¿En qué consiste la capa 1 del modelo OSI? Capa física

Continuando con la serie sobre el modelo OSI, voy a describir lo que se entiende por capa física o capa 1 del modelo de referencia OSI. Esta entrada se basa en el artículo ¿Qué es el modelo OSI? Definición.

Como vimos en la entrada anterior, el modelo de referencia OSI es un modelo de protocolos de comunicación que contempla todos los aspectos necesarios para realizar una comunicación exitosa de información entre dos nodos en una red de datos. Ese modelo está dividido en funciones específicas, cada grupo de funciones, llamado capa, tiene un nombre y cada una ejecuta sus operaciones específicas sobre la información a transportar, ofreciendo el resultado a la capa superior, en otras palabras las capas superiores dependen de que las inferiores hagan su trabajo perfectamente e ignoran todo lo que aquellas tienen que hacer.

Las capas del modelo OSI se numeran de abajo para arriba, es decir, la capa más básica se llama capa física y sería la capa 1. La capa física define las características físicas del medio, por ejemplo cómo representar un bit en éste. Otra función de la capa física es definir el medio mismo para la tecnología particular, por ejemplo, ¿cuál es el medio para ethernet 100baseT? cable de cobre en par trenzado no blindado. Eso lo indica la capa física de ésta tecnología, pero si habláramos de 100baseF el medio sería distinto: fibra óptica duplex multimodo de corto alcance. Lo anterior nos lleva a que la capa física de una tecnología define también cómo son los conectores de la misma, continuando con nuestro ejemplo, para 100baseT los conectores son bananas RJ-45 (se les llama Plug al conector macho y Jack al hembra) pero si habláramos de 100baseF los conectores se llamarán ST ya que el medio es fibra óptica. En otras palabras, la capa física normaliza la tecnología, de tal manera que sin importar el fabricante, dispositivos de la misma tecnología deben cumplir con la especificación de capa física que la define.

La capa física se ocupa fundamentalmente por el transporte seguro de los bits por un medio definido, de ahí que la unidad básica de información en ésta capa sean los bits. Como ésta se encarga del medio y del transporte de bits en él, debe definir cosas como tipo de señales y valores mínimos que se pueden permitir en el receptor, valores máximos en el transmisor y rapidez de las transiciones (por ejemplo de transiciones de voltaje si hablamos de medio de cobre). Si se define que el voltaje de un bit en 1 es 5V ¿hasta qué voltaje podrá el receptor interpretar un cambio de voltaje como un bit en 1?, ¿qué distancia máxima podrá recorrer una señal por el medio para evitar una atenuación que haga irreconocible el bit? ¿qué problemas físicos debe enfrentar una señal al propagarse por el medio definido?. Recuerde que una comunicación puede llevarse a cabo por medio de cobre (la más común) pero también por fibra óptica, donde los bits y los problemas físicos a los que se verá enfrentado son distintos o también por el aire usando señales electromagnéticas, donde estará susceptible a interferencias debido a motores u otros dispositivos de comunicación, por lo que la analogía del voltaje no siempre aplica.

Finalmente, recuerde que estamos hablando de ingeniería y los aspectos físicos de cualquier medio son detalladamente estudiados, diseñados, probados y cuidadosamente definidos para ofrecer un rendimiento óptimo, todo lo anterior se debe definir en la capa física de una tecnología si a ésta le incumbe, por ejemplo, los protocolos de internet (TCP/IP) no definen nada en la capa física, porque están hechos para ser usados por cualquier medio, por otro lado los protocolos de cableado estructurado son muy estrictos en sus características de capa 1. Hay que tener en cuenta que las normas de capa física establecen parámetros óptimos pero eso no significa que no se puedan violar esas reglas, sólo que si se violan se corre el riesgo de que el rendimiento de la red no sea óptimo. Términos de ingeniería que se relacionan con ésta capa son: codificación de línea, modulación, atenuación, codificación de símbolos, sincronización de circuitos, tiempos de bit, velocidad de propagación, espaciado intertramas, entre otras.

Conclusiones

Cuando se trabaja con comunicaciones, uno termina hablando indistintamente de capa 1 ó capa física, así que si su intención es trabajar en ésto le recomiendo que se aprenda de memoria que la capa física es la primera capa del modelo de referencia OSI.

Evidentemente, el primer requisito para una comunicación exitosa es garantizar que los procesos que tienen que ver con el medio se den. Si yo puedo contar conque las señales se propagan y llegan al receptor, entonces puedo hacer cosas más sofisticadas de ahí en adelante, como las cosas de la capa 2 o capa de enlace de datos.

[Capa 2 del modelo OSI: Capa de enlace][Tutorial del modelo OSI]