3. Capa 1: Física
La capa física es el cimiento del modelo OSI. Define cómo representar bits como señales eléctricas, ópticas o de radio, qué conectores y cables se utilizan, y qué parámetros debe seguir un dispositivo para que la información viaje sin ambigüedades.
A diferencia de las capas superiores, aquí no se habla de direcciones IP ni de puertos, sino de voltajes, niveles de potencia, modulación y sincronización. Conocerla permite tomar decisiones correctas sobre infraestructura, presupuesto y compatibilidad.
3.1 Transmisión de bits en medios eléctricos, ópticos o inalámbricos
Todo comienza cuando un sistema digital convierte un bit lógico (0 o 1) en una señal física. Dependiendo del medio, se usan distintas técnicas para garantizar que el receptor reconozca ese bit:
- Medios eléctricos: cables de cobre (par trenzado, coaxial) transportan variaciones de tensión. Se emplean codificaciones como NRZ, Manchester o PAM5 para balancear la energía y facilitar la detección.
- Medios ópticos: fibras monomodo o multimodo conducen pulsos de luz emitidos por láseres o LED. La información se modula alterando la fase, la amplitud o la longitud de onda.
- Medios inalámbricos: antenas transmiten ondas electromagnéticas. Protocolos como Wi-Fi o Bluetooth regulan la potencia, la frecuencia y las técnicas de espectro ensanchado para evitar interferencias.
Independientemente del medio, la capa física debe garantizar sincronización (que emisor y receptor compartan un reloj implícito o explícito), determinar qué tipo de codificación usa, definir la velocidad máxima (ancho de banda) y establecer límites de alcance.
| Medio | Ventajas | Limitaciones frecuentes | Usos típicos |
|---|---|---|---|
| Cobre (UTP/STP) | Costo reducido, fácil instalación, compatible con PoE. | Susceptible a interferencias y atenuación en distancias largas. | LAN de oficina, telefonía IP, enlaces de hasta 100 m. |
| Fibra óptica | Alta capacidad, baja latencia, inmune a EMI. | Mayor complejidad de empalme y costo inicial. | Backbones metropolitanos, centros de datos, enlaces submarinos. |
| Radiofrecuencia | Movilidad, despliegue rápido, cobertura amplia. | Dependencia del espectro, seguridad física más difícil. | Wi-Fi, enlaces punto a punto, redes IoT. |
3.2 Señales, voltajes, cables y conectores
Para garantizar interoperabilidad, la capa física especifica parámetros concretos:
- Señal: describe la forma de onda o de pulso que representa cada bit. Incluye amplitud, frecuencia y técnica de modulación.
- Voltajes y niveles: establecen umbrales seguros para diferenciar un “1” de un “0”. Por ejemplo, en Ethernet 100BASE-TX se usan ±1 V y 0 V en la codificación MLT-3.
- Cables: define categorías (Cat5e, Cat6, Cat6A) o tipos de fibra (OM3, OS2), junto con el apantallado, el calibre y el número de pares.
- Conectores: detalla el pinout y la forma mecánica (RJ-45, LC, SC, SMA), lo que permite reemplazar componentes sin recablear todo.
Un buen diseño también contempla la atenuación (pérdida de señal), la diafonía (interferencia entre pares) y el presupuesto óptico. Estas variables determinan si un enlace cumplirá con la velocidad prometida o si necesitará regeneradores, repetidores o divisiones en tramos más cortos.
Además, la capa física dicta cómo se realiza el control de acceso básico al medio: quién puede transmitir, cuándo y con qué potencia. Protocolos como CSMA/CD surgieron precisamente para administrar el uso compartido del medio antes de que existieran switches inteligentes.
3.3 Ejemplos: Ethernet, USB, Bluetooth físico
Algunos estándares populares demuestran cómo se aplica la teoría en implementaciones concretas:
- Ethernet: define velocidades desde 10 Mb/s hasta 400 Gb/s usando diferentes codificaciones (Manchester, 4B/5B, PAM4) y medios (par trenzado, fibra). La capa física se encarga de especificar los transceptores (PHY), la longitud máxima y la calidad del cable.
- USB: regula cómo se alimentan los dispositivos, qué pin corresponde a datos o energía y cómo se sincroniza la comunicación serie diferencial. Las versiones 2.0, 3.x y USB4 incorporan mejoras de señal para alcanzar varios gigabits por segundo.
- Bluetooth físico: opera en la banda de 2.4 GHz y emplea saltos de frecuencia (FHSS) o modulación de espectro ensanchado para minimizar interferencias. La capa física define potencias transmitidas, clases de dispositivos y requisitos de coexistencia con otras redes inalámbricas.
Estos ejemplos muestran que la capa 1 no es una abstracción académica: sus lineamientos influyen en la disponibilidad, la seguridad física y los costos de toda una red. Elegir correctamente los elementos físicos evita cuellos de botella insalvables en capas superiores.
