3.3.1. Introducción

 La función de la capa física de OSI es la de codificar en señales los dígitos binarios que representan las tramas de la capa de Enlace de datos, además de transmitir y recibir estas señales a través de los medios físicos (alambres de cobre, fibra óptica o medio inalámbrico) que conectan los dispositivos de la red.

   

3.3.2. SEÑALES DE COMUNICACIÓN

      3.3.2.1. OBJETIVO

La capa física de OSI proporciona los medios de transporte para los bits que conforman la trama de la capa de Enlace de datos a través de los medios de red. Esta capa acepta una trama completa desde la capa de Enlace de datos y lo codifica como una secuencia de señales que se transmiten en los medios locales. Un dispositivo final o un dispositivo intermedio recibe los bits codificados que componen una trama.
El envío de tramas a través de medios de transmisión requiere los siguientes elementos de la capa física:

• Medios físicos y conectores asociados.
• Una representación de los bits en los medios.
• Codificación de los datos y de la información de control.
• Sistema de circuitos del receptor y transmisor en los dispositivos de red

 3.3.2.2. FUNCIONAMIENTO

Los medios no transportan la trama como una única entidad. Los medios transportan señales, una por vez, para representar los bits que conforman la trama.
Existen tres tipos básicos de medios de red en los cuales se representan los datos:

• Cable de cobre
• Fibra
• Inalámbrico

La presentación de los bits -es decir, el tipo de señal- depende del tipo de medio. Para los medios de cable de cobre, las señales son patrones de pulsos eléctricos. Para los medios de fibra, las señales son patrones de luz. Para los medios inalámbricos, las señales son patrones de transmisiones de radio.
Identificación de una trama

Cuando la capa física codifica los bits en señales para un medio específico, también debe distinguir dónde termina una trama y dónde se inicia la próxima. De lo contrario, los dispositivos de los medios no reconocerían cuándo se ha recibido exitosamente una trama. En tal caso, el dispositivo de destino sólo recibiría una secuencia de señales y no sería capaz de reconstruir la trama correctamente. Como se describió en el capítulo anterior, indicar el comienzo de la trama es a menudo una función de la capa de Enlace de datos. Sin embargo, en muchas tecnologías, la capa física puede agregar sus propias señales para indicar el comienzo y el final de la trama.

3.3.2.3. ESTÁNDARES

La capa física consiste en un hardware creado por ingenieros en forma de conectores, medios y circuitos electrónicos. Por lo tanto, es necesario que las principales organizaciones especializadas en ingeniería eléctrica y en comunicaciones definan los estándares que rigen este hardware.
Por el contrario, las operaciones y los protocolos de las capas superiores de OSI se llevan a cabo mediante un software y están diseñados por especialistas informáticos e ingenieros de software. Como vimos en el capítulo anterior, el grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF) define los servicios y protocolos del conjunto TCP/IP en las RFC. 

Al igual que otras tecnologías asociadas con la capa de Enlace de datos, las tecnologías de la capa física se definen por diferentes organizaciones, tales como:

• La Organización Internacional para la Estandarización (ISO) 
• El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE)
• El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) 
• La Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) 
• La Asociación de Industrias Electrónicas/Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (EIA/TIA)
• Autoridades de las telecomunicaciones nacionales, como la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) en EE.UU.

Hardware y tecnologías de la Capa física

3.3.2.4. SEÑALIZACIÓN Y CODIFICACIÓN FÍSICA

Las tres funciones esenciales de la capa física son:

• Los componentes físicos
• Codificación de datos
• Señalización

Los elementos físicos son los dispositivos electrónicos de hardware, medios y conectores que transmiten y transportan las señales para representar los bits.

Codificación
La codificación es un método utilizado para convertir un stream de bits de datos en un código predefinido. Los códigos son grupos de bits utilizados para ofrecer un patrón predecible que pueda reconocer tanto el emisor como el receptor. La utilización de patrones predecibles permite distinguir los bits de datos de los bits de control y ofrece una mejor detección de errores en los medios.
Además de crear códigos para los datos, los métodos de codificación en la capa física también pueden proporcionar códigos para control, como la identificación del comienzo y el final de una trama. El host que realiza la transmisión transmitirá el patrón específico de bits o un código para identificar el comienzo y el final de la trama.

Señalización

La capa física debe generar las señales inalámbricas, ópticas o eléctricas que representan el "1" y el "0" en los medios. El método de representación de bits se denomina método de señalización. Los estándares de capa física deben definir qué tipo de señal representa un "1" y un "0". Esto puede ser tan sencillo como un cambio en el nivel de una señal eléctrica, un impulso óptico o un método de señalización más complejo.

3.3.2.5. REPRESENTACIÓN

Eventualmente, todas las comunicaciones desde la red humana se convierten en dígitos binarios que se transportan individualmente a través de los medios físicos.
Si bien todos los bits que conforman una trama se presentan ante la capa física como una unidad, la transmisión de la trama a través de los medios se realiza mediante un stream de bits enviados uno por vez. La capa física representa cada uno de los bits de la trama como una señal. Cada señal ubicada en los medios cuenta con un plazo específico de tiempo para ocupar los medios. Esto se denomina tiempo de bit. Las señales se procesan mediante el dispositivo receptor y se vuelven a enviar para representarlas como bits.
En la capa física del nodo receptor, las señales se vuelven a convertir en bits. Luego se examinan los bits para los patrones de bits del comienzo y el final de la trama con el objetivo de determinar si se ha recibido una trama completa. Luego la capa física envía todos los bits de una trama a la capa de Enlace de datos.
El envío exitoso de bits requiere de algún método de sincronización entre el transmisor y el receptor. Se deben examinar las señales que representan bits en momentos específicos durante el tiempo de bit, para determinar correctamente si la señal representa un "1" o un "0". La sincronización se logra mediante el uso de un reloj. En las LAN, cada extremo de la transmisión mantiene su propio reloj. Muchos métodos de señalización utilizan transiciones predecibles en la señal para proporcionar sincronización entre los relojes de los dispositivos receptores y transmisores.

 3.3.3. MEDIOS DE TRANSMISIÓN

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        3.3.3.1. CONEXIÓN DE LA COMUNICACIÓN

La capa física se ocupa de la señalización y los medios de red. Esta capa produce la representación y agrupación de bits en voltajes, radiofrecuencia e impulsos de luz. Muchas organizaciones que establecen estándares han contribuido con la definición de las propiedades mecánicas, eléctricas y físicas de los medios disponibles para diferentes comunicaciones de datos. Estas especificaciones garantizan que los cables y conectores funcionen según lo previsto mediante diferentes implementaciones de la capa de Enlace de datos.
Por ejemplo, los estándares para los medios de cobre se definen según lo siguiente:

• Tipo de cableado de cobre utilizado.
• Ancho de banda de la comunicación.
• Tipo de conectores utilizados.
• Diagrama de pines y códigos de colores de las conexiones a los medios.
• Distancia máxima de los medios.