Los estándares de la capa física abarcan tres áreas funcionales:
Componentes físicos
Los componentes físicos son los dispositivos electrónicos de hardware, los medios y otros conectores que transmiten y transportan las señales para representar los bits. Todos los componentes de hardware, como los adaptadores de red (NIC), las interfaces y los conectores, así como los materiales y el diseño de los cables, se especifican en los estándares asociados con la capa física. Los diversos puertos e interfaces de un router Cisco 1941 también son ejemplos de componentes físicos con conectores y diagramas de pines específicos derivados de los estándares.
Codificación
La codificación, o codificación de línea, es un método que se utiliza para convertir un stream de bits de datos en un “código” predefinido. Los códigos son grupos de bits utilizados para ofrecer un patrón predecible que pueda reconocer tanto el emisor como el receptor. En el caso de las redes, la codificación es un patrón de voltaje o corriente utilizado para representar los bits; los 0 y los 1.
Además de crear códigos para los datos, los métodos de codificación en la capa física también pueden proporcionar códigos de control, como la identificación del comienzo y el final de una trama.
Entre los métodos de codificación de redes de uso frecuente, se incluyen los siguientes:
- Codificación Manchester: los 0 se representan mediante una transición de voltaje de alto a bajo, y los 1 se representan como una transición de voltaje de bajo a alto. Este tipo de codificación se utiliza en las versiones más antiguas de Ethernet, RFID y la transmisión de datos en proximidad.
- Sin retorno a cero (NRZ): se trata de una forma frecuente de codificación de datos que tiene dos estados denominados “cero” y “uno”, sin posición neutral o de descanso. En los medios, los 0 pueden estar representados por un nivel de voltaje, y los 1, por un voltaje diferente.
Nota: las velocidades de datos más elevadas requieren una codificación más compleja, como 4B/5B; sin embargo, la explicación de estos métodos excede el ámbito de este curso.
Señalización
La capa física debe generar las señales inalámbricas, ópticas o eléctricas que representan los “1” y los “0” en los medios. El método de representación de bits se denomina método de señalización. Los estándares de la capa física deben definir qué tipo de señal representa un “1” y qué tipo de señal representa un “0”. Esto puede ser tan simple como un cambio en el nivel de una señal eléctrica o de un pulso óptico. Por ejemplo, un pulso largo puede representar un 1, mientras que un pulso corto representa un 0.
Esto es similar a la forma en que se utiliza el código morse para la comunicación. El código morse es otro método de señalización que utiliza la presencia o ausencia de una serie de tonos, luces o clics para enviar texto a través de cables telefónicos o entre barcos en el mar.
Las señales se pueden transmitir de dos maneras:
- Asíncrona: las señales de datos se transmiten sin una señal de reloj asociada. El espacio de tiempo entre los caracteres o los bloques de datos puede tener una duración arbitraria, lo que significa que dicho espacio no está estandarizado. Por lo tanto, las tramas requieren indicadores de comienzo y de detención.
- Síncrona: las señales de datos se envían junto con una señal de reloj que se produce en duraciones de tiempo espaciadas de manera uniforme denominadas “tiempo de bit”.
Existen muchas formas de transmitir señales. Un método habitual para enviar datos consiste en utilizar técnicas de modulación. La modulación es el proceso por el cual la característica de una onda (la señal) modifica a otra onda (la portadora). Las siguientes técnicas de modulación se utilizan ampliamente para transmitir datos en un medio:
- Modulación de frecuencia (FM): método de transmisión en el que la frecuencia de la portadora varía de acuerdo con la señal.
- Modulación de amplitud (AM): técnica de transmisión en la que la amplitud de la portadora varía de acuerdo con la señal.
- Modulación por códigos de pulsos (PCM): técnica en la que una señal analógica, como la voz, se convierte en una señal digital mediante el muestreo de la amplitud de la señal y la expresión de amplitudes diferentes como un número binario. La velocidad de muestreo debe ser, por lo menos, el doble de la frecuencia más alta en la señal.
La naturaleza de las señales reales que representan los bits en los medios dependerá del método de señalización que se utilice. Algunos métodos pueden utilizar un atributo de señal para representar un único 0 y utilizar otro atributo de señal para representar un único 1.
En la figura 2, se muestra cómo se utilizan las técnicas de AM y FM para enviar una señal.