Camada física

Vídeo explicativo sobre a Camada Física

Camada física refere-se, em informática, à consideração dos componentes de hardware envolvidos em um determinado processo. Em termos de redes, a camada física diz respeito aos meios de conexão através dos quais irão trafegar os dados, tais como interfaces seriais, ou cabos coaxiais. É a camada de nível um (físico) dos sete níveis de camadas do modelo OSI das redes de computadores.

Ela fornece:

Codificação de dados: modifica o padrão de sinal digital simples (1s e 0s) usado pelo PC para melhor acomodar as características do meio físico e para ajudar na sincronização de bit e quadros.

Técnica de transmissão: determina se os bits codificados serão transmitidos por banda base (digital) ou a sinalização de banda larga (analógica).

Transmissão de mídia física: transmite bits como sinais de ópticos ou elétricos apropriados para o meio físico e determina que opções de mídia físicas podem ser usadas,quantos volts/db deve ser usado para representar um estado de determinado sinal, usando um determinado meio físico.

Base teórica que se faz possível a comunicação de dados.

Uma das maneiras de se transmitir informações é utilizando-se de tensão ou corrente que são propriedades físicas dos fios. Transformando essas propriedades em funções de tempo e de valor único torna-se possível a criação de um modelo, e por consequência a análise matemática.

Analise de Fourier

A base matemática que permitiu o desenvolvimento da comunicação foi a série de Fourier, do matemático francês Jean-Baptiste Fourier. Com essa fórmula matemática, Fourier deduziu que todo sinal repetido pode ser desmembrado em duas partes com a soma de senos, cossenos e uma constante, ou seja, o comportamento do sinal é modelado com uma fórmula matemática baseado em características físicas como a tensão e corrente.

Ao transmitir um sinal de um lugar ao outro, a analise de Fourier desse sinal produzirá coeficientes em diferentes faixas de frequência, que posteriormente serão usados para reconstruir o sinal no receptor. Não existe um meio de transmissão físico que não perca energia no processo, por esse motivo a análise de Fourier produz diferentes componentes por diferentes valores, logo o sinal é distorcido.

Subcamadas

Sinalização Física

Em redes usando a arquitetura OSI, essa subcamada é responsável pela:

• interface com a subcamada de controle de acesso ao meio da camada de Enlace;
• Faz a codificação, transmissão, recepção e decodificação dos bits;
• realiza a isolação galvânica.

Serviços e Funções

As principais funções e serviços realizados por essa camada são:

• Entrega símbolo-por-símbolo ou bit-por-bit;
• Provê uma interface ao meio de transmissão, incluindo;
  • Especificação mecânica do conectores elétricos e cabos;
  • Especificação elétrica do nível da força e impedância do sinal de transmissão;
  • Interface do sinal de rádio (Wi-Fi), como frequência de alocação do espectro eletromagnético,força do sinal, largura da banda, etc.
  • Especificação da radiação infravermelha sobre fibras óticas.
• Modulação;
• Codificação da linha;
• Sincronização dos bits em uma comunicação serial síncrona;
• Comunicação serial assíncrona:
  • Sinalização de início e fim;
  • controle de fluxo.
• Comutação de circuitos;
• Multiplexação;
• Detecção de portadora e detecção de colisão, (utilizado por alguns protocolos de acessos múltiplos na camada de enlace);
• Filtragem de equalização, sequências de treinamento, modelagem de pulsos e outros processamentos de sinal de sinais físicos;
• Correção de erro antecipada;
• Intercalação de bits.

A camada física também está preocupada com:

• Taxa de bits;
• Configuração de linha ponto-a-ponto, multiponto ou ponto-a-multiponto;
• Topologia de rede física;
• Comunicação serial ou paralela;
• Modo de transmissão simplex, half duplex ou full duplex;
• Auto negociação.

Meios físicos de transmissão

Sabe-se que a principal responsabilidade da camada física é realizar o transporte de bits entre um computador e outro. Diversos meios físicos podem ser utilizados para a realização desta transmissão de dados, cada meio possuindo suas particularidades como a largura de banda, custo e nível de complexidade para instalação e manutenção. Os meios físicos de transmissão podem ser divididos em dois modos de transmissão:

Por condução ou meio guiado

• Cabo coaxial;
• Cabo par trançado;
• Fibra óptica;
• Linhas de energia elétrica;
• Fitas magnéticas;

Por irradiação ou meio não guiado (propagação dos sinais por meio do ar)

• Radiodifusão;
• Infravermelho;
• Satélite;
• Transmissão de micro-ondas;

Meios magnéticos

Apesar de serem meios menos tecnológicos e sofisticados, tendo em vista custos a utilização de meios magnéticos como fitas magnéticas ou DVDs graváveis pode ser bastante vantajoso economicamente falando. Uma fita magnética utilizada industrialmente, é capaz de armazenar cerca 800Gb de informações e sabe-se que atualmente com serviços oferecidos por empresas de transporte é possível fazer entregas dentro do pais em até 24 horas. Estima-se que o custo para transportar 1000 fitas magnéticas, cerca de 800Tb de informações (cada fita por volta de U$40 e pode ser reutilizada 10 vezes) é de por volta de U$5.000, tendo em vista que o custo das fitas e do frete pode variar, portanto neste caso cada 1Gb sairia por volta de U$0.50. Isto torna este método menos custoso em relação a qualquer tipo de rede de computadores, além de que seria bastante improvável que alguma rede de computadores atingisse um desempenho tão alto para realizar a transmissão desta quantidade de dados.

Equipamentos que operam na camada física

Alguns equipamentos da camada física:

• Controlador de interface de rede;
• Repetidor;
• Hub Ethernet;
• Modem;
• Conversor de mídia de fibra;
• Pontos de acesso (Wi-Fi).

Tecnologias

Algumas tecnologias que fornecem serviços ou funções da camada física:

• 802.3;
• 802.5;
• 802.11:
  • DSSS;
  • FHSS;
  • OFDM.
• 802.15;
• 802.16;
• USB;
• DSL;
• OTN;
• PON
• Sonet/DH;.
• RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485 (São definidos pela EIA/TIA, assim podem aparecer como ex.: EIA-232, TIA-232 ou RS-232).