计算机网络中的物理层技术简介

计算机网络 物理层

物理层是OSI参考模型的最低层，建立在传输介质基础上，利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的传输。该层不仅定义了通信设备与传输线缆接口硬件的电气、机械以及功能和规程的特性，还定义了传输通道上的电气信号以及二进制位是如何转换成电流、光信号或者其他物理形式。

物理层是OSI参考模型的最底层，它向下直接与传输介质相连接，向上为数据链路层提供服务。它为数据链路层实体之间建立必须的物理连接，按顺序传输数据，并进行差错检查。在发现错误时，向数据链路层提出报告。物理层协议定义了数据终端设备与通信设备之间的接口。

数据终端设备（DTE）是指数据输入、输出设备和传输控制器或者计算机等数据处理设备，以及通信控制器。数据通信设备（DCE）是对为用户提供接入点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备、调制解调器等。DTE的基本功能是产生、处理数据；DCE的基本功能是沿传输介质发送和接收数据。如图2-5所示，为DTE/DCE接口示意图。

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图2-5 DTE/DCE接口示意图

DTE与DCE之间要连接，需要遵循共同的接口标准，即物理层接口协议。物理层协议规定了标准接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性，不仅为完成实际通信提供了可靠的保证，而且使不同厂家的产品可相互兼容，设备间可有效交换数据。

物理层的基本功能

物理层是计算机网络体系结构中的最底层，主要是负责实现数据传输的物理传输和电子信号转换的功能。其基本功能包括：

1. 数据的传输：物理层负责将经过网络层和数据链路层处理的数据以二进制的形式传输，即将数据转换为能够在物理媒介上传输的电信号。

2. 物理连接：物理层负责定义如何将计算机或网络设备与传输媒体物理连接，包括插头、插座、电缆和接口规范等。例如，网线连接到计算机的网络接口或无线网络的连接。

3. 传输介质的选择：物理层需要选择合适的传输介质，如铜线、光纤或无线信号，以实现数据的传输。

4. 数据的编码和解码：物理层负责将数据编码为具有特定规则的数据传输信号，以及将接收到的信号解码为原始的二进制数据。

5. 数据的调制和解调：物理层负责将数字信号调制为模拟信号进行传输，并在接收端将模拟信号解调为数字信号。

6. 数据的传输速率：物理层决定了数据在网络中传输的速率，包括传输速率的控制和调整。

7. 数据的同步和定时：物理层通过传输的比特流中的同步信息，确保发送端和接收端之间的时钟同步，使数据能够正确地被接收和解码。

总之，物理层的基本功能是提供传输介质、传输手段和传输速率等基础设施，使数据能够有效地在计算机网络中进行物理传输和电子信号的转换。

计算机网络中的OSI模型

在当今科技高速发展的时代，计算机网络已经成为了不可或缺的一部分，它贯穿了我们工作和生活的方方面面。然而，我们常常听到计算机网络的OSI模型，但其实对于大多数人来说，它是一个比较抽象而又不太容易理解的概念。那么，什么是OSI模型，作用是什么，又有什么特点呢？

一、OSI模型简介

OSI是Open Systems Interconnection（开放式系统互联）的缩写。简单地说，OSI模型是一套网络技术标准，描述了一个分层的、抽象的网络架构，它利用分层的方法，将复杂的网络结构分成多层，每一层之间有严格定义的协议。这种模型允许不同类型的计算机和网络设备之间进行通信，从而实现了计算机网络的互联互通。

OSI模型共分为七层，每一层都放置一个为网络提供不同服务的协议。七层分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

二、每一层的功能

物理层：定义了电脑网络中的物理链接和传输速率等的物理特性，并在物理媒介、数据的传输速率、数据结构和精度方面进行标准化。

数据链路层：为网络层提供数据链路连接的服务，包括封装数据、差错检测、流控等功能。

网络层：为数据在不同的网络之间传输提供路径选择和逻辑地址寻址服务。网络层向上提供服务，向下使用下层协议提供服务。

传输层：为两个端点之间的通信提供可靠性。传输层定义了用于数据传输的协议和端到端的错误处理机制。在TCP/IP模型中，传输层分为传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。

会话层：建立、管理和终止应用程序之间的通信，提供了数据交换的协同处理。会话层使得在网络不同计算机之间运行的应用程序之间可以进行对话。

表示层：为应用层提供数据格式的标准化。允许应用层交换通用数据格式，转换不兼容的与数据格式，并加密和解密数据。

应用层：允许应用程序访问网络，并提供用户平台交互，支持各种不同的协议和通讯服务。应用层协议是处理特定应用程序网络需求的协议。

计算机网络原理 物理层接口与协议

物理层位于OSI参与模型的最低层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体(即信道)。物理层的传输单位为比特。物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接。

物理层协议规定了与建立、连接和释放物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规和程性的特性。其作用是确保比特流能在物理信道上传输。

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图3-1 DTC-DCE接口

ISO对OSI模型的物理层所做的定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。比特流传输可以采用异步传输，也可以采用同步传输完成。

另外，CCITT在X.25建议书第一级（物理级）中也做了类似的定义：利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。这里的DTE(Date Terminal Equipment)指的是数据终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称，它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等；DCE(Date Circuit Terminating

Equipment 或 Date Communications Equipment)，指的是数据电路终接设备或数据通信设备，是对为用户提供入接点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备、调制解调器等。

DTE-DCE的接口框如图3-1所示，物理层接口协议实际上是DTE和DCE或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。物理层协议规定了标准接口的机械连接特性、电气信号特性、信号功能特性以及交换电路的规程特性，这样做的主要目的，是为了便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备。使各个厂家的产品都能够相互兼容。

1．机械特性

规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。