什么是物理层?

在计算机网络中,要理解的核心模型是 OSI 模型。 概念 OSI 或开源互连模型描述了一系列七个通信层。 每一层都有其功能和特性。 OSI 模型不禁止任何特定协议。 相反,它定义了一个标准的通信框架,可以围绕该框架设计协议。

现代世界中的 OSI 模型有些不准确,几个标准协议跨越两层,一些层被进一步组合或拆分。 尽管如此,它仍然是理解网络概念的良好起点。

OSI 模型中定义的最低层,即第 1 层,即物理层,与其他层完全不同。 物理层是基础的通信平台。 这意味着它不仅涉及信号的编码和解码,还涉及实际传输介质和传输方法的标准化。

物理层的核心是什么?

在任何物理层的核心,标准都需要是可靠的传输介质。 根据标准,这可能是电气或电磁系统。 理论上,其他通信媒体也是可能的,例如音频。 不过,绝大多数系统都使用电气或电磁介质。 这是由于它们提供的传输速度、范围和高信号频率。

例如,通信系统可以设计为使用挥动旗帜的人进行通信。 虽然这是可行的,但可以移动或切换标志的频率很慢,从而限制了带宽。 功能进一步受到视线的限制,限制了范围,尤其是在非开放环境中。

一旦确定了实际的通信介质,需要确定的复杂性和电缆中的线数需要标准化用于有线连接。 还需要标准化它们的排列方式(即双绞线、屏蔽等)。 需要设计物理连接器,包括电母连接器和公连接器。 必须定义标准电压电平,以及信号方法、时序和可接受的信噪比。 其中大部分会影响物理连接的最终带宽。

对于无线系统,设计选择是相关但不同的。 要使用的光的确切频率或频率必须标准化。 在光照下编码数据的精确方法必须标准化。 如果要使用光纤电缆,那也必须标准化。 标准化有线连接还有很多相似之处。 一旦一个或多个频率被标准化,重要的是设计能够产生和接收这些信号的系统。

物理层怎样与其他层交互?

一旦设计了实际的通信媒体和系统,还需要创建可以对通过物理媒体发送的信号进行编码和解码的芯片。 这些芯片通常被称为PHY芯片。 这些芯片负责信号处理并将数据传递到第 2 层、数据链路层、硬件进行处理。

数据链路层和它上面的网络层负责在网络周围和网络之间路由数据。 物理层不需要意识到这一点。 它只需要能够可靠地从一个点到下一个点,甚至从一个点到多个点进行通信。

根据有线或无线介质的使用,如果连接在多个设备之间共享,则可能需要实施碰撞避免和碰撞检测系统以确保可靠的通信。

结论

物理层是 OSI 模型中的第一层。 它涵盖了将数据从一个地方实际传输到另一个地方的标准。 OSI 模型仅涵盖网络,但物理层的概念与计算机内部通信的概念相同,例如通过 PCIe、USB 或 SATA 连接。

物理层不仅涵盖硬件设计,还涵盖将有意义的数据传递给计算机其余部分的信令和信号解码方法。 以太网和 Wi-Fi 可能是最著名的物理层标准,但远非唯一。 不要忘记在下面的评测中分享您的想法。