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Il potere nascosto dello strato fisico: perché è il fondamento del funzionamento della rete?
Nel modello OSI a sette livelli delle reti di computer, il livello fisico è il primo e il più basso. È strettamente correlato alla connessione fisica tra i dispositivi. Lo strato fisico fornisce le interfacce elettriche, meccaniche e di programmazione al mezzo di trasmissione. Questo livello è responsabile della definizione di parametri di basso livello quali la forma e le caratteristiche del connettore elettrico, la frequenza di trasmissione, la codifica di linea utilizzata, ecc. Oggigiorno, lo strato fisico è spesso implementato in un chip PHY dedicato o come modulo di progettazione nell'automazione della progettazione elettronica (EDA).
Il livello fisico determina il modo in cui il flusso di bit grezzo viene trasmesso sui collegamenti dati fisici che collegano i nodi della rete.
Nel mobile computing è ampiamente utilizzato il protocollo di interconnessione della famiglia *-PHY della MIPI Alliance. Il contesto storico del modello OSI è strettamente correlato alla suite di protocolli Internet e ad Ethernet. Queste tecnologie si svilupparono nello stesso periodo e inizialmente si basavano su idee simili, sebbene differissero per alcune astrazioni. L'astrazione OSI non si limita alle applicazioni Internet: può essere applicata a tutte le forme di interconnessione dei dispositivi, sia nelle comunicazioni dati che nell'elettronica informatica.
Il ruolo dello strato fisico
La funzione principale del livello fisico è definire come trasmettere flussi di bit grezzi tra nodi di rete connessi. Questi flussi di bit possono essere raggruppati in parole di codice o simboli e convertiti in segnali, che vengono poi inviati tramite un mezzo di trasmissione. Il livello fisico comprende la tecnologia di trasmissione del circuito elettronico della rete ed è il livello di base che supporta le funzioni di alto livello. Questo livello può essere implementato tramite una varietà di tecnologie hardware con caratteristiche diverse per fornire supporto a funzioni di livello superiore.
Nel contesto del modello OSI, il livello fisico traduce le richieste di comunicazione logiche del livello di collegamento dati in operazioni specifiche dell'hardware, determinando la trasmissione o la ricezione di segnali elettronici.
Sottostrato del segnale fisico
Nelle reti che utilizzano l'architettura OSI (Open Systems Interconnection), il sottolivello di segnalazione fisica fa parte del livello fisico e interagisce con il sottolivello di controllo di accesso al mezzo (MAC) del livello di collegamento dati. Questo sottolivello è responsabile della codifica, trasmissione, ricezione e decodifica dei simboli e svolge funzioni di isolamento elettrico.
Relazione con la suite di protocolli Internet
La suite di protocolli Internet, come definita in RFC 1122 e RFC 1123, è una descrizione di rete di alto livello per Internet e reti simili. Al contrario, il modello non definisce un livello che si occupi specificamente delle specifiche e delle interfacce a livello hardware, poiché il modello non è direttamente interessato alle interfacce fisiche.
Servizi
Le principali funzioni e servizi svolti dal livello fisico includono la trasmissione di dati bit per bit o simbolo per simbolo e la fornitura di un'interfaccia standardizzata al mezzo trasmissivo. Include specifiche meccaniche per connettori e cavi elettrici, specifiche elettriche per segnali di linee di trasmissione, ecc. Lo strato fisico è responsabile della compatibilità elettromagnetica, compresa l'allocazione dello spettro elettromagnetico e la specifica della potenza del segnale. Il mezzo di trasmissione può essere la fibra elettrica o ottica, oppure un collegamento di comunicazione wireless.
Il livello fisico supporta i livelli superiori ed è responsabile della generazione di pacchetti logici.
In termini di gestione del flusso di dati, il livello fisico può implementare la sincronizzazione dei bit ed eseguire il controllo del flusso sia nelle comunicazioni seriali sincrone che asincrone. La condivisione del mezzo trasmissivo da parte di più partecipanti alla rete può essere effettuata tramite una semplice commutazione di circuito o multiplexing, oppure tramite protocolli di controllo dell'accesso ai media più complessi, come il Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) di Ethernet, in grado di gestire il canale in modo più efficace.
Definizione di PHYPHY è l'abbreviazione di "physical layer", ovvero un circuito semiconduttore che implementa la funzione di livello fisico nel modello OSI. Il PHY collega un dispositivo di livello di collegamento (spesso chiamato MAC, acronimo di Media Access Control) al mezzo fisico, come un cavo in fibra ottica o in rame. Un dispositivo PHY in genere include funzioni di sottolivello di codifica fisica (PCS) e di livello dipendente dal mezzo fisico (PMD).
Trasmettitori fisici in Ethernet
Ethernet PHY è un componente che opera a livello fisico nel modello di rete OSI. Implementa la parte di livello fisico di Ethernet e il suo scopo è quello di fornire accesso fisico ai segnali analogici per il collegamento. Solitamente si interfaccia con un microcontrollore o con un'altra interfaccia indipendente dal supporto (MII) nel sistema per gestire funzioni di livello superiore.
Altre applicazioni
Per le reti LAN wireless o Wi-Fi, la sezione PHY comprende le sezioni RF, segnale misto e analogica, spesso denominate ricetrasmettitore. In genere, queste porzioni PHY sono integrate con un livello di controllo di accesso al mezzo (MAC) in un'implementazione system-on-chip (SOC). Applicazioni wireless simili includono 3G, 4G, LTE, 5G, WiMAX e UWB. Il chip PHY nel controller USB viene utilizzato per fornire un ponte tra la parte digitale e quella di modulazione.
Queste tecnologie forniscono supporto per servizi di livello fisico, che vanno dalle comunicazioni wireless alle tecnologie di archiviazione dati, tutti implementati utilizzando specifiche PHY dedicate. Il livello fisico svolge un ruolo fondamentale nell'intera rete, ma quante persone ne comprendono davvero il funzionamento interno?
