Cisco CCNAv7 - Propósito e características da camada física

Introdução

Tudo o que você viu até aqui (endereços, protocolos, camadas) depende de algo muito concreto: os dados precisam sair de um dispositivo e chegar a outro por um meio físico, seja um cabo, uma fibra ou o ar. Quem cuida disso é a camada física. Neste post, você vai entender o que ela faz, do que é feita e como transforma bits em sinais.

Propósito da camada física

A camada física (camada 1 do modelo OSI) é responsável por transportar os bits de um dispositivo a outro. Ela recebe o quadro montado pela camada de enlace de dados e o converte em sinais que o meio consegue transmitir. No destino, faz o inverso: recebe os sinais e os converte de volta em bits.

flowchart LR
  A["Origem: quadro, em bits"] --> B["Camada física: converte bits em sinais"]
  B -->|"Meio: cobre, fibra ou ar"| C["Camada física: converte sinais em bits"]
  C --> D["Destino: quadro, em bits"]

Tipo de meio	Como os bits viajam
Cobre	Pulsos elétricos
Fibra óptica	Pulsos de luz
Sem fio	Ondas eletromagnéticas (rádio e micro-ondas)

A conexão física

Para que haja comunicação, os dispositivos precisam estar conectados fisicamente. Existem dois tipos de conexão:

Tipo	Descrição	Exemplo
Com fio	Uma ligação por cabo entre os dispositivos	Cabo de rede de um computador ao switch
Sem fio	Ligação por ondas de rádio, sem cabo	Notebook conectado a um ponto de acesso Wi-Fi

Em ambos os casos, a placa de rede (NIC) faz a ligação entre o dispositivo e o meio. A NIC pode ser Ethernet (cabo) ou WLAN (sem fio). Você já viu esse componente no post sobre diagramas, NIC, portas e interfaces.

Componentes da camada física

Componente	O que é	Exemplos
Meios físicos e conectores	Os “caminhos” por onde os sinais passam	Cabo de par trançado, fibra óptica, conectores RJ-45 e LC
Dispositivos e placas	O hardware que gera e recebe os sinais	NIC, portas de switches e roteadores
Codificação	A forma de representar os bits no meio	Manchester, NRZ, 4B/5B
Sinalização	O método de transmitir os sinais	Variação de tensão, pulsos de luz, modulação de ondas

Padrões da camada física

Os componentes físicos (conectores, cabos, sinais) precisam seguir padrões para que equipamentos de fabricantes diferentes funcionem juntos. Os padrões da camada física são definidos por várias organizações:

Organização	Padrões típicos
ISO	Padrões internacionais, como os de conectores
TIA / EIA	Cabeamento de cobre, conectores e categorias de cabos
ITU-T	Telecomunicações e codificação de sinais
ANSI	Padrões norte-americanos de redes
IEEE	Ethernet (802.3), Wi-Fi (802.11), Bluetooth (802.15)
Órgãos reguladores nacionais	Uso do espectro de rádio, como a Anatel, no Brasil

Se quiser rever o papel de cada organização, consulte o post sobre organizações de padrões.

Codificação

A codificação converte os bits em um código adequado ao meio. Ela define como um bit 0 ou 1 será representado, de modo que o receptor consiga interpretá-lo corretamente e mantenha o sincronismo com o emissor.

Alguns métodos de codificação conhecidos:

Método	Ideia	Onde aparece
NRZ (Non-Return to Zero)	Níveis de tensão diferentes representam 0 e 1	Base de várias outras técnicas
Manchester	O bit é representado por uma transição de nível no meio do intervalo	Ethernet de 10 Mb/s
4B/5B	Grupos de 4 bits viram códigos de 5 bits, garantindo transições frequentes	Fast Ethernet (100 Mb/s)

Sinalização

A sinalização é a forma como o sinal é gerado e colocado no meio. Cada meio usa uma técnica diferente:

Meio	Sinalização
Cobre	Variações de tensão elétrica
Fibra óptica	Pulsos de luz (acender e apagar, ou variar a intensidade)
Sem fio	Modulação de ondas de rádio: alterar a amplitude, a frequência ou a fase da onda para “carregar” os bits

flowchart TB
  B["Bits: 1 0 1 1 0"] --> C["Codificação: transforma em código"]
  C --> S["Sinalização: gera o sinal"]
  S --> E["Elétrico, óptico ou rádio, conforme o meio"]

Mini laboratório: observando a camada física do seu computador

Objetivo: ver informações da camada física da placa de rede.

Material: um computador conectado por cabo (ou Wi-Fi).

No Linux:

Liste as interfaces e seu estado:

ip link show

Veja a velocidade e o modo de uma interface cabeada (troque eth0 pelo nome da sua):

sudo ethtool eth0

Observe os campos Speed, Duplex e Link detected.

No Windows (PowerShell):

Get-NetAdapter | Format-Table Name, Status, LinkSpeed, MediaType

Anote a velocidade do link (por exemplo, 1 Gbps) e o tipo de meio.
Se possível, desconecte o cabo e execute o comando novamente. O que muda no estado (Link detected ou Status)?

Perguntas para fixar:

Em qual camada o estado “link detectado” é verificado?
Que informação indica a velocidade máxima do enlace?
O que acontece com o enlace se o cabo for retirado?

Resumo

A camada física transporta bits como sinais elétricos, de luz ou de rádio.
Seus componentes são meios, conectores, placas de rede, codificação e sinalização.
Os padrões vêm de organizações como ISO, TIA/EIA, ITU-T, IEEE e órgãos reguladores, como a Anatel.
A codificação representa os bits em um código (NRZ, Manchester, 4B/5B), e a sinalização gera o sinal no meio.