Physical layer: как frame становится signal

Overview

Physical layer отвечает за перенос signal через конкретную среду. Перед отправкой Ethernet MAC формирует frame, а PHY сериализует его и кодирует bit stream в medium-specific symbols. Copper PHY изменяет электрический signal, fiber PHY — оптический. Оба могут предоставлять MAC layer похожий frame interface, хотя физика и encoding различаются.

Внутри frame находится higher-layer packet с 12-byte UTF-8 payload «Привет». Диаграмма не приравнивает 96 application bits к фиксированному числу physical symbols: headers, framing, line coding и modulation зависят от Ethernet PHY.

Components

• frame bit stream — serialized Ethernet data после добавления link-layer framing.
• copper PHY TX/RX — line coding, electrical transmission, clock/data recovery.
• fiber PHY TX/RX — optical modulation/detection и восстановление symbols.
• physical medium — twisted pair или fiber с собственными loss/noise constraints.
• MAC/FCS check — link-layer integrity check после PHY recovery.

Scenarios

1. Copper — electrical symbols проходят twisted pair и декодируются receiver PHY.
2. Fiber — тот же link-layer contract реализуется через optical signal.
3. Noise — physical corruption обнаруживается при recovery или FCS validation.

Failure modes

• Считать physical symbol универсальным synonym одного bit.
• Считать Ethernet исключительно «электрическими импульсами»: Ethernet работает и поверх optical PHY.
• Путать PHY recovery с гарантией корректного frame: integrity проверяется дальше на MAC boundary.
• Делать вывод о числе symbols только из 12-byte application payload, игнорируя wrappers и конкретный PHY.

References

• IEEE 802.3 Ethernet Working Group
• IEEE 802.3 Ethernet standards collection
• RFC 894: IP over IEEE 802 networks
• RFC 1122: Link-layer requirements