Для системного администратора

Модель взаимодействия открытых систем (OSI) – это модель, разработанная международной организацией по стандартизации (International Standards Organization – ISO), которая описывает то, как данные с приложения одного компьютера могут передаваться приложению на другом компьютере. Модель OSI состоит из семи концептуальных уровней, каждый из которых определяет различные сетевые функции. Каждая функция сети может быть назначена для одного (или, возможно, пары смежных) из этих семи уровней и относительно независима от других уровней. Эта независимость означает, что один уровень не должен знать о том, как применяется второй уровень, а только то, как взаимодействовать с этим уровнем. Этой основное преимущество модели OSI и одна из основных причин, по которым данная модель стала такой популярной архитектурой межкомпьютерных взаимодействий. Семь уровней модели OSI, как показано на рисунке 1, являются следующими:

• Прикладной уровень
• Уровень представления
• Уровень сессии
• Транспортный уровень
• Сетевой уровень
• Канальный уровень
• Физический уровень
  

Рисунок 1: Схема уровней модели OSI, предоставлено catalyst.washington.edu

В последующих нескольких статьях я расскажу о каждом уровне модели и о сетевом оборудовании, связанном с этими уровнями. В этой статье, как вы уже, наверное, догадались, я расскажу о первом уровне; это физический уровень. Хотя многие люди считают, что все сетевое оборудование принадлежит исключительно физическому уровню, они заблуждаются. Многие физические сетевые устройства могут выполнять функции, принадлежащие более высокому уровню. Например, сетевой маршрутизатор выполняет функции маршрутизации, которые принадлежат сетевому уровню. Что же включает физический уровень? Физический уровень включает действительную передачу сигналов с помощью определенных устройств с одного компьютера на другой. Этот уровень включает спецификации электрических и механических характеристик, (таких как: уровень напряжения, время сигнала, уровень данных, максимальная длина передачи и физические коннекторы) сетевого оборудования. Поскольку устройство работает исключительно на физическом уровне, оно не обладает никакими знаниями о том, какие данные оно передает. Устройство физического уровня просто передает и принимает данные. Есть общие функции, за которые отвечает физический уровень. Это следующие функции:

• Определение спецификации оборудования
• Кодирование и передача сигналов
• Прием и передача данных
• Топология и физическая конфигурация сети

Определение спецификации физического оборудования

Каждый компонент оборудования в сети будет обладать определенным количеством спецификаций. Если вы читали мою предыдущую статью под названием «Медь и стекло: руководство по сетевым кабелям» (Copper and Glass: A Guide to Network Cables), то вы узнали некоторые самые распространенные типы спецификации сетевых кабелей. Сюда относятся такие параметры как максимальная длина кабеля, ширина кабеля, защита от электромагнитных помех и даже его эластичность. Еще одной областью спецификации оборудования являются физические коннекторы. Сюда входят размеры и форма коннекторов, а также расположение и количество контактов.

Кодирование и передача сигналов

Передача сигналов и кодирование является очень важной частью физического уровня. Этот процесс может быть довольно сложным. К примеру, давайте рассмотрим Ethernet. Большинство людей знают, что сигнал передается в виде двоичного кода (единицами и нулями), используя высокий и низкий уровень напряжения, которые соответствуют этим двум значениям. Хотя это может быть полезно в образовательных целях, это не так. Сигналы через Ethernet передаются с помощью манчестерского кодирования. Это означает, что ’1′ и ’0′ передаются в виде подъемов и падений сигнала. Позвольте мне объяснить. Если бы вы отправляли сигналы по кабелю, где высокий вольтаж представляет ’1′, а низкий – ’0′, ресиверу тоже нужно было бы знать, как сопоставлять эти образцы сигнала. Обычно для этого передается отдельный сигнал синхронизации. Этот метод называется кодированием без возврата к нулю (Non-return to Zero – NRZ) и имеет несколько серьезных недостатков. Во-первых, если вы используете сигнал синхронизации, то, по сути, вы передаете два сигнала, удваивая тем самым работу. Если вы не хотите передавать сигнал синхронизации, вы можете включить внутреннюю синхронизацию на ресивере, но она должна быть практически идеально синхронизирована с генератором тактовых сигналов передатчика. Допустим, вы можете синхронизировать генератор тактовых сигналов, чего становится все труднее добиться, учитывая постоянно растущую скорость передачи данных, у вас останется проблема поддержания этой синхронизации при передаче длинных отрезков одинаковых битов; именно модуляция помогает синхронизировать тактовый генератор. Ограничения кодирования NRZ можно преодолеть с помощью технологии, разработанной в 1940-ых годах в манчестерском университете Великобритании. Манчестерское кодирование сочетает тактовый сигнал с сигналом данных. Хотя это и увеличивает пропускную способность сигнала, оно делает успешную передачу данных более простой и надежной. Сигнал манчестерского кодирования передает данные в виде восходящих пиков и нисходящих впадин. Сначала нужно решить, какой пик будет представлять ’1′, а какой ’0′, но оба считаются сигналом манчестерского кодирования. Ethernet и стандарты IEEE используют восходящий пик в качестве логической единицы. Изначально манчестерское кодирование использовало нисходящую впадину в качестве логической единицы. Вы можете задаться вопросом о том, что если вам нужно отправить две единицы подряд, сигнал уже будет на пике, когда нужно передать вторую единицу. Это не тот случай, поскольку восходящие и нисходящие пики, представляющие данные, находятся в среднем диапазоне битов; пик диапазона битов либо содержит передачу, либо нет, что ставит сигнал в нужную позицию для передачи последующего бита. В результате в центре каждого бита находится модуляция, направление модуляции представляет либо ’1′, либо ’0′, а временные значения модуляции являются тактовым генератором. Хотя существует множество других схем кодирования, многие из которых более совершенны, чем кодирование NRZ или манчестерское кодирование, простота и надежность манчестерского кодирования делает его ценным стандартом, который все еще широко используется.

Передача и прием данных

Независимо от типа средства сети, будь то электрический, оптический кабель или радиочастота, необходимо устройство, которое физически передает сигнал, равно как и устройство, которое его принимает. В случае беспроводной сети, прием и передача осуществляется высокотехнологичными антеннами, которые передают или принимают сигнал на предопределенной частоте с предопределенной пропускной способностью. Лини оптической передачи использую оборудование, которое способно производить и принимать пульсацию световых вспышек, частота которых используется для определения логического значения бита. Такие устройства как усилители и повторители, которые используются для передачи в магистральных оптических сетях, также включены в физический уровень модели OSI.

Топология и физическая конфигурация сети

Топология и конфигурация вашей сети также входит в физический уровень. Независимо от того, является ли ваша сеть кольцевой сетью с маркерным доступом, звездоподобной сетью , ячеечной сетью , или имеет гибридную конфигурацию, решение о топологии сети принимается с учетом физического уровня. В физический уровень также входит конфигурация кластеров высокой готовности, о которых много говорилось в предыдущих статьях [статья с названием «Стратегии высокой надежности»]. По большому счету вам нужно помнить о том, что если физические устройства не знают о передаваемых данных, то они работают на физическом уровне. В своей следующей статье я расскажу о канальном уровне, о его отличиях от смежных уровней и о том, какое оборудование входит в этот уровень. И по традиции, если у вас возникли вопросы или комментарии к тому, что я написал в этой статье, пишите мне на электронную почту.

Автор: Рассел Хичкок (Russel Hitchcock)

Оригинал