Физический уровень – первый уровень сетевой модели OSI. Это нижний уровень модели OSI – физическая и электрическая среда для передачи данных. Физический уровень описывает способы передачи бит (а не пакетов данных) через физические среды линий связи, соединяющие сетевые устройства. На этом уровне описываются параметры сигналов, такие как амплитуда, частота, фаза, используемая модуляция, манипуляция. Решаются вопросы, связанные с синхронизацией, избавлением от помех, скорости передачи данных.

Физический уровень состоит из электронных схем, сред передачи данных и разъемов, разрабатываемых инженерами.

Стандарты физического уровня регламентируют три функциональные области:

1. Физические компоненты;

2. Кодирование;

3. Способы передачи сигналов.

Физические компоненты – это электронные устройства, среды передачи данных, а также другие соединители и разъемы, обеспечивающие передачу сигналов, с помощью которых представлены биты информации. Все аппаратные компоненты, в том числе сетевые карты, интерфейсы и соединители, а также материалы и конструкция кабелей описаны в стандартах, относящихся к физическому уровню.

Кодирование – это способ преобразования потока битов в определенный «код». Коды – это группы битов, используемые для формирования предсказуемых комбинаций, которые могут распознаваться как отправителем, так и получателем. В сети под кодированием понимаются изменения напряжения или тока согласно заданным правилам с целью представления значений битов: нулей и единиц. Пример изображен на рисунке 14.

Рисунок 14 – Пример манчестерского кода, при котором происходит кодировка информации

Способы передачи сигналов. Для представления значений битов «1» и «0» в среде подключения физический уровень должен генерировать электрические, оптические или радиосигналы. Метод представления битов с помощью сигналов называется способом передачи сигналов. Стандарты физического уровня должны определять, какой тип сигнала соответствует единице («1»), а какой нулю («0»). Для передачи сигнала можно использовать простое изменение длительности электрического или оптического импульса. Например, длинный импульс может обозначать 1, а короткий – 0.

Основными характеристиками передачи данных являются пропускная способность и производительность.

Пропускная способность – объем данных, который можно передать из одной точки в другую за определенное время. Обычно пропускная способность измеряется в килобитах в секунду (Кбит/с), мегабитах в секунду (Мбит/с) или гигабитах в секунду (Гбит/с).

Производительность – это количество битов, передаваемых по средам передачи данных за определенный период времени.

Типы физических сред передачи данных:

1. Медный кабель;

2. Оптоволоконный кабель;

3. Беспроводная связь.

Медные кабели используются в сетях из-за их невысокой стоимости, простоты монтажа и низкого электрического сопротивления. Однако при передаче сигналов по медным кабелям имеются ограничения по дальности передачи и помехоустойчивости. Данные по медным кабелям передаются в виде электрических импульсов.

Виды медных кабелей:

1. Неэкранированная витая пара (UTP);

2. Экранированная витая пара (STP);

3. Коаксиальный кабель.

Медные кабели могут быть подвержены воздействиям различных помех: электромагнитным и радиочастотным, источником которых могут быть излучения от электромагнитных устройств, а так перекрестные помехи, создающиеся из-за прохождения тока через круговое магнитное поле по проводу, которое воздействует на соседний провод.