Физический уровень является самым нижнем уровнем в ЭМ
ВОС и обеспечивает взаимодействие со средой передачи, связывающей системы друг
с другом.
В модемах производятся преобразования двойничных
данных в аналоговые сигналы, параметры которых согласованы с параметрами
физической среды. На приемной стороне
осуществляется обратное преобразование аналоговых сигналов в бит, которая может
отличаться от аналоговой из-за воздействия помех.
Также в качестве каналов связи могут использоваться
цифровые каналы, вместо модемов используются линейные контроллеры, которые
обеспечивают сопряжения оконечного
оборудования обработки данных с физическим каналом.
На физическом уровне
не решается задача исправления искаженных бит, поэтому его считают
ненадежной системой передачи.
Основная задача физического уровня – обеспечить
соединения для передачи физических сервисных блоков данных, при этом СБД
физического уровня является один бит. Биты передаются дуплексным или
полудуплексным способом и передаются получателю в том же порядке, в котором они
поступили от источника.
Физический уровень формирует передаваемый сигнал,
кодирует, декодирует и синхронизирует биты данных, а также контролирует
состояния среды передачи.
Физическое соединение представляется пользователем,
расположенным на канальном уровне. В соответствие с архитектурой открытых
систем физический уровень должен предоставлять канальному:
- физические
услуги (соединение) между двумя или более числом объектов канального уровня;
- разъединять
при необходимости установленные соединения;
- обеспечить
требуемые параметры качества обслуживания.
Качество обслуживания физическим уровнем определяется:
- частота
появления ошибок;
- скорость
передачи двоичных данных в секунду;
- задержка
передачи.
При обмене данными по выделенным каналам связи,
необходимость в установлении соединения на физическом уровне отсутствует.
Назначением
физического уровня является обеспечение механических, электрических,
функциональных и процедурных средств, целью передачи последовательностей бит между объектами канального уровня.
Механические характеристики физического уровня
определяют организацию сопряжения оконечного оборудования данных с аппаратурой
коммутации данных, т. е. с реальной физической средой передачи.
Непосредственное соединение устанавливается при помощи соединителей различных
типов, которые обеспечивают гальваническую связь ООД с физической средой
передачи.
В качестве механических характеристик определяются:
- конструктивное исполнение соединения;
- тип крепления;
- способы крепления;
- схемы расположения контактов;
- соответствие цепей обмена контактами разъема.
Механические характеристики представлены в стандарте ISO 2110, 2593, 4902, 4903.
Обмен в существующих сетях осуществляется
электрическим сигналом и модули сопряжения должны производиться сигналы к
приемлемому виду.
Электрические характеристики физического уровня
определяются стандартами МККТТ V.28; V.10/X.26; V.11/X.27.
V – аналоговые каналы связи.
X – цифровые.
В процессе установления соединения обмена сети с узлом
коммутации или другими абонентами происходит обмен служебной информации,
связанный с управлением и синхронизацией. После установления соединения
обеспечивается обмен данными, причем в случае использования полудуплексного
режима соответствующие сигналы должны иметь направление информации, по
окончанию обмена данными может потребоваться выполнение разъединения
соединения.
Выполнение этих функций обеспечивается построением
стыка между ООД и АКД.
Функциональные характеристики физического уровня
определяют тип, число и назначения соединительных линий (цепей) стыка ООД/АКД.
При разработке этого стыка применяют два основных
подхода:
1. Для выполнения каждой функцией управления стыком
предназначена отдельная цепь, в этом случае стык содержит цепи заземления,
передачи приема данных; цепи управления для передачи команд от ООД к АКД; цепи
оповещения для передачи сигналов от АКД к ООД; цепи автоматического
установления соединения, обеспечивающих передачу сигнала вызова к другим
абонентам и цепи синхронизации. (Пример: рекомендация V.24 MKKTT, она
определяет цепи стыка между ООД и АКД для работы по аналоговым каналам связи.)
В соответствии этой рекомендации OOD и AKD (модем)
соединяются с помощью 34 цепей общего назначения и 12 цепей автоматического
вызова.
Цепи общего назначения делятся на 4 категории:
- заземление;
- данные;
- управление;
- синхронизация.
С помощью этих цепей OOD управляет модемом, он сообщает OOD о своем состоянии и производится двусторонний обмен
данными.
Цепи автоматического вызова
используются для установления физического соединения при работе по
коммутируемым каналам связи: RS-232c; RS-422; RS-423; RS-449; RS-485.
2. Основан на создании (разработке) стыков с
наименьшим числом цепей. В этом случае OOD непосредственно участвует в
установлении и разъединении физического соединения, т.е. OOD ведет обмен
управляющей информации с другими OOD, для чего оно (OOD) должно формировать и
передавать служебные знаки по цепи передачи и распознавать знаки, принимаемые
по цепи приема. В этом случае при работе «start - stop» режиме цепи управления,
оповещения и автоматические.
При работе в синхронном режиме необходимы цепи приема,
передачи, управления и оповещения.
Х.21 определяет цепи стыка между OOD и AKD при работе
по цифровым каналам (имеет 8 цепей).
Процедурные характеристики физического уровня определяют последовательность
изменений состояния цепей I между OOD и AKD, т.е. определяют логику
взаимодействия объектов на физическом уровне, т.е. какие сигналы посылаются и
какие ожидаются.
Основные рекомендации: MKTT V.24, X.21, X.21 бис,
X.20.
Данный уровень определяет
интерфейсы системы с каналом связи, а именно, механические, электрические,
функциональные и процедурные параметры соединения.
Физический уровень также
описывает процедуры передачи сигналов в канал и получения их из канала. Он предназначен для переноса
потока двоичных сигналов (последовательности бит) в виде, пригодном для передачи по
конкретной используемой физической среде. В качестве такой физической среды
передачи могут выступать канал тональной частоты, соединительная проводная линия, радиоканал или
что-то другое.
Физический уровень выполняет три
основные функции: установление и разъединение соединений; преобразование сигналов и реализация
интерфейса.
Установление и разъединение
соединения. При
использовании коммутируемых каналов на физическом уровне необходимо осуществить
предварительное соединение взаимодействующих систем и их последующее разъединение. При
использовании выделенных (арендуемых) каналов такая процедура упрощается, так как каналы
постоянно закреплены за
соответствующими направлениями связи. В последнем случае обмен данными между системами, не имеющими прямых
связей, организуется с помощью коммутации потоков, сообщений или пакетов данных через
промежуточные взаимодействующие системы (узлы). Однако функции такой коммутации
выполняются уже на более высоких уровнях и к физическому уровню отношения не
имеют.
Кроме физического подключения
взаимодействующие модемы могут также «договариваться» об устраивающем их режиме работы, т.е.
способе модуляции, скорости передачи, режимах исправления ошибок и сжатия
данных и т.д.
После установления соединения
управление передается более высокому канальному уровню.
Преобразование сигналов. Для согласования последовательности передаваемых бит с
параметрами используемого аналогового или
цифрового канала требуется выполнить их преобразование в аналоговый либо
дискретный сигнал соответственно. К этой же группе функций относятся процедуры,
реализующие стык с физическим (аналоговым или цифровым) каналом связи. Такой стык часто называется стыком, зависящим от
среды, и он может соответствовать одному из гостированных канальных стыков С1,
например: С1-ТФ (ГОСТ 23504-79,25007-81, 26557-85) - для каналов ТфОП, С1-ТЧ (ГОСТ
23475-79, 23504-79, 23578-79, 25007-81, 26557-85) - для выделенных каналов тональной
частоты, СЫТ (ГОСТ 22937-78) - для телеграфных каналов связи, С1-ШП (ГОСТ 24174-80,
25007-81, 26557-85) - для первичных широкополосных каналов,С1-ФЛ (ГОСТ 24174-80, 26532-85) - для физических линий
связи, С1-АК - для акустического сопряжения
с каналом связи и ряд других.
Функция преобразования сигналов
является главнейшей функцией модемов. По этой причине первые модемы, не
обладавшие интеллектуальными возможностями и не выполнявшие аппаратное сжатие и
коррекцию ошибок, часто называли устройствами преобразования сигналов.
Реализация интерфейса. Реализация интерфейса между DTE и DСЕ является третьей важнейшей функцией физического
уровня. Такого рода интерфейсы регламентируются соответствующими рекомендациям
и стандартами, к которым, в частности, относятся V.24, RS-232, RS-449, RS-422A, RS-423A, V.35 и другие. Такие интерфейсы
определяются отечественными ГОСТ как преобразовательные стыки С2 или стыки, не зависящие
от среды. Стандарты и рекомендации по интерфейсам DTE-DCE определяют общие характеристики
(скорость и последовательность передачи), функциональные и процедурные характеристики (номенклатура,
категория цепей интерфейса,
правила их взаимодействия); электрические (величины напряжений, токов и
сопротивлений) и
механические характеристики (габариты, распределение контактов по цепям).
На физическом уровне происходит
диагностика определенного класса неисправностей, например таких, как обрыв провода,
пропадание питания, потеря механического контакта и т.п. Типовой профиль
протоколов при использовании модема, поддерживающего только функции физического уровня, приведен на рис. 1.4. При этом считается, что компьютер (DTE) соединяется с модемом (BСЕ) посредством интерфейса RS-232, а модем использует протокол
модуляции V.21. Помехозащищенность
канала связи, состоящего из двух модемов и среды передачи между ними, является
ограниченной и, как правило, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к достоверности
передаваемых данных. По этой причине физический уровень рассматривается как
ненадежная система. Задача исправления искаженных в канале передачи битов
решается на более высоких уровнях, в частности, на канальном уровне.
| 
