A fizikai réteg szabványai három fő területtel foglalkoznak:
Fizikai összetevők
Fizikai összetevők alatt olyan elektronikus hardvereszközöket, átviteli közegeket és csatlakozókat értünk, amelyek a biteket reprezentáló jelek továbbítását végzik. A hardverösszetevők, mint például a hálózati kártyák (NIC), a csatlakozófelületek és csatlakozók, a kábelezési anyagok és tervek leírásait a fizikai réteghez kapcsolódó szabványok tartalmazzák. Ilyen szabványosított fizikai összetevőket találhatunk például a Cisco 1941 típusú forgalomirányítóban is.
Kódolás
A kódolás vagy vonali kódolás bitek sorozatának előre meghatározott 'kóddá' történő átalakítási módszerét jelenti. A kódok bitek olyan csoportját jelentik, amelyek elősegítik egy meghatározott minta felismerését a küldő és a fogadó fél által egyaránt. Hálózatok esetében a kódolás során a feszültséget vagy az áramerősséget használjuk az alacsony (0) és a magas bitek (1) reprezentálására.
Az adatok kódolása mellett, a fizikai réteg kódolási eljárásai vezérlési célokra is használhatók, például a keret kezdetének és végének jelölésére.
A leggyakoribb kódolási módszerek az alábbiak:
- Manchester-kódolás: A 0 a magas-alacsony, az 1 pedig az alacsony-magas feszültségátmenetet jelenti. Ezt a kódolási típust az Ethernet régebbi változataiban, az RFID azonosításnál és a rövid hatótávú kommunikációban használták.
- Nullára vissza nem térő (Non-Return to Zero, NRZ): Egy általánosan használt eljárás, amely az adatok kódolására két állapotot különböztet meg: a nullát és az egyet. A semleges vagy nyugalmi állapotot nem értelmezi. A 0 jelölésére meghatároz egy feszültségszintet a közegen, az 1-et pedig egy ettől különböző feszültségszint jelzi.
Megjegyzés: A gyorsabb adatátviteli sebesség bonyolultabb kódolási eljárásokat igényel. Ilyen például a 4B/5B, amelynek ismertetésével viszont jelen tananyag nem foglalkozik.
Jelzés
A fizikai réteg feladata a közegen továbbított, 1-eseket és 0-kat ábrázoló elektromos, optikai vagy vezeték nélküli jelek létrehozása. A bitek ily módon történő megjelenítésére szolgáló módszert nevezzük jelzési módszernek. Az 1 és a 0 megjelenítésére használható jelek típusát a fizikai réteg szabványaiban kell meghatározni. Ezt a megfeleltetést akár olyan egyszerű dolog is jelentheti, mint az elektromos vagy optikai jelek szintjének megváltozása. A hosszú impulzus például jelentheti az 1-et, a rövid pedig a 0-t.
A Morse-kódot is hasonlóképpen használják a kommunikáció során. Ez egy olyan jelzési módszer, ahol a be- és kikapcsolt hang-, fény- vagy csettintésjelek sorozatát használják szöveges tartalom telefonvonalon keresztüli vagy tengeri hajók közötti továbbítására.
A jelek továbbítása kétféle módon történhet:
- Aszinkron módon: Az adatjelek továbbítása órajel hozzárendelése nélkül történik. Az adatokat alkotó karakterek vagy karakterblokkok közötti időtartam tetszőleges lehet, vagyis az időzítési különbség nem szabványosított. Ezért a keretek elejét és végét jelzőbitekkel kell jelölni.
- Szinkron módon: Az adatok elküldése egy órajellel együtt történik, amely egyenlő időközönként, más néven bitidőnként fordul elő.
A jelek továbbításának számos módja létezik. Az adatok küldésének legelterjedtebb módja a modulációs technikák használata. A moduláció olyan folyamat, amelynek során az egyik hullám (jel) módosítja a másikat (vivő). A közegen történő adattovábbításhoz az alábbi modulációs technikákat használják széles körben:
- Frekvenciamoduláció (FM): Olyan átviteli módszer, amelyben a vivő frekvencia és a jel egymással összhangban váltakozik.
- Amplitúdómoduláció (AM): Olyan átviteli módszer, amelyben a vivő amplitúdója és a jel egymással összhangban váltakozik.
- Impulzuskód-moduláció (PCM): Olyan technika, amelyben egy analóg jelet (pl.: hangot) a jel amplitúdójának mintavételezésével úgy alakítanak digitális jellé, hogy a különböző amplitúdóértékeket bináris számoknak feleltetik meg. A mintavételezés gyakorisága legalább kétszerese kell legyen a jel legnagyobb frekvenciájának!
A biteket ténylegesen ábrázoló jelek természete függ a használt jelzési módszertől. Egyes módszerek a jel valamely tulajdonságát a 0, egy másik tulajdonságát pedig az 1 ábrázolására használhatják.
A 2. ábra az AM és FM technikák jelek továbbításában történő használatát szemlélteti.