لایه فیزیکی چیست؟
فهرست مطالب
لایه فیزیکی که به نام Physical layer نیز معروف است در حقیقت اولین لایه در OSI شبکه های کامپیوتری به حساب می‌آید. در واقع وظیفه اصلی لایه فیزیکی انتقال بیت‌ها با کمک رسانه ارتباطی است. به عبارتی بهتر و ساده تر می‌توان گفت در این لایه صفرها و یک ها به سمت کابل ها و یا رسانه های ارتباطی ارسال می‌شوند. در ادامه این مقاله شما را با این لایه بهتر آشنا می کنیم.
لایه فیزیکی به عنوان پایین ترین لایه ها در OSI و یا همان مدل مرجع ارتباط سامانه‌های باز به حساب می‌آید که بیت‌ها را از روش کانال های مخابراتی انتقال می‌دهد. در حقیقت مسائلی که در این نوع لایه طراحی می شوند عمدتا از نوع فیزیکی، الکتریکی، تایمینگ و رسانه فیزیکی انتقال است. همچنین لازم است که نقش عوامل طبیعی در این را نیز مورد نظر قرار داد.
رسانه‌های فیزیکی را به طور کلی می توان در دو دسته زیر قرار داد :
- رسانه‌هایی همانند سیم مسی و یا فیبر نوری که هدایت پذیر هستند.
- رسانه‌هایی همانند بیسیم، امواج رادیوی زمینی و ماهواره که هدایت ناپذیر هستند.
رسانه‌های فیزیکی را می‌توانند با دقت به عوامل مختلفی همانند پهنای باند، تاخیر در انتشار، سهولت نصب و یا نگهداری مقایسه نمایند.
درباره لایه فیزیکی بیشتر بدانید!
در شبکه و در مدل OSI نقش تعامل با سخت افزار و همچنین سیگنال رسانی بر عهده شبکه فیزیکی است. می‌توان گفت که این لایه، تنها لایه موجود در شبکه OSI است که به طور واقعی با اتصال فیزیکی دو ایستگاه متفاوت در ارتباط است. همچنین لازم است این را نیز ذکر کنیم که لایه فیزیکی تجهیزات مختلفی همانند سخت‌افزاری، کابل بندی، سیم‌کشی، فرکانس‌ها، پالس‌های مورد استفاده برای نمایش سیگنال‌های باینری و مواردی از این قبیل را نیز شامل می‌شود.
لایه فیزیکی سرویس‌های لازم را به لایه Data link ارسال می‌کند و این لایه نیز به نوبه خود باعث ارسال فریم‌ها به لایه فیزیکی می‌شود. پس از آن لایه فیزیکی باعث می‌شود به پالس‌های الکتریکی تبدیل شود. این پالس‌های الکتریکی در واقع نماینده داده‌های باینری هستند. سپس این داده‌های باینری بر روی رسانه سیمی یا بی سیم ارسال می‌شوند.
سیگنال‌ها
هنگامی که داده‌ها به لایه ی فیزیکی ارسال می‌شوند، در ابتدا تبدیل شدن به سیگنال‌های الکترومغناطیسی بسیارضروری می‌باشد. با این وجود داده‌ها خود توانایی این را دارند که همانند صدای انسان آنالوگ شوند و یا همچون یک فایل بر روی دیسک دیجیتالی قرار بگیرند. لازم است بدانید که داده‌های آنالوگ و یا دیجیتال می‌توانند به طور سیگنال های دیجیتالی و آنالوگی به نمایش درآیند.
- سیگنال‌های آنالوگ :
شاید این سوال برای شما پیش آمده باشد که سیگنال آنالوگ دقیقا چیست؟ لازم است بدانید که این سیگنال‌ها در حقیقت همان موج های پیوسته هستند که با کمک موج‌های الکترومغناطیسی به نمایش گذاشته می‌شوند.
- سیگنال‌های دیجیتال :
ماهیت اصلی این نوع سیگنال ها بسیار گسسته است و قادر به نمایش گذاشتن توالی پالس‌های ولتاژ نیستند. در اصل این نوع سیگنال ها در داخل سیستم‌های کامپیوتری به کار می‌روند.
نقص انتقال
لازم است این نکته را ذکر کنیم که در حین انتقال دادن سیگنال‌ها ممکن است برخی انحرافات در مسیر آن‌ها به وجود آید که دلایل مختلفی برای آن وجود دارد.
میرایی (Attenuation)
برای این که گیرنده‌ها بتوانند داده‌ها را به طور دقیق تحلیل و تفسیر کنند، سیگنال‌ها باید حتما به طور کامل قوی باشند. در واقع آن چه که اهمیت دارد این است که سیگنال‌ها با گذشت زمان کم کم ضعیف خواهند شد و هر چه میزان مسافت افزایش یابد، قدرت خود را از دست خواهند داد.
پراکندگی (Dispersion)
سینگال‌ها با عبور از رسانه‌ها به مرور پراکنده می‌شوند که البته مقدار این پراکندگی به فرکانسی که استفاده شده است، بستگی دارد.
اعوجاج تاخیر (Delay Distortion)
به طور کلی سیگنال‌ها به صورت فرکانس از پیش مشخص شده و البته با سرعت حرکت خود را آغاز می‌کنند. در صورتی که سرعت و فرکانس سیگنال با یکدیگر تطابقی نداشته باشند، این احتمال به وجود می‌آید که به طرق متفاوتی به مقصد خود برسند. لازم است بدانید که این امر در رسانه‌های دیجیتالی اهمیت بسیار زیادی دارد چرا که برخی از بیت‌ها سریع تر از دیگر بیت هایی که از قبل ارسال شده اند به مکان مورد نظر خود می‌رسند.
نویز
در حقیقت نویز به موقعیتی است که در آن سیگنال آنالوگ و یا دیجیتالی به صورت تصادفی یا نوسان دار توزیع می‌شود. که این امر می‌تواند عاملی مهم در ایجاد انحرافات در اطلاعات فرستاده شده، شود. البته ذکر این نکته نیز ضروری است که نویز دارای دسته بندی های مختلفی است که در ادامه اقدام به معرفی آن ها کرده ایم.
نویز گرمایی (Thermal Noise)
در واقع گرمای بیش از حد می تواند رسانای الکترونیکی موجود در یک رسانه را با اختلال مواجه کند که این امر منجر به تشکیل نویز می شود. البته لازم است این را بدانید که نویز گرمایی تا یک حد معینی غیرقابل اجتناب است.
مدولاسیون داخلی (Intermodulation)
برخی اوقات ممکن است نویز به دلیل تداخل فرکانس‌ها ایجاد شود. به عبارتی بهتر زمانی که چند نوع فرکانس فقط از یک نوع رسانه استفاده می‌کنند، نویز اتفاق می‌افتد. در واقع این نوع نویز در لایه فیزیکی زمانی که یک فرکانس‌ها مختلف از یک رسانه استفاده می‌کنند و یکی از آن‌ها دارای شدت بیش از حدی باشد و یا اینکه کامپوننت دارای عملکرد درستی نباشد، اتفاق می‌افتد.
همشنوایی (Crosstalk)
زمانی که یک سیگنال خارجی وارد رسانه شود این نوع نویز اتفاق می‌افتد. در واقع این نوع به این دلیل نویز را به وجود می آورد که وارد شدن سیگنال در رسانه باعث می شود اثرات منفی بر روی سیگنال های دوم بگذارد.
ایمپالس (Impulse)
نوعی دیگر از نویز که ممکن است در لایه فیزیکی ایجاد شود در واقع این است که آشفتگی‌های نامنظم همانند رعد و برق، نوسان برق، اتصال کوتاه و یا خراب شدن قطعات در رسانه ایجاد شود. می‌توان گفت که این نوع نویز می‌تواند به شدت بر روی داده های دیجیتالی تاثیر بگذارد.
رسانه انتقال
رسانه انتقال در حقیقت رسانه ای است که موجب می‌شود اطلاعات بین دو رایانه انتقال داده شوند. این رسانه به طور کلی دارای دو صورت زیر است :
- رسانه هدایت شده : انواع مختلفی از ارتباط های سیمی و یا کابلی همانند UTP، کابل‌های کواکسیال و فیبر نوری در اصل جزوی از رسانه های هدایت شده به حساب می‌آیند. در این رسانه‌های لایه فیزیکی، گیرنده و فرستنده به طور مستقیم به یکدیگر متصل می‌شوند.
- رسانه هدایت نشده : ارتباطی که به صورت بی سیم و یا در فضای باز انجام می‌شود به رسانه هدایت نشده معروف است؛ چرا که هیچ گونه ارتباطی بین گیرنده و فرستنده موجود نمی‌باشد. به عبارتی بهتر اطلاعات لازم در هوا مورد نشر واقع می‌شوند و هر کسی که گیرنده واقعی داشته باشد توانایی جمع کردن این اطلاعات را خواهد داشت.
ظرفیت کانال
ظرفیت کانال در حقیقت به سرعت انتقال دادن اطلاعات می‌گویند. این مفهوم در دنیای دیجیتالی به نام نرخ داده معروف است. در واقع این ظرفیت لایه فیزیکی تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد :
- پهنای باند یا همان محدودیت فیزیکی که در رسانه زیرساختی وجود دارد.
- نرخ خطا و یا دریافت غلط اطلاعات به دلیل نویزی که به وجود می‌آید.
- کد گذاری که در واقع مقدار سطح‌های مورد استفاده قرار گرفته شده برای سیگنال رسانی است.
مالتی پلکس و یا تسهیم (Multiplexing)
تسهیم و یا مالتی پلکس در اصل یک تکنیک است که برای ترکیب و یا ارسال کردن جریان های متفاوت داده ای بر روی یک رسانه منفرد مورد استفاده قرار می‌گیرد. لازم است بدانید که این نوع تکنیک در لایه فیزیکی به یک سیستم سخت افزاری مالتی پلکسر نیاز دارد تا بتواند جریان‌ها را تسهیم کند و همچنین به راحتی بر روی یک رسانه ارسال کند و در بخش دیگر این نوع رسانه نیز دستگاه de-multiplexer وجود دارد که اطلاعات را از رسانه می‌گیرد و آن را به مقصد توزیع می‌نماید.
سوئیچینگ (Switching)
جالب است بدانید که سوئیچینگ فرآیندی است که به کمک آن داده‌ها و یا همان اطلاعات از منبع به مقصد که عمدتا رابطه مستقیمی با هم ندارند، ارسال می‌شوند. در واقع شبکه‌ها دستگاه‌هایی هستند که دارای اتصال متقابل اند و معمولا داده‌ها را به صورت مستقیم از منبع هایی که به همدیگر متصل هستند، دریافت می‌کنند و سپس اقدام به ذخیر و تحلیل آن‌ها می‌کنند. پس از آن به دستگاه های بعدی که به هم متصل هستند و به عبارتی در نزدیک ترین مقصد خود قرار دارند ارسال می‌کنند.
و در آخر
امیدواریم از خواندن این مقاله لذت برده باشید. جهت کسب اطلاعات بیشتر به وبلاگ پویان آی تی مراجعه نمایید و سوالات و نظرات خود را با ما در میان بگذارید.
اولین دیدگاه را اضافه کنید.