計算機網路中的物理層

2021-07-02 14:49:41 字數 1962 閱讀 9917

今天主要介紹下物理層,基本摘抄自《深入理解計算機網路》這本書,同時加入了自己的一些看法。

(1) 物理層作用

計算機網路裝置之間的連線必須依靠物理層的傳輸介質和相關協議進行。物理層主要負責在物理傳輸介質之上為「資料鏈路層」提供乙個原始位元流(也就是資料是以乙個個0或1的二進位制**形式表示的)的物理連線。其具體作用如下:

1) 構建資料通路

「資料通路」就是完整的資料傳輸通道,可以是一段物理介質,也可以是由多段物理介質連線而成的。一次完整的資料傳輸,包括啟用物理連線、傳送資料、終止物理連線三個主要階段。所謂「啟用物理連線」,就是不管有多少段物理介質參與,在通訊的兩個資料終端裝置間都要在電氣上連線起來,形成一條可以在上面連續傳輸資料的通路。

2) 透明傳輸

物理層中可用的傳輸介質型別(如不同型別的同軸電纜、雙絞線和光纖等)非常多,各自又有相應的通訊協議和標準來支援,這就決定了不同的計算機網路可能有不同的「路」。物理層除了要把這些不同的「路」修好外,還要確保這些不同的「路」能「連通」起來,形成通路,最終實現把位元流傳輸到對端「物理層」,然後向「資料鏈路層」提交的目的。

要實現上述功能,需要物理層具有遮蔽不同傳輸介質型別和通訊協議的功能,讓進行網路通訊的各方只看到有「路」可行,而不管修這些「路」所用的具體「材料」和相關標準,這就是物理層的「透明傳輸」功能。

3)傳輸資料

無論是從網路體系結構中哪層發起的通訊,最終的資料都得通過最低的「物理層」傳輸出去,因為這是網路通訊的唯一物理通道。但「物理層」的傳輸單位是位元(bit,也就是「位」,資料中的乙個二進位制的0或1就代表1位)。「物理層」的基本作用是在傳送端通過物理層介面和傳輸介質將資料按位元流的順序傳送到接收端的物理層。

4)資料編碼

要使資料能在「物理層」上有效、可靠地傳輸,最關鍵的是要確保資料位元流能在對應的「通道」中正常通過。這就涉及「物理層」的資料編碼功能,因為不同傳輸介質所支援的資料編碼型別不一樣(如歸零碼、非歸零碼、曼徹斯**、差分曼徹斯**等)。

5)資料傳輸管理

「物理層」還具有一定的資料傳輸管理功能,如基於位元流的資料傳輸流量控制、差錯控制、物理線路的啟用和釋放等。

(2) 對物理層的理解

「物理層」並不是特指某種傳輸介質,而是指通過傳輸介質,以及相關的通訊協議、標準建立起來的物理線路。

我打個比方—修路,物理層中的傳輸介質就是修路的材料,不同路段的材料不同,就如物理層傳輸介質有雙絞線、光纖等等,這些材料是不叫「路」的,只有根據不同的標準對這些材料進行鋪設才能形成不同的「路」(高速公路和普通公路之比),這相當於物理層中的通訊協議和標準。

(3) 物理層所定義的特性

總體來說,「物理層」的主要任務是定義與傳輸介質、聯結器及其介面相關的機械特性、電氣特性、功能特性和規程(也就是我們通常所說的「協議」)特性這四個方面。

物理層的「機械特性」定義了傳輸介質接線器、物理介面的形狀和尺寸、引線數目和排列順序,以及聯結器與介面之間的固定和鎖定裝置。

物理層的「電氣特性」規定了在物理連線上傳輸二進位制位元流時線路上訊號電壓的高低、阻抗匹配情況,以及傳輸速率和傳輸距離限制等引數屬性。

物理層的「功能特性」是指明傳輸介質中各條線上所出現的某一電平的含義,以及物理介面各條訊號線的用途,包括:介面訊號線的功能規定,介面訊號線的功能分類。

物理層的「規程特性」指明利用介面傳輸位元流的全過程及各項用於傳輸的事件發生的合法順序,包括事件的執行順序和資料傳輸方式,即在物理連線建立、維持和交換資訊時,dte/dce雙方在各自電路上的動作序列。

每一種計算機網路都有對應的物理層規程(也就是通訊協議),如我們常見的乙太網,對應的物理層規程是ieee 802.3系列標準,而在wlan中,對應的物理層規程是ieee 802.11系列接入規程。目前在廣域網中,由ccitt建議的物理層中使用的規程有v.24、v.25、v.54等v系列標準,以及x.20、x.20 bis、x.21、x.21 bis等x系列標準。它們分別適用於各種不同的交換電路中。比較重要的新規程是eia rs-499和x.21,而經典的eia rs-232c仍是目前最常用的計算機非同步通訊介面標準。

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