מהי השכבה הפיזית?

השכבה הפיזית אחראית להעברה פיזית של אותות דרך מדיום התקשורת. בשכבה זו, הנתונים מיוצגים כסיגנלים חשמליים (על גבי כבלים חשמליים), פולסים של אור (על גבי סיבים אופטיים) או גלי רדיו (תקשורת אלחוטית).

תפקידי השכבה הפיזית:

1. העברת סיגנלים:
   • קידוד והמרת נתונים לסיגנלים שניתן להעביר על גבי תשתית פיזית.
2. סינכרון:
   • הבטחת סנכרון נכון בין המכשיר השולח למכשיר המקבל.
3. שיטות שידור:
   • שידור סיריאלי: העברת ביטים אחד-אחד בתור.
   • שידור מקבילי: העברת מספר ביטים במקביל.
4. ניהול ממשקים פיזיים:
   • הגדרה וניהול של תקנים כמו USB, Ethernet, HDMI וכו'.

תשתיות פיזיות בשכבה זו

השכבה הפיזית כוללת את כל המרכיבים הפיזיים שמאפשרים העברת נתונים:

1. כבלי נחושת (Copper Cables):
   • כבלי טוויסטד-פייר (Twisted Pair): משמשים ברשתות Ethernet.
   • קואקסיאלי (Coaxial Cable): נפוץ ברשתות טלוויזיה וכבלים.
2. כבלים אופטיים (Fiber Optics):
   • מעבירים נתונים בעזרת פולסים של אור.
   • יתרונות: מהירות גבוהה, עמידות להפרעות.
3. תקשורת אלחוטית:
   • Wi-Fi, Bluetooth, וגלי רדיו אחרים.
4. חומרה נוספת:
   • מתאמים, מתגים, נתבים, ונקודות גישה.

משוואות ומונחים בסיסיים

1. רוחב פס (Bandwidth):

   • קצב העברת הנתונים המרבי האפשרי במדיום תקשורת מסוים.
   • נמדד בbps (ביטים לשנייה).
   • דוגמה: אם רוחב הפס של כבל הוא 100 Mbps, זהו הקצב המרבי של נתונים שניתן להעביר בו.

2. מהירות העברת נתונים (Throughput):

   • הקצב האמיתי של העברת הנתונים.
   • מושפע מגורמים כמו רעשים, הפרעות, ושימוש ברשת.
   • משוואה: $$Throughput=Bandwidth\times UtilizationFactor$$ כאשר:
     • Bandwidth = רוחב הפס.
     • Utilization Factor = אחוז השימוש ברוחב הפס.

3. עיכוב (Latency):

   • הזמן שלוקח לנתונים לעבור ממכשיר אחד לשני.
   • נמדד במילישניות (ms).
   • משוואה: $$Latency=PropagationDelay+TransmissionDelay$$
     • Propagation Delay = הזמן שלוקח לאות לעבור במדיום.
     • Transmission Delay = הזמן שלוקח להמיר את הנתונים לאותות.

דוגמאות מעשיות

1. קידוד אותות:
   • Ethernet משתמשת בקידוד NRZ (Non-Return-to-Zero) להעברת נתונים בכבלי Twisted Pair.
2. בדיקת תשתית:
   • בדיקת כבלי Ethernet עם Fluke Tester כדי לוודא שאין תקלות במדיום הפיזי.
3. תכנון רשת:
   • בחירת כבלים מתאימים לרשת LAN במשרד על פי הדרישות:
     • אם המהירות הנדרשת היא 1 Gbps, יש לבחור Cat 5e או Cat 6.
     • לרשתות מהירות יותר, מומלץ סיב אופטי.

פעילויות לתלמידים

1. תרגול מעשי:
   • חיבור בין מחשבים באמצעות כבלי Ethernet וניתוח מהירות העברת נתונים.
2. ניסוי בקידוד אותות:
   • שימוש בסימולטור כמו Cisco Packet Tracer להמחשת המרת נתונים לסיגנלים.
3. חישובים:
   • חשב את רוחב הפס ומהירות העברת נתונים ברשת נתונה.