Physical Structure

Kurz: Die unterste (1.) Schicht des OSI-Modells — die tatsächliche physische Übertragung von Bits als elektrische Signale, Lichtimpulse oder Funkwellen.

Genauer: Hier geht es um Kabeltypen (Cat-Kabel, Glasfaser, Coax), Steckertypen, Spannungspegel und Funkfrequenzen — reine Hardware-Ebene ohne Verständnis für Adressen oder Inhalte. Ein Kabelbruch oder eine gestörte Funkverbindung ist ein klassisches Schicht-1-Problem.

Im Detail

Die Physical-Schicht kennt keine Konzepte wie Adressen, Pakete oder Absender — sie überträgt ausschließlich eine rohe Folge von Bits (Einsen und Nullen) als physikalisches Signal. Bei Kupferkabeln geschieht das über Spannungsunterschiede, bei Glasfaser (Fiber) über Lichtimpulse unterschiedlicher Intensität/Wellenlänge, bei Funk (WLAN, Bluetooth) über modulierte elektromagnetische Wellen. Wie genau ein Bit in ein Signal übersetzt wird (Kodierung), Steckertypen (z. B. RJ45), maximale Kabellängen und unterstützte Übertragungsgeschwindigkeiten sind hier definiert — bei Cat-Kabeln z. B. steigt mit jeder Kategorie (Cat5e, Cat6, Cat6a, …) die unterstützte Frequenz und damit Bandbreite.

Weil diese Schicht rein physikalisch arbeitet, sind ihre typischen Fehlerbilder auch mechanisch/elektrisch: gebrochene oder zu lange Kabel, defekte Stecker, elektromagnetische Störungen (z. B. durch parallel verlegte Stromkabel), oder bei Funk einfach zu große Entfernung/zu viele Hindernisse zwischen Sender und Empfänger. Ein Netzwerktechniker prüft bei der Problemdiagnose deshalb typischerweise zuerst diese unterste Ebene (“ist das Kabel überhaupt richtig eingesteckt?”), bevor er komplexere Ursachen auf höheren Schichten sucht.

Signalübertragung und Grenzen

Jedes physikalische Medium hat eine maximale Kabellänge, jenseits derer das Signal so stark gedämpft ist, dass es nicht mehr zuverlässig erkannt werden kann — bei Kupfer-Ethernet liegt diese Grenze bei rund 100 Metern, weshalb Repeater oder Switches eingesetzt werden, um das Signal auf längeren Strecken aufzufrischen. Glasfaser (Fiber) überwindet diese Beschränkung, weil Licht deutlich weniger gedämpft wird als elektrischer Strom — Strecken von mehreren Kilometern ohne Signalauffrischung sind damit möglich, weshalb Glasfaser vor allem für Backbone-Verbindungen zwischen Gebäuden oder Rechenzentren eingesetzt wird, während im Endgeräte-Anschluss meist weiterhin Kupferkabel (Cat-Kabel) dominieren.

Bitrate versus Baudrate

Ein häufiges Missverständnis: Die reine Signalfrequenz (Baudrate, wie oft sich der Signalzustand pro Sekunde ändert) entspricht nicht zwingend der tatsächlich übertragenen Bandbreite in Bit pro Sekunde — moderne Kodierungsverfahren übertragen mehrere Bits pro Signalwechsel, indem sie z. B. mehrere Spannungspegel statt nur zwei unterscheiden. Deshalb lässt sich die theoretische Höchstgeschwindigkeit eines Mediums nicht einfach aus der Frequenz allein ableiten, sondern hängt vom konkreten Kodierungsverfahren und der Anzahl der genutzten Adernpaare (bei Kupferkabeln) ab.

Siehe auch: OSI-Modell, Cat-Arten und Spezifikationen