Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 1

Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 1

Mô hình tham chiếu Open System Interconnect (OSI) là một mô hình
được phát triển bởi Open System Interconnect (OSI), đây là mô hình
mô tả cách dữ liệu từ một ứng dụng trên máy tính được truyền đến một
ứng dụng trên máy tính khác như thế nào. Mô hình tham chiếu OSI gồm
có 7 lớp, mỗi lớp giữ các chức năng mạng khác nhau. Mỗi một chức năng
của một mạng có thể được gán với một hoặc có thể một cặp lớp liền kề, của
7 lớp này và có quan hệ độc lập với các lớp khác. Sự độc lập này có nghĩa
rằng một lớp không này không cần biết sự bổ sung của lớp kế cận là gì, chỉ
đơn thuần truyền thông với nó. Đây là một ưu điểm lớn của mô hình tham
chiếu OSI và là một trong các lý do chính tại sao nó lại trở thành một trong
những mô hình kiến trúc được sử dụng rộng rãi nhất cho truyền thông giữa
các máy tính.

7 lớp của mô hình tham chiếu OSI được thể hiện như trong hình 1 bên dưới:

Application - ứng dụng

Presentation – trình diễn

Session - phiên

Transport – truyền tải

Network – mạng

Data link – liên kết dữ liệu

Physical – vật lý

Hình 1: Sơ đồ của các lớp trong mô hình tham chiếu
Trong một vài bài tiếp theo chúng tôi sẽ giới thiệu về mỗi lớp trong mô hình
và phần cứng mạng liên quan đến lớp đó. Trong bài này, như những gì các
bạn có thể đoán được sau khi đọc tiêu đề, chúng tôi sẽ giới thiệu đến lớp 1,
đó là lớp vật lý.

Nhiều người có thể cho rằng tất cả phần cứng mạng đều thuộc về lớp vật lý,
họ hoàn toàn sai. Nhiều thiết bị phần cứng mạng có thể thực hiện các chức
năng thuộc về các lớp cao hơn. Cho ví dụ, router mạng thực hiện các chức
năng định tuyến thuộc về lớp mạng (network).

Vậy lớp vật lý gồm có những gì? Lớp vật lý bao gồm việc truyền tải các tín
hiệu trong môi trường từ máy tính này đến máy tính khác. Lớp này gồm có
các chi tiết kỹ thuật về các đặc tính điện và cơ như: mức điện áp, định thời
tín hiệu, tốc độ dữ liệu, độ dài truyền tải lớn nhất và các kết nối vật lý của
thiết bị mạng. Để một thiết bị hoạt động chỉ trong lớp vật lý, nó sẽ không có
bất kỳ kiến thức nào về dữ liệu mà nó truyền tải. Một thiết bị lớp vật lý chỉ
truyền tải hoặc nhận dữ liệu một cách đơn giản.

Có 4 chức năng chính của lớp vật lý. Các chức năng đó là:

Định nghĩa của các chi tiết kỹ thuật phần cứng

Mã hóa và tín hiệu hóa

Phát và thu dữ liệu

Thiết kế mạng vật lý và topo mạng
Các định nghĩa của chi tiết kỹ thuật phần cứng

Mỗi mẩu phần cứng trong một mạng sẽ có rất nhiều các chi tiết kỹ thuật.
Các chi tiết kỹ thuật này gồm có các thành phần như độ dài lớn nhất của cáp,
độ rộng của cáp và sự bảo vệ xuyên nhiễu điện từ thậm chí cả sự linh động.

Một lĩnh vực khác nữa của các chi tiết kỹ thuật phần cứng là các kết nối vật
lý. Nó gồm có cả hình thù và kích cỡ của các kết nối cũng như số chân và
layout nếu thích hợp.

Mã hóa và tín hiệu hóa

Mã hóa và tín hiệu hóa là phần rất quan trọng của lớp vật lý. Quá trình này
có thể khá phức tạp. Ví dụ, chúng ta hãy xem Ethernet. Hầu hết mọi người
đều biết rằng tín hiệu được gửi là “1” và “0” bằng cách sử dụng mức điện áp
thấp và cao tương ứng với hai trạng thái trên. Điều này quả thực có lợi cho
một số mục đích dạy học, tuy nhiên nó hoàn toàn không đúng. Tín hiệu trên
Ethernet được gửi bằng sử dụng mã hóa Manchester. Điều này có nghĩa là
“1” và “0” được phát là rise (gò lên) và fall (gò xuống) trong tín hiệu. Hãy
cho phép chúng tôi giải thích thêm.

Nếu bạn gửi các tín hiệu trên một cáp, mức điện áp cao thể hiện “1” và mức
điện áp thấp thể hiện “0” thì phía đầu thu cũng sẽ cần biết mẫu tín hiệu đó.
Điều này được thực hiện bởi một xung tín hiệu clock được phát đi. Phương
pháp này được gọi là mã Non-return to Zero (NRZ), mã này có một số
nhược điểm khá nghiêm trọng. Đầu tiên nếu nhóm tín hiệu xung clock với
tín hiệu phát đi thì sẽ có hai tín hiệu. Nếu bạn không muốn phát tín hiệu
clock thì có thể nhóm một clock trong trong một máy nhận nhưng phải gần
đồng bộ hoàn hảo với clock phía phát. Chúng ta hãy giả định bạn có thể
đồng bộ hóa các clock (thường thực hiện rất khó vì tốc độ truyền tải rất lớn)
thì vẫn có vấn đề trong việc giữ đồng bộ khi có một khoảng dài các bít giống
nhau được phát; nó là các quá độ giúp đồng bộ hóa các clock.

Những hạn chế của mã NRZ có thể được khắc phục bằng công nghệ đưa ra
vào những năm 40 tại Đại học Manchester
, tại Manchester, Vương quốc
Anh. Mã Manchester kết hợp tín hiệu clock với tín hiệu dữ liệu. Không
những tăng băng tần tín hiệu, nó cũng làm cho việc truyền tải dữ liệu dễ
dàng hơn và tin cậy hơn.

Tín hiệu được mã hóa Manchester sẽ phát dữ liệu như các góc lên và xuống.
Góc hiện diện là “1” và “0” cần phải được quyết định trước nhưng cả hai cần
phải xem xét các tín hiệu được mã hóa Manchester. Các chuẩn Ethernet và
IEEE sử dụng góc lên là mức logic “1”. Mã Manchester ban đầu sử dụng
góc xuống là mức logic “1”.