<ص>
في نموذج OSI المكون من سبع طبقات لشبكات الكمبيوتر، الطبقة المادية هي الطبقة الأولى والأدنى. إنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالاتصال المادي بين الأجهزة. توفر الطبقة المادية الواجهات الكهربائية والميكانيكية والبرمجية لوسيلة النقل. هذه الطبقة مسؤولة عن تحديد المعلمات منخفضة المستوى مثل شكل وخصائص الموصل الكهربائي، وتردد الإرسال، وترميز الخط المستخدم، وما إلى ذلك. اليوم، يتم تنفيذ الطبقة المادية في كثير من الأحيان في شريحة PHY مخصصة أو كنموذج تصميم في أتمتة التصميم الإلكتروني (EDA).
تحدد الطبقة المادية كيفية نقل تدفق البتات الخام عبر روابط البيانات المادية التي تربط عقد الشبكة.
<ص>
في الحوسبة المتنقلة، يتم استخدام بروتوكول الربط العائلي *-PHY الخاص بتحالف MIPI على نطاق واسع. يرتبط السياق التاريخي لنموذج OSI ارتباطًا وثيقًا بمجموعة بروتوكولات الإنترنت والإيثرنت. تطورت هذه التقنيات في نفس الفترة وكانت لها أفكار مماثلة في أيامها الأولى، على الرغم من اختلافها في بعض التجريدات. لا يقتصر تجريد OSI على تطبيقات الإنترنت فحسب، بل يمكن تطبيقه على جميع أشكال ربط الأجهزة، سواء في اتصالات البيانات أو إلكترونيات الحوسبة.
دور الطبقة المادية
<ص>
الوظيفة الأساسية للطبقة المادية هي تحديد كيفية نقل تدفقات البتات الخام بين عقد الشبكة المتصلة. يمكن تجميع تدفقات البتات هذه في كلمات أو رموز وتحويلها إلى إشارات، والتي يتم إرسالها بعد ذلك عبر وسيط نقل. تتضمن الطبقة المادية تقنية نقل الدائرة الإلكترونية للشبكة وهي الطبقة الأساسية التي تدعم الوظائف عالية المستوى. يمكن تنفيذ هذه الطبقة من خلال مجموعة متنوعة من تقنيات الأجهزة ذات الخصائص المختلفة لتوفير الدعم للوظائف ذات المستوى الأعلى.
في سياق نموذج OSI، تقوم الطبقة المادية بترجمة طلبات الاتصال المنطقية لطبقة ارتباط البيانات إلى عمليات خاصة بالأجهزة، مما يؤدي إلى إرسال أو استقبال الإشارات الإلكترونية.
طبقة فرعية للإشارة المادية
<ص>
في الشبكات التي تستخدم بنية الربط بين الأنظمة المفتوحة (OSI)، تكون طبقة الإشارة المادية جزءًا من الطبقة المادية وتتفاعل مع طبقة التحكم في وصول الوسائط (MAC) في طبقة ارتباط البيانات. هذه الطبقة الفرعية مسؤولة عن ترميز الرموز ونقلها واستقبالها وفك تشفيرها، وتؤدي وظائف العزل الكهربائي.
العلاقة بمجموعة بروتوكولات الإنترنت
<ص>
مجموعة بروتوكولات الإنترنت، كما هو محدد في RFC 1122 وRFC 1123، هي وصف شبكة عالي المستوى للإنترنت والشبكات المماثلة. على النقيض من ذلك، لا يحدد النموذج طبقة تتعامل على وجه التحديد مع مواصفات وواجهات مستوى الأجهزة، نظرًا لأن النموذج لا يهتم بشكل مباشر بالواجهات المادية.
الخدمات
<ص>
تتضمن الوظائف والخدمات الرئيسية التي تؤديها الطبقة المادية توصيل البيانات بتًا تلو الآخر أو رمزًا تلو الآخر وتوفير واجهة موحدة لوسيلة النقل. وهي تشمل المواصفات الميكانيكية للموصلات والكابلات الكهربائية، والمواصفات الكهربائية لإشارات خطوط النقل، وما إلى ذلك. الطبقة الفيزيائية مسؤولة عن التوافق الكهرومغناطيسي، بما في ذلك تخصيص الطيف الكهرومغناطيسي وتحديد قوة الإشارة. قد تكون وسيلة النقل عبارة عن ألياف كهربائية أو بصرية، أو رابط اتصال لاسلكي.
تدعم الطبقة المادية الطبقات الأعلى وهي المسؤولة عن إنشاء الحزم المنطقية.
<ص>
من حيث إدارة تدفق البيانات، يمكن للطبقة المادية تنفيذ مزامنة البتات وإجراء التحكم في التدفق في الاتصالات التسلسلية المتزامنة وغير المتزامنة. يمكن أن يتم مشاركة وسيلة النقل بواسطة العديد من المشاركين في الشبكة من خلال التبديل الدائري البسيط أو الإرسال المتعدد، أو بروتوكولات التحكم في الوصول إلى الوسائط الأكثر تعقيدًا، مثل الوصول المتعدد باستخدام Carrier Sense مع اكتشاف التصادم (CSMA/CD) في Ethernet، والذي يمكنه إدارة القناة بشكل أكثر فعالية.
تعريف PHY
<ص>
PHY هو اختصار "الطبقة الفيزيائية"، وهي عادةً عبارة عن دائرة أشباه الموصلات التي تنفذ وظيفة الطبقة الفيزيائية في نموذج OSI. يقوم PHY بربط جهاز طبقة الارتباط (غالبًا ما يسمى بـ MAC، وهو اختصار لـ Media Access Control) بالوسيط المادي، مثل كابل الألياف أو النحاس. يشتمل جهاز PHY عادةً على طبقة فرعية للترميز الفيزيائي (PCS) ووظائف طبقة تعتمد على الوسيط الفيزيائي (PMD).
أجهزة الإرسال والاستقبال المادية في Ethernet
<ص>
Ethernet PHY هو أحد المكونات التي تعمل في الطبقة المادية في نموذج شبكة OSI. إنه ينفذ جزء الطبقة المادية من Ethernet، والغرض منه هو توفير الوصول المادي إلى الإشارات التناظرية للرابط. يتفاعل عادةً مع متحكم دقيق أو واجهة مستقلة عن الوسائط (MII) أخرى في النظام للتعامل مع وظائف ذات مستوى أعلى.
تطبيقات أخرى
<ص>
بالنسبة لشبكة LAN اللاسلكية أو Wi-Fi، يتضمن قسم PHY أقسام RF والإشارة المختلطة والتناظرية، والتي غالبًا ما يشار إليها باسم جهاز الإرسال والاستقبال. عادةً ما يتم دمج أجزاء PHY هذه مع طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) في تنفيذ النظام على الشريحة (SOC). وتشمل التطبيقات اللاسلكية المماثلة 3G و4G وLTE و5G وWiMAX وUWB. يتم استخدام شريحة PHY الموجودة في وحدة التحكم USB لتوفير جسر بين الأجزاء الرقمية وأجزاء التعديل.
<ص>
توفر هذه التقنيات الدعم لخدمات الطبقة المادية، بدءًا من الاتصالات اللاسلكية إلى تقنيات تخزين البيانات، ويتم تنفيذ جميعها باستخدام مواصفات PHY المخصصة. تلعب الطبقة المادية دورًا أساسيًا في الشبكة بأكملها، ولكن كم من الأشخاص يفهمون حقًا كيفية عملها الداخلي؟