Comencem el recorregut pel model OSI on comença tot: la capa 1 o capa física. La seva feina sona humil —moure bits d'un lloc a un altre— però sense ella no existeix res de la resta: ni trames, ni paquets, ni intranet. A més, és la capa on passen la majoria de les avaries del dia a dia (cables malmesos, connectors fluixos, interferències), de manera que dominar-la té un retorn immediat en qualsevol lloc de treball tècnic. En aquesta lliçó veurem quins serveis ofereix la capa física, com es converteixen els bits en senyals, quins medis i connectors trobaràs en una oficina real com la de Grupo Meridiano, quins dispositius operen en aquesta capa i com es diagnostica un "problema de capa 1".

1. La funció de la capa física dins del model
2. De bits a senyals: codificació i modulació
3. Característiques d'una transmissió física
4. Connectors, cablatge estructurat i medis habituals
5. Dispositius de capa 1
6. Diagnòstic de capa 1: el cable de la sala de reunions

Recorda el principi de servei entre capes de la lliçó anterior: cada capa ofereix un servei a la superior. El contracte de la capa física amb la capa d'enllaç (capa 2) és aquest:

• Què rep de dalt: una trama, és a dir, una seqüència de bits ja organitzada (la capa 1 no sap ni li importa que sigui una trama; per a ella només són uns i zeros).
• Quin servei ofereix: transmetre aquests bits per un medi físic fins a l'altre extrem de l'enllaç, i lliurar-hi els bits rebuts a la capa 2 receptora.
• La seva PDU: els bits mateixos.

La capa física defineix tot el que és "tangible" i elèctric/òptic/radioelèctric de la comunicació:

• Les característiques del medi: tipus de cable o de fibra, freqüències de ràdio.
• Els senyals: quin voltatge, pols de llum o ona representa un 1 i quin un 0.
• Els connectors i pins: forma física dels endolls, quin fil va a quina poteta.
• La temporització bàsica: a quin ritme s'emeten els bits (la velocitat de l'enllaç).

Important: la capa física no entén res del que transmet. No distingeix una petició HTTP d'un ping; no sap què és una adreça MAC. Per a ella tot és un corrent de bits. Aquesta "ignorància" és deliberada: és el que permet que el mateix cable transporti qualsevol protocol de les capes superiors.

Hi ha tres grans famílies de senyals, i totes tres conviuen a l'oficina de València:

Com es converteix un bit en una cosa física? De manera conceptual (no necessites les matemàtiques, sí la idea), hi ha dues tècniques:

En medis "dedicats" com un cable Ethernet, els bits es codifiquen directament com a canvis en el senyal. La idea ingènua seria "voltatge alt = 1, voltatge baix = 0", però té un problema: si envies mil uns seguits, el receptor veu una línia plana i perd el compte ("van ser 999 o 1001 uns?"). Per això els codis reals representen els bits com a transicions (pujades i baixades del senyal), de manera que el receptor pugui mantenir-se sincronitzat:

Cada estàndard Ethernet defineix el seu propi esquema de codificació; a tu et basta la idea: codificar = traduir bits a canvis de senyal que el receptor pugui seguir sense perdre la sincronia.

En medis compartits com la ràdio (Wi-Fi), no pots simplement "encendre i apagar l'aire". El que es fa és emetre una ona portadora a una freqüència concreta (per exemple, 2,4 GHz) i modular-la: alterar alguna de les seves propietats —amplitud, freqüència o fase— segons els bits a transmetre. És exactament el que fa la ràdio FM amb la veu (la F d'FM és "freqüència modulada"), però amb dades digitals. Com més variacions diferents sigui capaç de distingir el receptor, més bits caben a cada instant de senyal; per això els estàndards Wi-Fi moderns són més ràpids: modulen de manera més fina, no perquè l'aire hagi canviat.

Tres magnituds defineixen la qualitat d'un enllaç físic, i totes tres apareixen als fulls d'especificacions de qualsevol cable o punt d'accés:

• Velocitat de transmissió: quants bits per segon admet l'enllaç. És l'"amplada de banda" que vam veure a 01-01, que a capa 1 té el seu origen físic: depèn del medi, de la codificació/modulació i de la qualitat del senyal. La xarxa cablada de València funciona a 1 Gbps (Gigabit Ethernet); el Wi-Fi de l'oficina, a velocitats variables segons la distància al punt d'accés.

• Atenuació: tot senyal es debilita amb la distància. Per això els estàndards fixen longituds màximes: un cable de parell trenat Ethernet no ha de superar els 100 metres entre equip i switch; més enllà, el senyal arriba massa dèbil per distingir els bits. La fibra òptica s'atenua moltíssim menys: per això és el medi de les llargues distàncies.

• Interferències i soroll: senyals aliens que es barregen amb el nostre i corrompen bits. Al coure, les provoquen motors, fluorescents, o fins i tot els mateixos fils veïns del cable (per això els parells van trenats: el trenat cancel·la gran part de la interferència mútua). En Wi-Fi, les provoquen microones, altres punts d'accés veïns i les parets. La fibra òptica és immune a les interferències electromagnètiques: la llum no es veu afectada per un motor proper.

Quan un bit arriba corromput per atenuació o soroll, la capa 1 no ho detecta ni ho corregeix: lliura el que rep. Detectar l'error és feina de la capa 2 (amb l'FCS de la trama, com veurem a la propera lliçó). Aquesta divisió de responsabilitats és el model OSI en acció.

Baixem al món tangible: el que veuràs en obrir l'armari de comunicacions de l'oficina de València.

El medi dominant en xarxes d'oficina és el cable de parell trenat: 8 fils de coure organitzats en 4 parells trenats, acabat en el connector RJ45 (el "clic" transparent de tota la vida). Els cables es classifiquen per categories, que determinen la velocitat que suporten:

En una oficina professional el cable no va "solt" del PC al switch: s'hi instal·la cablatge estructurat. A València funciona així: de la roseta de paret al costat de cada taula surt un cable fix (ocult per canaletes i fals sostre) fins a l'armari de comunicacions, on acaba en un panell de connexions (patch panel); des del panell, un latiguillo curt connecta cada boca amb un port del switch. I a la taula, un altre latiguillo uneix el PC amb la roseta:

Avantatge: si la Marta canvia de taula, n'hi ha prou de recol·locar latiguillos; el cablatge fix, certificat i etiquetat, no es toca. Cada tram és un punt possible de fallada de capa 1, i saber que existeixen t'estalviarà hores de diagnòstic.

La fibra transmet polsos de llum per un nucli de vidre. N'hi ha de dos tipus:

• Multimode (MM): nucli més ample, la llum "rebota" per diversos camins (modes). Més barata (fa servir emissors LED o làsers senzills), vàlida per a distàncies curtes: centenars de metres. Típica per unir plantes o edificis d'un mateix campus.
• Monomode (SM): nucli finíssim pel qual la llum viatja en un únic mode, sense dispersar-se. Assoleix desenes de quilòmetres. És la fibra dels operadors: la connexió a Internet de les dues seus de Meridiano arriba per fibra monomode de l'operador.

El Wi-Fi també és capa 1 (més capa 2, com veurem): el seu "cable" és una porció de l'espectre radioelèctric dividida en canals. A la banda de 2,4 GHz hi ha pocs canals i se solapen entre si, per la qual cosa en un edifici d'oficines és freqüent que el punt d'accés de Meridiano competeixi amb els de les empreses veïnes: això és interferència de capa 1 pura. La banda de 5 GHz (i la de 6 GHz en equips moderns) ofereix molts més canals sense solapament, a canvi de menys abast a través de parets. Triar bé el canal del punt d'accés de València és una decisió de capa física.

Quins dispositius operen només a la capa física? Els que manegen senyals sense entendre bits agrupats:

• El mateix cablatge i els connectors: cables, rosetes, panells de connexions, antenes. No processen res, però són la capa 1, i fallen més que cap equip.
• El repetidor: regenera el senyal per superar l'atenuació. Rep un senyal debilitat, el reconstrueix net i el reemet. No llegeix adreces: amplifica tot el que arriba.
• El hub (concentrador): bàsicament un repetidor multiport. Tot el que entra per un port surt repetit per tots els altres.

Als anys 90 els hubs eren el centre de les xarxes d'oficina. Avui estan extints, i entendre per què és una lliçó d'arquitectura:

1. Un únic domini de col·lisió: com que el hub repeteix tot per tots els ports, tots els equips comparteixen el medi, i dues transmissions simultànies col·lideixen (recorda CSMA/CD de 02-02). Amb 20 equips com a València, les col·lisions haurien devorat el rendiment.
2. Amplada de banda compartida: els 100 Mbps del hub es repartien entre tots; en un switch, cada port té la seva velocitat completa.
3. Zero privadesa: qualsevol equip connectat a un hub rebia el trànsit de tots els altres; espiar la xarxa era trivial.

El switch va resoldre els tres problemes pujant una capa: en llegir les adreces MAC (capa 2) i commutar cada trama només cap a la seva destinació, va eliminar les col·lisions i va aïllar el trànsit. És l'exemple perfecte de com "pujar de capa" dona intel·ligència a un dispositiu, i el reprendrem a la propera lliçó.

Apliquem la regla "capa 1 primer" a un cas real de Meridiano.

Símptoma: a la sala de reunions de València hi ha una roseta per connectar el portàtil de presentacions. L'Ana connecta el portàtil i no hi ha xarxa. La icona de xarxa del sistema mostra "cable desconnectat", encara que el cable està endollat a tots dos extrems.

Raonament per capes: "cable desconnectat" vol dir que la targeta de xarxa no detecta senyal al medi: no hi ha enllaç físic. No té sentit mirar IP, DNS ni la intranet: el problema és a capa 1 amb gairebé total seguretat. La comprovació clau és el LED d'enllaç (link) al costat del port de xarxa: si està apagat, no hi ha capa 1.

Diagnòstic pas a pas, recorrent el trajecte físic:

Un tècnic amb un comprovador de cablatge (dues peces que es connecten una a cada extrem i verifiquen fil a fil) confirma el diagnòstic: el parell 3 del cable fix està tallat — va resultar malmès en moure un armari que va aixafar la canaleta. Solució: recertificar el tram o estendre'n un de nou; mentrestant, la sala es connecta per Wi-Fi.

Fixa't en el mètode: el LED d'enllaç va dividir el problema (hi ha senyal o no?), i les proves de substitució van anar aïllant tram a tram. Ni una sola ordre de xarxa: el diagnòstic de capa 1 és físic. Al mòdul 6 veurem les eines de diagnòstic amb més profunditat; aquí queda't amb la lògica.

• Saltar-se la capa 1 perquè sembla "massa òbvia". Els professionals veterans hi insisteixen: la meitat de les incidències són cables, connectors o alimentació. Comprova el LED d'enllaç abans de teclejar cap ordre.
• Confondre "sense cable" amb "sense IP". "Cable de xarxa desconnectat" és una fallada de capa 1 (no hi ha senyal); "no tinc IP" amb l'enllaç actiu és un problema de capes superiors (DHCP, capa 3+). Són diagnòstics completament diferents.
• Superar els 100 metres de parell trenat "perquè el cable hi arriba". Pot ser que l'enllaç s'aixequi, però amb errors intermitents que costarà setmanes diagnosticar. Respecta els límits de l'estàndard.
• Ignorar les interferències del Wi-Fi. Si el Wi-Fi de l'oficina va lent "a estones", abans de culpar el punt d'accés mira quins canals fan servir les xarxes veïnes: el solapament de canals a 2,4 GHz és un clàssic.
• Consell: etiqueta-ho tot (rosetes, ports del panell, latiguillos de l'armari), com els rètols "B-07" o "SALA-01" de Meridiano. Un armari etiquetat converteix un diagnòstic d'hores en un de minuts.
• Consell: tingues sempre a mà un latiguillo "conegut bo". La prova de substitució és l'eina de capa 1 més barata que existeix.

Exercici 1. Classifica cada element o fenomen com a pertanyent (o no) a la capa física, justificant-ho: (a) el trenat dels parells del cable Cat 5e, (b) l'adreça MAC de la impressora, (c) l'elecció del canal 6 al punt d'accés de València, (d) l'atenuació del senyal en un cable de 90 metres, (e) l'FCS que detecta trames corruptes.

Exercici 2. Meridiano vol unir l'armari de comunicacions de València amb un despatx nou situat en una altra planta del mateix edifici, a uns 60 metres de distància de cablatge. A més, estudia de cara al futur un enllaç propi amb un petit magatzem situat a 3 km. Quin medi recomanaries per a cada tram (parell trenat, fibra multimode, fibra monomode) i per què?

Exercici 3. En Jon, a Bilbao, informa: "el meu PC diu 'cable de xarxa desconnectat' des d'aquest matí; ahir funcionava". Descriu, en ordre, les 4-5 primeres comprovacions que faries, indicant què descarta cadascuna. (Pista: a Bilbao també hi ha cablatge estructurat: latiguillo, roseta, tram fix, panell, switch.)

Solució 1. (a) Sí, capa 1: el trenat és una propietat física del medi que redueix interferències. (b) No: la MAC és adreçament de capa 2. (c) Sí, capa 1: els canals són freqüències de ràdio, pur medi físic. (d) Sí, capa 1: l'atenuació és la degradació del senyal amb la distància. (e) No: l'FCS viatja a la trama i el comprova la capa 2; la capa 1 lliura els bits sense jutjar-los (encara que l'error el causés el soroll de capa 1).

Solució 2. Per als 60 metres entre plantes: parell trenat Cat 6/6a ja aniria bé (és sota el límit de 100 m i és el més barat), tot i que la fibra multimode seria raonable si es preveu créixer en velocitat o hi ha interferències fortes entre plantes (maquinària, quadres elèctrics). Per als 3 km del magatzem: fibra monomode, sense discussió: el parell trenat no hi arriba (límit 100 m) i la multimode tampoc no assoleix aquesta distància amb garanties; la monomode cobreix quilòmetres amb una atenuació mínima.

Solució 3. (1) Mirar el LED d'enllaç del port del PC: si està apagat, confirmem capa 1 i descartem tot el superior. (2) Reconnectar tots dos extrems del latiguillo (PC i roseta): descarta un connector mig fluix — "ahir funcionava" suggereix que algú va moure alguna cosa. (3) Substituir el latiguillo per un de conegut bo: descarta el cable de taula. (4) Provar el PC en una altra roseta que funcioni (o provar un altre equip a la roseta d'en Jon): separa el problema entre el PC i la instal·lació. (5) Si apunta a la instal·lació, anar a l'armari de Bilbao: comprovar el latiguillo del panell al switch, el LED del port del switch i, si escau, el tram fix amb un comprovador. Cada pas aïlla un tram del trajecte físic.

La capa física és el contracte més bàsic del model OSI: rebre bits de la capa d'enllaç i convertir-los en senyals —elèctrics, òptics o de ràdio— que creuin el medi, bregant amb la velocitat, l'atenuació i les interferències. Has vist els medis reals d'una oficina (parell trenat i RJ45, cablatge estructurat, fibra monomode i multimode, canals Wi-Fi), els dispositius que viuen només en aquesta capa (cablatge, repetidors i el difunt hub) i un diagnòstic complet de capa 1 a la sala de reunions de València. També ha quedat una pista important: la capa 1 lliura els bits tal com arriben, sense detectar errors ni saber a qui van adreçats. Posar ordre en aquest doll de bits —agrupar-los en trames, adreçar-los a la MAC correcta, detectar els corruptes i repartir el torn d'ús del medi— és la feina de la capa que ve a continuació: la capa d'enllaç de dades.