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Le pouvoir caché de la couche physique : pourquoi est-elle la pierre angulaire du fonctionnement du réseau ?
Dans le modèle OSI à sept couches des réseaux informatiques, la couche physique est la première et la plus basse couche. Cela est étroitement lié à la connexion physique entre les appareils. La couche physique fournit les interfaces électriques, mécaniques et de programmation au support de transmission. Cette couche est responsable de la définition des paramètres de bas niveau tels que la forme et les caractéristiques du connecteur électrique, la fréquence de transmission, le codage de ligne utilisé, etc. Aujourd’hui, la couche physique est souvent implémentée dans une puce PHY dédiée ou en tant que module de conception dans l’automatisation de la conception électronique (EDA).
La couche physique détermine la manière dont le flux binaire brut est transmis sur les liaisons de données physiques qui connectent les nœuds du réseau.
Dans l'informatique mobile, le protocole d'interconnexion de la famille *-PHY de l'Alliance MIPI est largement utilisé. Le contexte historique du modèle OSI est étroitement lié à la suite de protocoles Internet et à Ethernet. Ces technologies se sont développées à la même période et avaient des idées similaires à leurs débuts, bien qu'elles différaient sur certaines abstractions. Non limitée aux applications Internet, l'abstraction OSI peut être appliquée à toutes les formes d'interconnexion d'appareils, que ce soit dans les communications de données ou dans l'électronique informatique.
Le rôle de la couche physique
La fonction principale de la couche physique est de définir comment transmettre les flux de bits bruts entre les nœuds de réseau connectés. Ces flux binaires peuvent être regroupés en mots de code ou en symboles et convertis en signaux, qui sont ensuite envoyés sur un support de transmission. La couche physique comprend la technologie de transmission des circuits électroniques du réseau et constitue la couche de base qui prend en charge les fonctions de haut niveau. Cette couche peut être implémentée via une variété de technologies matérielles avec des caractéristiques différentes pour fournir un support pour des fonctions de niveau supérieur.
Dans le contexte du modèle OSI, la couche physique traduit les demandes de communication logiques de la couche de liaison de données en opérations spécifiques au matériel, aboutissant à la transmission ou à la réception de signaux électroniques.
Sous-couche de signal physique
Dans les réseaux utilisant l'architecture OSI (Open Systems Interconnection), la sous-couche de signalisation physique fait partie de la couche physique et interagit avec la sous-couche de contrôle d'accès au support (MAC) de la couche de liaison de données. Cette sous-couche est responsable du codage, de la transmission, de la réception et du décodage des symboles et remplit des fonctions d'isolation électrique.
Relation avec la suite de protocoles Internet
La suite de protocoles Internet, telle que définie dans les RFC 1122 et RFC 1123, est une description de réseau de haut niveau pour Internet et les réseaux similaires. En revanche, le modèle ne définit pas de couche traitant spécifiquement des spécifications et des interfaces au niveau matériel, puisque le modèle n'est pas directement concerné par les interfaces physiques.
Services
Les principales fonctions et services assurés par la couche physique comprennent la livraison de données bit par bit ou symbole par symbole et la fourniture d'une interface standardisée au support de transmission. Il comprend les spécifications mécaniques des connecteurs et câbles électriques, les spécifications électriques des signaux de lignes de transmission, etc. La couche physique est responsable de la compatibilité électromagnétique, y compris de l'attribution du spectre électromagnétique et de la spécification de la force du signal. Le support de transmission peut être une fibre électrique ou optique, ou une liaison de communication sans fil.
La couche physique prend en charge les couches supérieures et est responsable de la génération de paquets logiques.
En termes de gestion du flux de données, la couche physique peut implémenter la synchronisation des bits et effectuer le contrôle de flux dans les communications série synchrones et asynchrones. Le partage du support de transmission par plusieurs participants au réseau peut être effectué via une simple commutation de circuit ou un multiplexage, ou via des protocoles de contrôle d'accès au support plus complexes, tels que l'accès multiple avec détection de collision (CSMA/CD) d'Ethernet, qui peut gérer plus efficacement le canal.
Définition PHY
PHY est l'abréviation de « couche physique », qui est généralement un circuit semi-conducteur qui implémente la fonction de couche physique dans le modèle OSI. Le PHY connecte un périphérique de couche de liaison (souvent appelé MAC, qui signifie Media Access Control) au support physique, tel qu'un câble à fibre optique ou en cuivre. Un dispositif PHY comprend généralement des fonctions de sous-couche de codage physique (PCS) et de couche dépendante du support physique (PMD).
Émetteurs-récepteurs physiques dans Ethernet
Ethernet PHY est un composant fonctionnant au niveau de la couche physique dans le modèle de réseau OSI. Il implémente la partie couche physique d'Ethernet et son objectif est de fournir un accès physique aux signaux analogiques pour la liaison. Il s'interface généralement avec un microcontrôleur ou une autre interface indépendante du support (MII) dans le système pour gérer des fonctions de niveau supérieur.
Autres applications
Pour un réseau local sans fil ou Wi-Fi, la section PHY comprend les sections RF, à signaux mixtes et analogiques, souvent appelées émetteur-récepteur. En règle générale, ces parties PHY sont intégrées à une couche de contrôle d'accès au support (MAC) dans une implémentation de système sur puce (SOC). Les applications sans fil similaires incluent la 3G, la 4G, la LTE, la 5G, le WiMAX et l’UWB. La puce PHY du contrôleur USB est utilisée pour fournir un pont entre les parties numériques et de modulation.
Ces technologies prennent en charge les services de couche physique, allant des communications sans fil aux technologies de stockage de données, toutes implémentées à l'aide de spécifications PHY dédiées. La couche physique joue un rôle fondamental dans l’ensemble du réseau, mais combien de personnes comprennent réellement son fonctionnement interne ?
