第二章 物理层(媒介层)

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。

物理层的主要特点物理层是计算机网络中最底层的一层，它负责将数字信号转换为模拟信号，使得数据能够在物理媒介上传输。

本文将介绍物理层的主要特点。

一、传输媒介物理层的传输媒介包括有线媒介和无线媒介两种。

有线媒介包括双绞线、同轴电缆和光纤等，它们能够传输高速数据，但受限于距离和成本等因素。

无线媒介包括无线电波和红外线等，它们具有无线传输的优势，但受限于信号干扰和安全性等问题。

二、数据传输速率物理层的数据传输速率是指单位时间内传输的数据量，通常以比特率（bps）为单位。

传输速率受限于传输媒介的带宽和信号传输方式等因素。

例如，同轴电缆的传输速率可达数百Mbps，而双绞线的传输速率通常在几十Mbps左右。

三、传输距离传输距离是指信号能够传输的最远距离，它受限于传输媒介的特性和信号传输方式等因素。

在有线媒介中，光纤具有最长的传输距离，可达数百公里。

在无线媒介中，传输距离受到信号干扰和衰减等影响，通常在几十米到几千米之间。

四、信号编码信号编码是指将数字信号转换为模拟信号的过程。

常见的信号编码方式包括非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码等。

不同的信号编码方式具有不同的优缺点，需要根据实际需求进行选择。

五、传输方式传输方式是指信号在传输媒介中的传播方式。

常见的传输方式包括基带传输和带通传输两种。

基带传输是指将数字信号直接传输到传输媒介中，它具有简单、低成本的优点，但受到信号衰减和干扰等问题。

带通传输是指将数字信号调制成高频信号后再传输，它具有稳定、可靠的优点，但需要较高的成本。

六、信道复用信道复用是指多个信号共用同一个传输媒介的技术。

常见的信道复用方式包括频分复用、时分复用和码分复用等。

不同的信道复用方式具有不同的优缺点，需要根据实际需求进行选择。

七、差错控制差错控制是指在数据传输过程中发现并纠正错误的技术。

常见的差错控制方式包括前向纠错、循环冗余校验和海明码等。

不同的差错控制方式具有不同的纠错能力和成本，需要根据实际需求进行选择。

五层原理体系结构第一层：物理层（Physical Layer）物理层是网络的最底层，它主要负责数据的传输和接收。

在物理层中，传输的数据是以比特（bit）为单位传输的，比特是最小的数字量，它代表了0或1两种状态。

物理层的主要任务是将比特转化为数据信号，并通过物理媒介传到下一层，例如使用光纤、铜缆等。

物理层的标准化使不同厂商的网络设备可以相互通信。

第二层：数据链路层（Data Link Layer）数据链路层是负责将已经传输的物理层数据，转化成适合传输的数据帧，并将其传输到下一层。

该层还能够纠错，保证数据的完整性和可靠性。

数据链路层还规定了一个严格的协议，以控制网络访问、数据包的发送顺序和错误纠正。

第三层：网络层（Network Layer）网络层是实现目标地址到源地址的路由、选路等功能的层次。

该层利用路由协议学习路由表信息，传输控制数据包的流向，同时进行差错控制和流量控制。

路由器就是运行在网络层的设备，它可以通过将数据包从一条链路传递到另一条链路，实现站点之间的连通。

传输层主要负责数据的传输控制，包括数据的分段、发包、重传等。

当数据在传输过程中出现错误，传输层会进行差错控制和恢复，保证数据完整性和可靠性。

传输层协议常见的有TCP、UDP等。

应用层是最高层，也是最接近用户的层次。

该层负责网络应用程序的编程接口，例如Web浏览器、电子邮件客户端等。

应用层通过应用程序协议，与另一台计算机上运行的应用程序进行通信。

常见的应用层协议有HTTP、SMTP、FTP等，它们规定了如何处理和传输数据。

总结五层原理体系结构是将计算机网络分成五个互相衔接的层次结构，每个层次完成特定的功能，实现了设备和网络之间的互操作性、互联性和可扩展性。

每一层都有对应的协议来进行规范化，因此任何厂商的设备都可以遵循同样的标准进行通信。

该体系结构是目前计算机网络中最常用的标准架构，有助于不同厂商之间的互操作性和兼容性。

除了上述五层原理体系结构之外，还存在其他体系结构，比如七层体系结构。

物理层的基本功能物理层是OSI参考模型的最低层，它利用传输介质为通信的主机之间建立，管理和释放物理连接，实现比特流的透明传输（传输单位是比特），保证比特流通过传输介质的正确传输。

与数据链路的关系物理层屏蔽了物理层采用的传输介质，通信设备和通信技术的差异性，指定不同类型的物理协议，使得数据链路只需要考虑如何使用物理层的服务，而不用考虑物理层采用了那种传输介质。

物理层的协议类型、物理连接方式1. 基于点-点通信线路的（物理层协议）（连接方式）2. 基于广播通信线路的（物理层协议）（连接方式）物理层的任务1. 确定与传输媒体的接口有关的一些特性2. 完成串行和并行传输方式的转换。

（网卡实现）物理层的基本特性：1.机械特性：指明接口所用接线器的形状与尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置2.电气特性：指明电缆的各条线上电压范围3.功能特性：标明电压的电平意义4.过程特性：不同功能各种可能事件的出现顺序数据通信系统的模型通信系统的三部分：源系统：源点 *+ 发送器传输系统：传输系统目的系统：接收器 + 终点通信的目的是传送消息，数据是运送消息的实体，信号则是数据的电气或电磁的表现。

信号分类：模拟信号：连续量。

从用户家中的调制解调器到电话端局之间的用户线上传送的就是模拟信号。

数字信号：离散量。

用户家中的计算机到调制解调器之间，或在电话网中继线上传送的就是数字信号。

在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散值的基本波形就称为码元。

调制：将发送端的数字信号变换为模拟信号解调：将接收端的模拟信号变换为数字信号信道和电路并不相同。

信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。

因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

（1）串行和并行通信按照数据通信使用的信道数，可分为：1. 串行通信：将一个字符的二进制代码从低位到高位依次传输，需要建立一个信道2. 并行通信：将一个字符的二进制代码同时通过8条并行的通信信道发送，每次发送一个字符，需要建立8个信道，但造价较高，远程通信一般使用串行通信。