OSI/ISO modell - 1. fizikai réteg

A fizikai réteg a hét hálózati réteg közül a legalsó. Biteket, bitsorozotakokat továbbít egymással kapcsolatban álló számítógépek közt, biztosítja az ehhez szükséges mechanikai, funkcionális, villamos és eljárási eszközöket.

Az információt kódolni lehet a kettes számrendszer szerint, ezeket a jeleket továbbítja a fizikai réteg. Egy szöveg például egy karaktersorozat, ahol az egyes karakterek kódolhatók 0 és 1 számokkal. Egy képet sakktáblaként értelmezhetünk, ahol a mezők a képpontok, és ahol minden mezőnek megvan a saját kódja (a színe szerint). Hangok esetén a megfelelő számérték a hangmagasságból és hangerőből tevődik össze. A film egy kép-, és egy hangsorozat együttese.

Az információt digitális és analóg módon lehet továbbítani.
Digitális adatátvitel: sebességét bizonyos idő alatt továbbított bitek számával határozhatjuk meg, mértékegysége bit/s. Használatos a baud mértékegység, amely a másodperc alatt bekövetkezett változások számát adja meg.
Analóg adatátvitel: a sávszélesség a legfontosabb jellemzője a közegen átvihető jel maximális és minimális frekvenciájának különbsége, mértékegysége Hz.

A vonalakat, ahol az adatokat továbbítják, gyakran nem használják ki maximálisan, ezért egy-egy vonalat kisebb csatornákra osztanak. A vonalakat háromféleképp lehet felosztani:

1. Multiplexelés: egy információs vonal felosztása úgy, hogy a vonalon egymástól függetlenül több információt lehessen szállítani.
   Frekvenciaosztásos multiplexelés: analóg átvitelben használatos, a nagy sávszélességű vonalat kisebb frekvenciatartományú csatornákra osztják, így egyszerre több jel vihető át rajta.
   Időosztásos multiplexelés: a vonalat időben osztják több csatornára, így a vonalakon egyszerre több jel fut. A vevők oldalán a jeleket szétválasztják, és a megfelelő jel a megfelelő vevőhöz kerül.
2. Üzenetkapcsolás: az adó oldal a teljes üzenetet elküldi a legközelebbi szabad hosztnak, amely tobvábbküldi ugyanúgy a következőnek, ez egészen így folytatódik a címzettig. Mivel a teljes információmennyiséget egyszerre küldi a rendszer, a vonal rövid ideig foglalt. Hátránya, hogy az információt fogadó hosztnak legalább akkora kapacitással kell rendelkeznie, amekkora a küldött üzenet.
   Csomagkapcsolás: az üzenetet kisebb részekre darabolják, ezeket mint önálló információt továbbítják különböző útvonalakon. A vevő oldal ismét sorrenbe állítja az információkat (előfordulhat, hogy azok nem az eredetinek megfelelő sorrendben érkeztek), létrehozza az eredeti üzenetet.
3. Vonalkapcsolás: nem rendelhető hozzá egy adó és egy vevő, hanem az állomások és a kommunikáció szükséglete alapján jutunk hozzá. A kommunikáló felek ezt pont-pont kapcsolatként érzékelik.

A koaxiális szó önmagában "közös tengelyű"-t jelent. A koaxiális vezeték felépítése bentről kifelé haladva: vezető ér-melegér, szigetelőanyag, árnyékolás(alumíniumfólia vagy sodrott háló), szigetelőanyag.

Két fő típusa van: Szélessávú koaxiális kábel: analóg átvitelt tesz lehetővé, 300-500 MHz-es jeleket akár 100 km-re is továbbít. GHz-es nagyságú jelek átvitelére is alkalmas, így a vonalat több, kisebb sávszélességű csatornákra osztják, így egymástól független információátvitelt tesznek lehetővé egy vonalon. Alapsávú koaxiális kábel: főleg a digitális adatátvitelben használják. Két típusa van, a vékony és a vastag koaxiális kábel. A vékony koaxiális kábelt az Ethernet hálózatokban használják adatátviteli sebessége 1 km-en 100Mbit/s- a távolság csökkenésével ez a szám nő és fordítva. A vastag koaxiális kábel lassan eltűnik, a vékony koaxnál vastagabb, nehezebben szerelhető, ugyanakkor nagyobb távolságok áthidalhatók ugyanakkora sebességgel-jobban kiküszöbölhetők ugyanis a környezeti hatások által okozott zavarok.

Két szigetelt, spirálisan egymásra csavart vezetékből áll. Az árnyékolással ellátott érpárt STP kábelnek, az árnyékolás nélkülit UTP kábelnek nevezzük. Az egymásra csavarással a jelkisugárzás minimálisra csökkenthető. Ha több érpárt fognak össze, általában egy szigeteléssel látják el őket, így tovább csökkentik a külvilág hatásait a kábelekre. A közepes méretű hálózatok az UTP kábeleket részesítik előnyben. Az UTP kábeleket több típusba osztják:

1. kategória - hangátvitel
2. kategória - 4 Mbit/s- os adatvonal
3. kategória - 10 Mbit/s- os adatvonal
4. kategória - 20 Mbit/s- os adatvonal
5. kategória - 100 Mbit/s- os adatvonal

Az UTP kábel 100 m-t képes erősítés nélkül áthidalni.

Az optikai vezeték használatakor az információ fényimpulzusok formájában terjed a közegben- ez lehet levegő is, de csak kis távolságokon belül. Nagy távok esetén a fény optikai szálon keresztül terjed. Ez egy nagyon vékony cső, melynek belsejét speciális anyag tölti ki, amelyben halad a fény. Kétféle kábelen keresztül továbbítható az információ: a többmódusú és egymódusú kábelen. A többmódusú kábel esetében a fényvisszaverődés segítségével továbbítják az információt: ha a vezetőben a fény megfelelő szögben esik a cső felületére, teljes mértékben visszaverődik, így tud haladni az információ. Az egymódusú kábel esetében a cső átmérője megegyezik a fény hullámhosszával, így a fény visszaverődés nélkül haladhat, nagy távolságba juthat az információ erősítés nélkül.

Nagy sebességű, nagy távolságok áthidalására is alkalmas. Időjárásfüggő.

Mikrohullámú átvitel a Föld és műholdak közt. Optimális az 1-10 GHz-s átvitel, bár az időjárás nagyban befolyásolja azt.

A hálózati kártya a számítógépek hálózatra kapcsolódását és az azon történő kommunikációját lehetővé tevő bővítőkártya. Ez minden hálózatra kötött számítógépen megtalálható. Ezekbe lehet beledugni a szabványos hálózati kábelt. Léteznek vezeték nélküli kártyák is. Ezek rádióhullámokat vesznek/adnak, és ezzel kommunikálnak.

Sebességük: 10Mb/s-1Gb/s között mozog.

A modem egy olyan berendezés, ami egy vivőhullám modulálásával a digitális jelet analóg információvá, illetve a másik oldalon ennek demodulálásával újra digitális információvá alakítja. Az eljárás célja, hogy a digitális adatot analóg módon átvihetővé tegye. A telefonos modem például, a számítógép által használt digitális 1 és 0 jeleket úgy alakítja át hangfrekvenciává, hogy az telefon vonalon továbbítható legyen. Szabványos sebességei: 14kbps, 28,8kbps, 33,6kbps, 56kbps. Sebessége láthatóan nem nagy, viszont előnye, hogy ahol van telefon ott lehet internetezni is ennek segítségével.

Fajtái:

A legegyszerűbb csomóponti eszköz, jelentése ismétlő, és valójában ennyit is csinál. A beérkező jelet megismétli, így az nem torzul el egy hosszú kábelben. Nem intelligens eszköz.

Ez már 2-nél több számítógép összekötésére is lehetőséget kínál. Viszont még mindig nem intelligens, tehát ha rá van kötve 4 számítógép és az 1-es küld egy adatcsomagot a 3-nak, akkor ezt az adatcsomagot megkapja mind a 2-es mind a 4-es számítógép is.

Már egy intelligens eszköz. Tehát, ha egy switch-el játszuk el a fenti példát, akkor az adatot csak a 3-as számítógépnek küldi tovább a switch. Így nem terheli le a hálózatot az adatforgalom, gyorsabb lesz.

A router, vagy útválasztó a számítógép-hálózatokban egy forgalomirányítást végző eszköz, amelynek a feladata a helyi hálózatok összekapcsolása. A router akkor jön szóba, ha például van két darab 4 gépből álló hálózatunk (a 4-4 gép egy-egy switchel van összekötve). Az „A” csoport 1. gépe akar küldeni a „B” csoport 2-es gépének adatot. Itt jön szóba az „A” router, aki továbbítja a „B” routernek ,aki továbbküldi a Bcsoport 2-es gépnek egy switchen keresztül. Tehát, ha egy külső géppel akarunk kommunikálni, ami nincs összekötve a switchünkel (pl.: egy weblap szervergépe), akkor már kell egy router.

A csillag topológia a legidősebb módja egy hálózat kiépítésének. Központja a szerver, melyre minden kliens külön csatlakozik, egymást a szerveren keresztül érik el. A központi gépet HUB-nak (ez lehet egy hub, vagy egy switch), a hálózatba kapcsolt gépeket pedig NODE-nak nevezik. Minden node egyetlen kábellel csatlakozik a hubhoz. A csillag topológia legfőbb előnye az, hogy ha megszakad a kapcsolat a hub és bármelyik számítógép között, az nem befolyásolja a hálózat többi csomópontját, mert minden node-nak megvan a saját összeköttetése a hub-bal. A topológia hátránya az, hogy a központ meghibásodásával az egész hálózat működésképtelenné válik.

Minden állomás, beleértve a szervert is, két szomszédos állomással áll közvetlen kapcsolatban. Az összeköttetés körkörös gyűrű, ebből következően a hálózatnak nincs végpontja. Bármely pontról elindulva végül visszatérünk a kiindulóponthoz, hiszen az adat csak egy irányban halad. Az üzeneteket a gépek mindig a szomszédjuknak adják át, s ha az nem a szomszédnak szólt, akkor az is továbbítja. Addig vándorol az üzenet gépről gépre, amíg el nem érkezik a címzetthez. A csillag topológiától eltérően a gyűrű topológia folyamatos útvonalat igényel a hálózat összes számítógépe között. A gyűrű bármely részén fellépő meghibásodás hatására a teljes adatátvitel leáll. Ezenkívül hátránya még az is, hogy az adat a hálózat minden számítógépén keresztülhalad, és a felhasználók illetéktelenül is .hozzájuthatnak az adatokhoz.

A sín topológia a legegyszerűbb hálózati elrendezés. Ez az elrendezés egyetlen, busznak nevezett átviteli közeget használ. A buszon lévő mindegyik számítógépnek egyedi címe van, ez azonosítja a hálózaton. Egy busz topológiájú hálózat esetén a számítógépeket az esetek többségében koaxiális kábellel csatlakoztatják Nem egyetlen hosszú kábel, hanem sok rövid szakaszból áll, amelyeket T-csatlakozók segítségével kötnek össze. Egy speciális hardverelemet kell használni a kábel mindkét végének lezárásához, hogy ne verődjön vissza a buszon végighaladó jel, azaz ne jelenjen meg ismételt adatként. Ahogy az adat végighalad a buszon, mindegyik számítógép megvizsgálja, hogy eldöntse, melyik számítógépnek szól az üzenet. A busz topológiával az a probléma, hogy ha a buszkábel bárhol megszakad, mindkét oldalon megszűnik a lezárás. A lezárás megszűnésének hatására a jel visszaverődik és meghamisítja a buszon lévő adatokat.