En el modelo OSI de siete capas de redes informáticas , la capa física o capa 1 es la primera y la más baja: la capa más estrechamente asociada con la conexión física entre dispositivos. La capa física proporciona una interfaz eléctrica, mecánica y de procedimiento al medio de transmisión. Las formas y propiedades de los conectores eléctricos , las frecuencias de transmisión, el código de línea a utilizar y parámetros similares de bajo nivel se especifican mediante la capa física.
En la capa eléctrica, la capa física se implementa comúnmente mediante un chip PHY dedicado o, en la automatización del diseño electrónico (EDA), mediante un bloque de diseño . En la informática móvil , se utiliza ampliamente la familia de protocolos de interconexión MIPI Alliance *-PHY .
Históricamente, el modelo OSI está estrechamente asociado con la interconexión de redes, como el conjunto de protocolos de Internet y Ethernet , que se desarrollaron en la misma época, siguiendo líneas similares, aunque con abstracciones algo diferentes. Más allá de la interconexión de redes, la abstracción OSI se puede aplicar a todas las formas de interconexión de dispositivos en las comunicaciones de datos y la electrónica computacional.
La capa física define los medios de transmisión de un flujo de bits sin procesar [2] a través de un enlace de datos físico que conecta los nodos de la red . El flujo de bits se puede agrupar 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 está formada por las tecnologías de transmisión de circuitos electrónicos de una red. [3] Es una capa fundamental que subyace a las funciones de nivel superior de una red y puede implementarse a través de una gran cantidad de tecnologías de hardware diferentes con características muy variables. [4]
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 del hardware para provocar la transmisión o recepción de señales electrónicas (u otras). [5] [6] La capa física soporta capas superiores responsables de la generación de paquetes de datos lógicos .
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 [7] [8]
El conjunto de protocolos de Internet , tal como se define en RFC 1122 y RFC 1123, es una descripción de red de alto nivel que se utiliza 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. [9] [10]
Las principales funciones y servicios que realiza 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 . [11] Proporciona una interfaz estandarizada con el medio de transmisión, incluyendo [12] [13] una especificación mecánica de conectores y cables eléctricos , por ejemplo, la longitud máxima del cable, una especificación eléctrica del nivel de señal de la línea de transmisión y la impedancia . La capa física es responsable de la compatibilidad electromagnética , incluida la asignación de frecuencia 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 sobre fibra óptica o un enlace de comunicación inalámbrica 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 se pueden modular en una onda portadora o luz infrarroja . El flujo de datos se gestiona con sincronización de bits en la comunicación serial sincrónica o señalización de inicio-parada y control de flujo en la comunicación serial asincrónica . El uso compartido del medio de transmisión entre múltiples participantes de la red se puede gestionar mediante una simple conmutación de circuitos o multiplexación . Los protocolos de control de acceso al medio más complejos para compartir el medio de transmisión pueden utilizar detección de colisiones y detección de portadora , como en el acceso múltiple con detección de colisiones y detección de portadora (CSMA/CD) de Ethernet.
Para optimizar la fiabilidad y la eficiencia, se pueden utilizar técnicas de procesamiento de señales como ecualización , secuencias de entrenamiento y modelado de pulsos . Se pueden aplicar códigos y técnicas de corrección de errores, incluida la corrección de errores hacia adelante [14], para mejorar aún más la fiabilidad.
Otros temas asociados con la capa física incluyen: velocidad 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 simplex , semidúplex o dúplex completo ; y autonegociación [15]
Una PHY , abreviatura de capa física , es un circuito electrónico , generalmente implementado como un circuito integrado , necesario 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 llamado 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 generalmente incluye tanto la subcapa de codificación física (PCS) como la funcionalidad de la capa dependiente del medio físico (PMD). [16]
-PHY también se puede utilizar 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 por fibra óptica (como la familia SFP ) complementan un chip PHY y forman la subcapa PMD .
La capa física de Ethernet es un componente que opera en la capa física del modelo de red OSI . Implementa la parte de la capa física de Ethernet. Su propósito es proporcionar acceso físico de señal analógica al enlace. Generalmente está interconectada con una interfaz independiente del medio (MII) a un chip MAC en un microcontrolador u otro sistema que se encarga de las funciones de la capa superior.
Más específicamente, el PHY de Ethernet es un chip que implementa la función de envío y recepción de hardware de tramas de Ethernet ; interactúa 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 . [17] El PHY normalmente 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 otra funcionalidad integrada en un chip o como chips separados.
Las interfaces Ethernet más comunes incluyen fibra o dos o 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 y, al mismo tiempo, comunicarse a las velocidades deseadas. El DP83TD510E de Texas Instruments [18] es un ejemplo de un 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 [19] y ofertas de Intel [20] e ICS. [21]
Las siguientes tecnologías proporcionan servicios de capa física: [22]
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