Fyzická vrstva OSI modelu

• popíšte funkcie fyzickej vrstvy
• vysvetlite základné úlohy fyzickej vrstvy
• popíšte protokoly fyzickej vrstvy
• charakterizujte jednotlivé typy prenosových médií
• vysvetlite pojmy šírka prenosového pásma, prenosová rýchlosť, útlm, presluch, odolnosť voči rušeniu
• popíšte postup pri meraní parametrov koaxiálneho kábla priameho, konzolového a kríženého kábla
• popíšte značenie vodičov a svoriek elektrických zariadení

Fyzická vrstva je prvou zo siedmich vrstiev modelu OSI. Poskytuje služby pre linkovú vrstvu. Popisuje elektrické (či optické), mechanické a funkčné vlastnosti, akým signálom je reprezentovaná logická jednotka, ako prijímacie stanice rozoznávajú začiatok bitu, aký je tvar konektoru, k čomu je ktorý vodič v kábloch použitý a pod. a všetky súvisiace podrobnosti ako konektory, kódy kanálov a modulácia, sila signálu, vlnová dĺžka, nízko úrovňová synchronizácia a časovanie, maximálne vzdialenosti. Táto vrstva sa niekedy rozdeľuje ešte na Logical Link Control (riadenie logického spojenia) a Media Access Control (riadenie prístupu k médiu).

Funkcie fyzickej vrstvy

• vytvorenie a ukončenie spojenia s prenosovým médiom
• zdieľanie spojového prostredia a riadenie prevádzky
• prevod digitálnej reprezentácie dát z používateľského zariadenia na zodpovedajúce signály, ktoré sú prenášané cez komunikačný kanál, spracovanie a regulácia signálu, bitová synchronizácia

Protokoly fyzickej vrstvy

Napr.:

• Telefónne modemy
• IRDA
• USB
• Ethernet 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-TX, 100BASE-FX, 100BASE-T, 1000BASE-T, 1000BASE-SX
• 802.11 Wi-Fi
• DSL
• ISDN
• Optical Transport Network (OTN)
• GSM
• Bluetooth

Zariadenia

• Opakovač (repeater)
• Rozbočovač (hub)
• Prevodník
• Modem ( v spolupráci s linkovou)
• Sieťová karta

Typy prenosových médií

• metalické vedenia (metallic lines):
• symetrické: krútený pár (twisted pair)
• nesymetrické: koaxiálny kábel (coax cable)
• optické vlákna (optical fibre / fibre optic cables)
• rádiové spoje (radio links):
• pozemské (terrestrial)
• satelitné (satellite) 

Metalické vedenia a optické vlákna sú spolu označované ako pevné/drôtové  prenosové médiá. Rádiové spoje sú označované ako bezdrôtové prenosové médiá.

• Metalické vedenia
• Optické vlákna
• Rádiové spoje

Metalické vedenia

V súčasnosti sa z metalických vedení používajú prevažne káblové vedenia.

• symetrické: krútený pár (twisted pair)
• nesymetrické: koaxiálny kábel (coax cable)

Krútená dvojlinka (Twisted Pair)

Krútený dvojpár je najpoužívanejším prenosovým médiom predovšetkým v miestnych (prístupových) sieťach, kde slúži na pripojenie používateľov ku komunikačnej sieti (telefónnej i dátovej). Krútený pár (Twisted Pair) tvoria 2 medené vodiče, ktoré sú skrútené do špirály s rovnomerným stúpaním. Krútenie umožňuje minimalizovať elektromagnetickú interferenciu medzi pármi, ktoré sa nachádzajú v tom istom kábli blízko seba.

V jednom kábli môže byť aj niekoľko stoviek krútených párov.

• tienený (STP - Shielded Twisted Pai, FTP - Shielded Twisted Pair)
• netienený (UTP - Unshielded Twisted Pair). UTP káble sa používajú pre celé spektrum súčasne používaných technológií – Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, ATM, ...

Koaxiálny kábel 

Je tienený kábel, pozostáva s pevného medeného vodiča, obklopeného izolujúcim materiálom a vodivým tienením. V LAN je opletenie uzemnené, pre ochranu vnútorného vodiča pred externým el. šumom. Koaxiálny kábel je v súčasnosti jedno z najpoužívanejších prenosových médií vo všetkých typoch komunikačných sietí, diaľkových televíznych a telefónnych kanáloch,sieťach káblovej televízií a niekedy aj v lokálnych sieťach LAN - málokedy. Koaxiálny kábel má dva rozdielne vodiče. Vnútorný vodič je uložený v pevnom dielektriku, ktoré je obalené druhým vodičom, obvykle vo forme sieťky. Celý kábel je obalený izolačnou vrstvou, ktorá ho chráni pred vonkajšími vplyvmi. Nevýhodami koaxiálnych káblov sú: náchylnosť k poruchovosti a technologické obmedzenia (počet uzlov, rýchlosť).

Optické vlákna

Optické vlákna môžeme použiť pre celé spektrum komunikačných technológií. Optické vlákna sa používajú na spojovanie v budovách a aj tam, kde je nutné realizovať spoj vonkajším prostredím. Optické vlákno je tvorené skleneným alebo plastovým vláknom s priemerom 5 až 125 m. Optické vlákno je tvorené jadrom, obalom a plášťom. Na prenos používajú zväčšovanie a zmenšovanie intenzity svetla. Nepostihuje ich elektrický šum, preto nepotrebujú uzemnenie. Využívajú sa medzi budovami alebo poschodiami.

Podľa typu šírenia lúča vláknom sa rozlišujú tri základné typy optických vlákien:

• mnohovidové vlákna - LED
• jednovidové vlákna - LASER

Vlastnosti prenosových kanálov 

1. Dynamický rozsahu kanálu -  odstup od šumu, odolnosť proti rušivým vplyvom v kanáli. Označuje sa tiež ako SNR – Signal to Noise Ratio. 
2. Priepustnosť prenosového kanála
3. Šírka pásma prenosového kanála  (bandwidth) predstavuje interval frekvencií, ktoré je prenosový kanál schopný preniesť. 
4. Prenosová rýchlosť je dôležitým parametrom kvality aj pre prenosové médiá. Prenosová rýchlosť prenosového kanála závisia aj od šírky prenosového pásma. Všeobecne platí, čím väčšia je šírka pásma prenosového kanála, tým je väčšia prenosová rýchlosť, ktorú možno dosiahnuť.
5. oneskorenie 
6. chybovosť

Charakteristiky prenosových médií

Prenosové médium je fyzické prostredie,  ktorým je uskutočňovaný prenos signálu medzi dvoma prvkami siete, šíri elektromagnetický signál nesúci správu. Kvalita prenosových médií sa posudzuje aj podľa toho ako ovplyvňujú prenášaný signál. Z tohto pohľadu sú posudzované nasledovné parametre:

1. Skreslenie – deformácia signálu oproti vstupnému signálu.
2. Útlm - väčšia vzdialenosť a vyššia frekvencia spôsobujú zvýšenie útlmu, preto sa používa vysoká frekvencia pre testovaní káblov. Odpor v médiách sa prejavu teplom, ďalšie straty spôsobujú vadné konektory a poškodená zvody na izolácii. Rozoznávame útlm napätia, prúdu a výkonu
3. Odpor je meraný striedavým prúdom -  pri rôznej impedancii vo vedeniach vplyvom zlých konektorov a poškodených vedení, tzv. časová nespojitosť 
4. Echo (presluch)– časť prenášaného signálu je odrazená na vysielač vplyvom odporovej nespojitosti, potom pokračuje do prijímača. 

Meranie parametrov

Na meranie parametrov sa používa osciloskop a spektrálny analyzér. Na kontrolu krútenej dvojlinky sa využíva tester pre RJ45.

Šum v čase a frekvencia

Šum je nežiadúci signál, môže vznikať v prírode alebo v technologických zdrojoch a je pridávaný do dátových signálov v komunikačných systémoch.

Možnosti vzniku šumu: 

• blízko káblov, ktoré vedú dátové signály 
• rádiové frekvenčné rušenie ( RFI ) 
• elektromagnetické rušenie ( EMI ), blízkym zdrojom sú motory alebo svetlá 
• laserový šum vo vysielačoch alebo prijímačoch optických signálov 

Chyby vo vedení

• Obrátený pár – keď 1 drôtový pár je správne nainštalovaný ne jednom konektore ale prehodený na 2 konektore. 
• Rozložený pár – keď sú 2 linky s 2 párov zapojené na nesprávne konektory 
• Krížový pár – keď je pár pripojený na úplne iný pin na konci 

Testovanie optických káblov 

Optické linky pozostávajú s 2 nezávislých optických vlákien fungujúcich ako nezávislé dátové cesty.
V optike nie sú presluchy. Vonkajšie elektromagnetické rušenie alebo šumy nepôsobia na optiku.
Najčastejšou príčinou odrazou sú nesprávne nainštalované konektory.