لایه فیزیکی در شبکه های کامپیوتری — راهنمای جامع

لایه فیزیکی در شبکه و در مدل OSI نقش تعامل با سخت‌افزار واقعی و مکانیسم سیگنال رسانی را دارد. لایه فیزیکی تنها لایه‌ای از مدل شبکه OSI است که عملاً با اتصال فیزیکی دو ایستگاه مختلف ارتباط دارد. این لایه تجهیزات سخت‌افزاری، کابل بندی، سیم‌کشی، فرکانس‌ها، پالس‌های مورد استفاده برای نمایش سیگنال‌های باینری و غیره را شامل می‌شود.

لایه فیزیکی سرویس‌های خود را به لایه «لینک داده» (Data-link) ارائه می‌کند. لایه لینک داده فریم‌ها را به لایه فیزیکی تحویل می‌دهد. لایه فیزیکی آن‌ها را به پالس‌های الکتریکی تبدیل می‌کند که نماینده داده‌های باینری هستند. سپس داده‌های باینری روی رسانه سیمی یا بی‌سیم ارسال می‌شوند.

• مقاله پیشنهادی: انواع پروتکل های ارتباطی شبکه که باید بشناسید — راهنمای جامع و کاربردی

سیگنال‌ها

زمانی که داده‌ها روی رسانه فیزیکی ارسال می‌شوند، ابتدا باید به سیگنال‌های الکترومغناطیسی تبدیل شوند. با این حال، داده‌ها خودشان می‌توانند مانند صدای انسان آنالوگ باشند یا این که مانند فایل روی دیسک دیجیتال باشند. هم داده‌های آنالوگ و هم دیجیتال می‌توانند به صورت سیگنال‌های دیجیتال و آنالوگ نمایش یابند.

فیلم آموزش شبکه های کامپیوتری 1 در فرادرس

کلیک کنید

سیگنال‌های دیجیتال: سیگنال‌های دیجیتال دارای ماهیتی گسسته هستند و توالی پالس‌های ولتاژ را نمایش می‌دهند. سیگنال‌های دیجیتال درون مدار یک سیستم کامپیوتری استفاده می‌شوند.

سیگنال‌های آنالوگ: سیگنال‌های آنالوگ موج‌های پیوسته‌ای هستند که به وسیله موج‌های الکترومغناطیسی پیوسته نمایش می‌یابند.

نقص انتقال

زمانی که سیگنال‌ها از طریق رسانه منتقل می‌شوند، احتمال بروز انحراف در آن‌ها وجود دارند. دلایل مختلفی برای این مسئله وجود دارد.

میرایی (Attenuation): برای این که گیرنده داده‌ها را به طور دقیقی تفسیر کند، سیگنال باید کاملاً قوی باشد. زمانی که سیگنال‌ها از رسانه می‌گذرند به مرور ضعیف‌تر می‌شوند و با افزایش مسافت قدرت خود را از دست می‌دهند.

پراکندگی (Dispersion): زمانی که سیگنال از رسانه عبور می‌کند به مرور پراکنده شده و همپوشانی پیدا می‌کند. مقدار پراکندگی به فرکانس مورد استفاده بستگی دارد.

اعوجاج تأخیر (Delay Distortion): سیگنال‌ها روی رسانه با سرعت و فرکانس از پیش تعریف‌شده‌ای حرکت می‌کنند. اگر سرعت و فرکانس سیگنال با هم مطابقت نداشته باشند، این امکان وجود دارد که به روشی متفاوت به مقصد برسد. در رسانه‌های دیجیتال این مسئله بسیار حائز اهمیت است، زیرا برخی بیت‌ها قبل از بیت‌هایی که زودتر ارسال شده‌اند به مقصد می‌رسند.

نویز: به توزیع تصادفی یا نوسان در سیگنال آنالوگ یا دیجیتال نویز گفته می‌شود که می‌تواند موجب ایجاد انحراف در اطلاعات ارسالی شود. نویز را می‌توان در یکی از دسته‌های زیر طبقه‌بندی کرد:

• نویز گرمایی (Thermal Noise): گرما رساناهای الکترونیکی یک رسانه را دچار آشفتگی می‌کند که می‌تواند منجر به ایجاد نویز در رسانه شود. نویز گرمایی تا یک حد مشخص اجتناب‌ناپذیر است.
• مدولاسیون داخلی (Intermodulation): زمانی که چند فرکانس از یک رسانه استفاده می‌کنند، تداخل آن‌ها می‌تواند منجر به بروز نویز در رسانه شود. نویز مدولاسیون داخلی در صورتی بروز می‌یابد که فرکانس‌های متفاوت از یک رسانه استفاده کنند و یکی از آن‌ها شدت مازادی داشته باشد یا خود کامپوننت به درستی عمل نکند. در این حالت فرکانس حاصل ممکن است مطابق انتظار تحویل داده نشود.
• همشنوایی (Crosstalk): این نوع از نویز زمانی رخ می‌دهد که یک سیگنال خارجی وارد رسانه شود. دلیل این مسئله آن است که ورود این سیگنال در یک رسانه منجر به اثرات سوئی روی سیگنال‌های دوم در آن رسانه می‌شود.
• ایمپالس (Impulse): این نوع از نویز به این دلیل ایجاد می‌شود که آشفتگی‌های نامنظمی مانند رعدوبرق، نوسان برق، اتصال کوتاه یا خرابی قطعات در رسانه رخ می‌دهد. داده‌های دیجیتال به میزان زیادی تحت تأثیر این نوع نویز هستند.

رسانه انتقال

رسانه‌ای که اطلاعات بین دو رایانه بر روی آن انتقال می‌یابند، به نام رسانه انتقال نامیده می‌شود. این رسانه انتقال دو شکل دارد:

فیلم آموزش شبکه های کامپیوتری ۲ – همراه با حل مسأله در فرادرس

کلیک کنید

رسانه هدایت‌ شده: همه ارتباط‌های سیمی/کابلی مانند UTP، کابل‌های کواکسیال و فیبر نوری به صورت رسانه هدایت‌شده هستند. در این نوع رسانه، گیرنده و فرستنده مستقیماً به هم وصل هستند و اطلاعات از طریق این رسانه ارسال (هدایت) می‌شود.

رسانه هدایت نشده: ارتباط بی‌سیم یا فضای باز به نام رسانه هدایت نشده نامیده می‌شود، چون هیچ اتصالی بین گیرنده و فرستنده وجود ندارد. اطلاعات در هوا منتشر می‌شوند و هر کس شامل گیرنده واقعی آن می‌تواند اطلاعات را جمع‌آوری کند.

ظرفیت کانال

سرعت انتقال اطلاعات به نام ظرفیت کانال نامیده می‌شود. این مفهوم را در دنیای دیجیتال به نام نرخ داده می‌شناسیم. این ظرفیت به عوامل مختلفی مانند زیر بستگی دارد:

• پهنای باند – محدودیت فیزیکی رسانه زیرساختی.
• نرخ خطا – پذیرش نادرست اطلاعات به دلیل نویز.
• کدگذاری – تعداد سطوح مورد استفاده برای سیگنال رسانی.

تسهیم یا مالتی‌پلکس (Multiplexing)

مالتی‌پلکس کردن تکنیکی برای ترکیب و ارسال جریان‌های مختلف داده‌ای روی یک رسانه منفرد است. این تکنیک نیازمند سیستم سخت‌افزاری به نام مالتی‌پلکسر (Multiplexing) با عبارت اختصاری MUX برای تسهیم جریان‌ها و ارسالشان روی یک رسانه است و در سمت دیگر این رسانه نیز دستگاهی به نام de-multiplexer یا (DMUX) اطلاعات را از رسانه گرفته و آن را به مقاصد مختلف توزیع می‌کند.

فیلم آموزش شبکه های کامپیوتری – حل تست کنکور ارشد در فرادرس

کلیک کنید

سوئیچینگ (Switching)

سوئیچینگ مکانیسمی است که به وسیله آن داده‌ها/اطلاعات از منبع به سمت مقصد که مستقیماً به آن وصل نشده‌اند، حرکت می‌کنند. شبکه‌ها دستگاه‌های با اتصال متقابل هستند که داده‌ها را مستقیماً از منبع‌های متصل به هم دریافت می‌کنند، آن‌ها را ذخیره‌سازی و تحلیل کرده و سپس به دستگاه‌های متصل به هم بعدی به نزدیک‌ترین مقصد فوروارد می‌کنند.

سوئیچینگ را می‌توان به صورت تصویر زیر دسته‌بندی کرد:

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مجموعه آموزش های شبکه های کامپیوتری
• گنجینه آموزش های شبکه های کامپیوتری
• مجموعه آموزش های دروس مهندسی کامپیوتر
• مفاهیم مقدماتی انتقال داده و شبکه های کامپیوتری — راهنمای جامع
• آموزش شبکه های کامپیوتری ۱
• مدل های شبکه کامپیوتری — راهنمای جامع
• انواع شبکه های کامپیوتری — راهنمای جامع

==