capa física

En el modelo OSI de siete capas para redes informáticas , la capa física o capa 1 es la primera y más baja: la capa más directamente relacionada con la conexión física entre dispositivos. La capa física proporciona una interfaz eléctrica, mecánica y de procedimiento al medio de transmisión. La forma y las propiedades de los conectores eléctricos , las frecuencias de transmisión, el código de línea a utilizar y otros parámetros de bajo nivel similares se especifican en la capa física.

En la capa eléctrica, la capa física se implementa comúnmente en 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 es ampliamente utilizada.

La capa física define los medios para transmitir 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 puede agruparse en palabras o símbolos de código 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. ^{[ 3 ]} 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 variadas. ^{[ 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 causar 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 porción de la capa física que ^{[ 7 ] [ 8 ]}

• Interactúa con la subcapa de control de acceso al medio (MAC) de la capa de enlace de datos,
• realiza la codificación, transmisión , recepción y decodificación de símbolos y,
• Realiza aislamiento galvánico .

El conjunto de protocolos de Internet , tal como se define en los RFC 1122 y 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. ^{[ 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 al medio de transmisión, incluyendo ^{[ 12 ] [ 13 ]} una especificación mecánica de conectores y cables eléctricos , por ejemplo, longitud máxima del cable, una especificación eléctrica del nivel de señal de la línea de transmisión e impedancia . La capa física es responsable de la compatibilidad electromagnética incluyendo la asignación de frecuencia del espectro electromagnético y la especificación de la fuerza de la señal , ancho de banda analógico , etc. El medio de transmisión puede ser eléctrico u óptico a través de fibra óptica o un enlace de comunicación inalámbrica como comunicación óptica en espacio libre o radio .

La codificación de línea se utiliza para convertir datos en un patrón de fluctuaciones eléctricas que pueden modularse sobre una onda portadora o luz infrarroja . El flujo de datos se gestiona mediante sincronización de bits en la comunicación serie síncrona o señalización de inicio-parada y control de flujo en la comunicación serie asíncrona . El uso compartido del medio de transmisión entre múltiples participantes de la red puede gestionarse mediante 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 portadora y detección de colisiones , como en el acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD) de Ethernet.

Para optimizar la fiabilidad y la eficiencia, se pueden utilizar técnicas de procesamiento de señales como la ecualización , las secuencias de entrenamiento y la conformación 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 en serie o en paralelo ; 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 las funciones de la capa física del modelo OSI en un controlador de interfaz de red .

A PHY connects a link layer device (often called MAC as an acronym for medium access control) to a physical medium such as an optical fiber or copper cable. A PHY device typically includes both physical coding sublayer (PCS) and physical medium dependent (PMD) layer functionality.^[16]

-PHY may also be used as a suffix to form a short name referencing a specific physical layer protocol, for example M-PHY.

Modular transceivers for fiber-optic communication (like the SFP family) complement a PHY chip and form the PMD sublayer.

The Ethernet PHY is a component that operates at the physical layer of the OSI network model. It implements the physical layer portion of the Ethernet. Its purpose is to provide analog signal physical access to the link. It is usually interfaced with a media-independent interface (MII) to a MAC chip in a microcontroller or another system that takes care of the higher-layer functions.

More specifically, the Ethernet PHY is a chip that implements the hardware send and receive function of Ethernet frames; it interfaces between the analog domain of Ethernet's line modulation and the digital domain of link-layer packet signaling.^[17] The PHY usually does not handle MAC addressing, as that is the link layer's job. Similarly, wake-on-LAN and boot ROM functionality is implemented in the network interface card (NIC), which may have PHY, MAC, and other functionality integrated into one chip or as separate chips.

Common Ethernet interfaces include fiber or two to four copper pairs for data communication. However, there now exists a new interface, called Single Pair Ethernet (SPE), which is able to utilize a single pair of copper wires while still communicating at the intended speeds. Texas Instruments DP83TD510E^[18] is an example of a PHY which uses SPE.

Algunos 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 las ofertas de Intel ^{[ 20 ]} e ICS. ^{[ 21 ]}

• Redes LAN inalámbricas o Wi-Fi : La parte física (PHY) consta de las partes de radiofrecuencia (RF), señal mixta y analógica, a menudo denominadas transceptores, y la parte de banda base digital que utiliza un procesador de señal digital (DSP) y procesamiento de algoritmos de comunicación, incluidos los códigos de canal . Es común que estas partes físicas se integren con la capa de control de acceso al medio (MAC) en implementaciones de sistemas en un chip (SOC). Aplicaciones inalámbricas similares incluyen 3G / 4G / LTE / 5G , WiMAX y UWB .
• Bus Serie Universal (USB): La mayoría de los controladores USB en sistemas anfitriones o sistemas embebidos integran un chip PHY que sirve de puente entre las partes digitales y moduladas de la interfaz.
• IrDA: La especificación de la Infrared Data Association (IrDA) incluye una especificación IrPHY para la capa física del transporte de datos.
• Serial ATA (SATA): Los controladores Serial ATA utilizan un PHY.
• PCI Express (PCIe): Los controladores PCI Express utilizan un PHY.

Las siguientes tecnologías proporcionan servicios de capa física: ^{[ 22 ]}

• Modelo de canal
• Recuperación del reloj
• Transmisión de datos
• Seguridad intrínseca
• SerDes

• Capa física (Capa 1)
• Tutorial de la capa 1 de 10G