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物理层：
OSI 物理层通过网络介质传输构成数据链路层帧的比特。 物理层的用途是：创建电信号、光信号或微波信号，以表示每个帧中的比特。 通过本地介质传输帧需要以下一些物理层要素： l 物理介质和关联的连接器 l 在介质上表示比特 l 数据编码和控制信息 l 网络设备上的发送器和接收器电路 比特的表示（即，信号类型）视介质类型而定。 对于铜缆介质，信号为电子脉冲模式。 对于光缆，信号为光模式。 对于无线介质，信号为无线电传输模式。 识别帧： 当物理层将比特编码成特定介质的信号时，必须甄别一个帧的结束位置和下一个帧的开始位置。否则，介质设备无法识别什么时候收完帧了。 物理层的标准： 类似于数据链路层相关技术，物理层技术是由以下组织定义的： l 国际标准化组织 (ISO) l 电气电子工程师协会 (IEEE) l 美国国家标准学会 (ANSI) l 国际电信联盟 (ITU) l 电子工业联盟/电信工业协会 (EIA/TIA) l 国有电信机构，例如美国联邦通讯委员会 (FCC)。 物理层技术和硬件 由这些组织定义的技术包括四个领域的物理层标准： l 介质的物理和电气属性 l 连接器的机械性能（材料、尺寸和引脚输出） l 通过信号表示的比特（编码） l 控制信息信号的定义 物理层基本原则： 物理层的三个基本功能是： 1) 物理组件 物理要素是电子硬件设备、介质和连接器，它们用于传输和承载用于表示比特信号的设备。 2) 数据编码 编码是一种将数据比特流转化成预定义代码的方法。除为数据创建代码以外，物理层的编码方法还提供起控制作用的代码（例如识别帧的开始和结束位置） 3) 信号 物理层必须在介质上生成代表“1”和“0”的电信号、光信号或无线信号。表示比特的方法称为信号方法。 信号方法： 通过更改信号的以下一个或多个特征在介质上表示信号： l 幅度 l 频率 l 相位 非归零 (NRZ)信号：低电压值代表逻辑 0，而高电压值代表逻辑 1。电压范围取决于所采用的特定物理层标准。 曼彻斯特编码：曼彻斯特编码方案不是用简单的电压值脉冲来表示比特，而是用电压跳变来表示比特值。从低电压到高电压的跳变表示比特值 1，而从高电压到低电压的跳变表示比特值 0。 信号模式： 检测帧的一种方法是每个帧都用物理层认为是帧开头的比特信号模式开始，用表示帧结束的比特信号模式结束。没有以这种方式构成帧的信号比特将被所采用的物理层标准忽略。 有效的数据比特需组织成帧；否则，收到的数据比特将无任何上下文环境，无法将其意义传递给网络模型的上层。这种构成帧的方法可以由数据链路层或物理层分别提供，也可以由二者共同提供。 代码组：代码组是连续的代码比特，解释并映射为数据比特模式。 编码技术使用的比特模式就称为符号。物理层可以使用一组被编码的符号（称为代码组）来表示编码数据或控制信息 使用代码组的优点有： l 降低比特电平错误 要正确地检测单个比特是 0 还是 1，接收器必须了解如何及何时在介质上取样信号。这要求接收器和发送器之间的时间必须同步。 l 限制传输到介质中的效能 平衡发送1和0这可以避免在传输中将过多的能量注入介质，从而减少介质辐射的干扰。发送一长串 1 可能导致接收器中的传输激光和光电二极管过热，有可能导致较高的错误率。 l 帮助甄别数据比特和控制比特 l 更有效地检测介质错误。 除数据符号和控制符号外，代码组中还包含无效符号。这些符号可能在介质上创建长串的 1 或 0；因而，发送节点不会使用它们。如果接收节点收到其中一种模式，物理层就可以断定收到的数据有错误。 甄别数据和控制： 代码组提供三种类型的符号： 1) 数据符号 — 在向下将帧传输到物理层时，代表帧数据的符号。 2) 控制符号 — 由物理层输入的用于控制传输的特殊代码。其中包括帧结尾和空闲介质符号。 3) 无效符号 — 含有介质上不允许的模式的符号。接收到无效符号表示帧出错。 4B/5B： 在该技术中，4 比特数据被转换成 5 比特代码符号，以便通过介质系统传输。在 4B/5B 中，每个要传输的字节均被分解为四比特片段或半字节 ，并被编码为五比特值（即符号）。这些符号代表要传输的数据，以及有助于控制介质上传输的一组代码。代码中包含的符号表示帧传输的开始和结束位置。尽管这一过程增加了比特传输的开销，但也增加了有助于高速数据传输的功能。 数据的传输能力：
不同的物理介质所支持的比特传输速度不同。可以使用以下三种方式测量数据传输： l 带宽 介质传输数据的能力被描述为介质的原始数据带宽。数字带宽可以测量在给定时间内从一个位置流向另一个位置的信息量。（带宽单位：位每秒、千位每秒、兆位每秒、千兆位每秒、兆兆位每秒） l 吞吐量 吞吐量是给定时段内通过介质传输的比特的量度。 l 实际吞吐量 实际吞吐量是在给定时间内传输的可用数据的量度，它也是网络用户最感兴趣的量度。 铜介质： 外部信号干扰：电动机、荧光灯、无线电波。 双绞线的3种类型： 以下是通过使用指定的布线约定得到的主要电缆类型： l 以太网直通电缆 （用与主机与交换机或HUB） l 以太网交叉电缆 （用于主机到主机、交换与交换、路由器与路由器） l 全反电缆 （就是设备的配置线） 同轴电缆的使用： 同轴电缆设计可用于不同用途。同轴电缆是在无线电和电缆接入技术中使用的一种重要电缆。同轴电缆用于将天线连接到无线电设备。同轴电缆可传送天线和无线电设备之间的射频 (RF) 能量。同轴电缆还被广泛应用于通过电线传输高射频信号的介质，尤其是有线电视信号。 光缆： 光缆使用玻璃或塑料光纤将光脉冲从源设备导至目的设备。通过光缆传输时，比特会被编码成光脉冲。光缆能够传送很高的原始数据带宽速率。 光纤介质实施问题包括： l 通过相同距离（但容量更大）的成本比铜介质更昂贵（通常） l 端接和接头电缆设施要求具备不同的技能和设备 l 要比处理铜介质还谨慎 单模和多模光纤 光缆通常可分为两种类型：单模和多模。 单模：光纤传送单束光线，通常是由激光发射的。由于激光是单向且沿着光纤的中心传输，此类光纤可将光脉冲传输到更远的距离。 多模：光纤通常使用 LED 发射器，它们不会产生单束相干光波。而是让 LED 发出的光从不同角度进入多模光纤。因为以不同角度进入光纤的光沿着光纤传输所需要的时间不同，所以长距离的光纤传输会使脉冲在接收端变弱。这种效应被称为模式色散，这限制了多模光纤部分的长度。 无线介质： 无线介质以无线电和微波频率传送代表数据通信二进制数字的电磁信号。无线电易受干扰，可能会受到家庭无绳电话、某些类型的荧光灯、微波炉和其它无线通信装置等常见设备的干扰。 无线网络的类型： 四种常用数据通信标准可适用于无线介质： 1) 标准 IEEE 802.11 - 通常也称为 Wi-Fi，是一种无线 LAN (WLAN) 技术，它采用载波侦听多路访问/冲突避免 (CSMA/CA) 介质访问过程使用竞争或非确定系统。 2) 标准 IEEE 802.15 - 无线个域网 (WPAN) 标准，通常称为“蓝芽”，采用装置配对过程进行通信，距离为 1 到 100 米。 3) 标准 IEEE 802.16 - 通常称为 WiMAX（微波接入全球互通），采用点到多点拓扑结构，提供无线带宽接入。 4) 全球移动通信系统 (GSM) - 包括可启用第 2 层通用分组无线业务 (GPRS) 协议的物理层规范，提供通过移动电话网络的数据传输。 无线 LAN： 无线 LAN 要求具备下列网络设备： l 无线接入点 (AP) - 集中用户的无线信号，并常常使用铜缆连接到现有基于铜介质的网络基础架构，如以太网。 l 无线 NIC 适配器 - 能够为每台网络主机提供无线通信。 标准包括： l IEEE 802.11a - 工作频段为 5 GHz，速度高达 54 Mbps。由于此标准的工作频率较高，因此它的覆盖面积较小、透过建筑物体的效率较低。据此标准工作的设备不能和下文所描述的基于 802.11b 和 802.11g 标准的设备互操作。 l IEEE 802.11b - 工作频段为 2.4 GHz，速度高达 11 Mbps。实施该标准的设备相距较远，它比基于 802.11a 标准的设备具有更好的透过建筑物体的能力。 l IEEE 802.11g - 工作频段为 2.4 GHz，速度高达 54 Mbps。实施该标准的设备可以在和 802.11b 相同的射频和范围内工作，但有 802.11a 标准的带宽。 l IEEE 802.11n 标准目前正在起草中。提议的标准规定频率为 2.4 Ghz 或 5 GHz。预计数据速率为 100 Mbps 至 210 Mbps、距离长达 70 米。 |
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