:

  • Organização Internacional de Padronização (ISO)
  • Telecommunications Industry Association / Electronic Industries Association (TIA / EIA)
  • União Internacional de Telecomunicações (UIT)
  • American National Standards Institute (ANSI)
  • Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE)
  • Autoridades regulatórias nacionais de telecomunicações, incluindo a Federal Communication Commission (FCC) nos EUA e o European Telecommunications Standards Institute (ETSI)

Além desses, muitas vezes existem grupos de padrões de cabeamento regionais, como CSA (Canadian Standards Association), CENELEC (Comitê Europeu de Padronização Eletrotécnica) e JSA / JIS (Japanese Standards Association), que desenvolvem especificações locais.

Características da camada física

Os padrões da camada física abordam três áreas funcionais:

  • Componentes Físicos
  • Codificação
  • Sinalização

COMPONENTES FÍSICOS

Os componentes físicos são os dispositivos eletrônicos de hardware, mídia e outros conectores que transmitem os sinais que representam os bits. Os componentes de hardware, como NICs, interfaces e conectores, materiais e designs de cabos, são todos especificados em padrões associados à camada física. As várias portas e interfaces em um roteador Cisco 1941 também são exemplos de componentes físicos com conectores e pinagens específicos resultantes de padrões.

CODIFICAÇÃO

Codificação ou codificação de linha é um método de conversão de um fluxo de bits de dados em um “código” predefinido. Os códigos são agrupamentos de bits usados ​​para fornecer um padrão previsível que pode ser reconhecido tanto pelo emissor quanto pelo receptor. Em outras palavras, a codificação é o método ou padrão usado para representar a informação digital. Isso é semelhante a como o código Morse codifica uma mensagem usando uma série de pontos e traços.

Por exemplo, a codificação Manchester representa um bit 0 por uma transição de alta para baixa voltagem e um bit 1 é representado como uma transição de baixa para alta voltagem. Um exemplo de codificação Manchester é ilustrado na figura. A transição ocorre no meio de cada período de bit. Este tipo de codificação é usado em Ethernet de 10 Mbps. Taxas de dados mais rápidas requerem codificação mais complexa. A codificação Manchester é usada em padrões Ethernet mais antigos, como 10BASE-T. Ethernet 100BASE-TX usa codificação 4B / 5B e 1000BASE-T usa codificação 8B / 10B.

Exemplo de codificação Manchester

A transição ocorre no meio de cada período de bit.

SINALIZAÇÃO

A camada física deve gerar os sinais elétricos, ópticos ou sem fio que representam o “1” e o “0” na mídia. A maneira como os bits são representados é chamada de método de sinalização. Os padrões da camada física devem definir que tipo de sinal representa “1” e que tipo de sinal representa “0”. Isso pode ser tão simples quanto uma mudança no nível de um sinal elétrico ou pulso óptico. Por exemplo, um pulso longo pode representar 1, enquanto um pulso curto pode representar 0.

Isso é semelhante ao método de sinalização usado no código Morse, que pode usar uma série de tons liga-desliga, luzes ou cliques para enviar texto por fios telefônicos ou entre navios no mar.

As figuras mostram sinalização

Clique em cada botão para obter ilustrações de sinalização para cabo de cobre, cabo de fibra óptica e mídia sem fio.

Sinais elétricos sobre cabo de cobre
Pulsos de luz sobre cabo de fibra ótica
Sinais de micro-ondas sem fio

BANDWIDTH

Diferentes meios físicos suportam a transferência de bits em taxas diferentes. A transferência de dados geralmente é discutida em termos de largura de banda. A largura de banda é a capacidade na qual um meio pode transportar dados. A largura de banda digital mede a quantidade de dados que podem fluir de um lugar para outro em um determinado período de tempo. A largura de banda é normalmente medida em kilobits por segundo (kbps), megabits por segundo (Mbps) ou gigabits por segundo (Gbps). A largura de banda é às vezes considerada como a velocidade com que os bits viajam, mas isso não é preciso. Por exemplo, na Ethernet de 10 Mbps e de 100 Mbps, os bits são enviados na velocidade da eletricidade. A diferença é o número de bits que são transmitidos por segundo.

Uma combinação de fatores determina a largura de banda prática de uma rede:

As propriedades da mídia física
As tecnologias escolhidas para sinalizar e detectar sinais de rede
As propriedades da mídia física, as tecnologias atuais e as leis da física desempenham um papel na determinação da largura de banda disponível.

A tabela mostra as unidades de medida comumente usadas para largura de banda.

Unidade de largura de bandaAbreviaçãoEquivalência
Bits por segundobps1 bps = unidade fundamental de largura de banda
Quilobits por segundoKbps1 Kbps = 1,000 bps = 103 bps
Megabits por segundoMbps1 Mbps = 1,000,000 bps = 106 bps
Gigabits por segundoGbps1 Gbps = 1,000,000,000 bps = 109 bps
Terabits por segundoTbps1 Tbps = 1,000,000,000,000 bps = 1012 bps

TERMINOLOGIA DE BANDWIDTH

Os termos usados para medir a qualidade da largura de banda incluem:

  • Latência
  • Taxa de transferência
  • Goodput

Latência

Latência refere-se à quantidade de tempo, incluindo atrasos, para os dados viajarem de um ponto a outro.

Em uma internetwork ou em uma rede com vários segmentos, a taxa de transferência não pode ser mais rápida do que o link mais lento no caminho da origem ao destino. Mesmo se todos, ou a maioria dos segmentos tiverem alta largura de banda, será necessário apenas um segmento no caminho com baixa taxa de transferência para criar um gargalo na taxa de transferência de toda a rede.

Taxa de transferência

A taxa de transferência é a medida da transferência de bits pela mídia em um determinado período de tempo.

Devido a vários fatores, a taxa de transferência geralmente não corresponde à largura de banda especificada em implementações da camada física. A taxa de transferência é geralmente menor do que a largura de banda. Existem muitos fatores que influenciam o rendimento:

  • A quantidade de tráfego
  • O tipo de tráfego
  • A latência criada pelo número de dispositivos de rede encontrados entre a origem e o destino

Existem muitos testes de velocidade online que podem revelar a taxa de transferência de uma conexão de Internet. A figura fornece resultados de amostra de um teste de velocidade.

Goodput

Há uma terceira medida para avaliar a transferência de dados utilizáveis; é conhecido como goodput. Goodput é a medida dos dados utilizáveis ​​transferidos durante um determinado período de tempo. Goodput é a taxa de transferência menos a sobrecarga de tráfego para estabelecer sessões, confirmações, encapsulamento e bits retransmitidos. Goodput é sempre inferior ao throughput, que geralmente é inferior à largura de banda.

Terminologia de largura de banda

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