Data Communication Computer Network 简明教程

Physical Layer Introduction

OSI 模型中的物理层承担着与实际硬件和信令机制交互的作用。物理层是 OSI 网络模型中唯一真正处理两个不同站点的物理连接的层。该层定义了用于表示二进制信号的硬件设备、布线、布线、频率、脉冲等。

物理层为数据链路层提供服务。数据链路层将帧移交给物理层。物理层将它们转换为代表二进制数据的电脉冲。然后通过有线或无线媒体发送二进制数据。

当数据通过物理介质发送时，它需要首先转换为电磁信号。数据本身可以是模拟的，例如人声，也可以是数字的，例如磁盘上的文件。模拟和数字数据都可以用数字或模拟信号表示。

当信号通过介质传播时，它们往往会变弱。这可能有许多原因，如下所示：

为了使接收器准确地解释数据，信号必须足够强。当信号通过介质时，它往往会变弱。随着距离的增加，它的力量会减弱。
当信号在介质中传播时，它倾向于扩散和重叠。分散的量取决于所使用的频率。
Delay distortion 信号通过预先定义的速度和频率发送至介质。如果信号速度和频率不匹配，则信号有可能以任意方式到达目的地。在数字介质中，一些比特比先前发送的比特更早到达这一点非常关键。
Noise 模拟或数字信号中的随机扰动或波动称为信号中的噪声，它可能会扭曲正在传输的实际信息。噪声可以用以下分类中的一个来表征： Thermal Noise 热量会激发介质的电子导体，这可能会在介质中引入噪声。在一定程度内，热噪声是不可避免的。 Intermodulation 当多个频率共享一个介质时，它们的干扰可能导致介质中的噪声。如果两个不同的频率共享一个介质，并且其中一个频率强度过大或组件本身未正常工作，则会出现互调噪声，然后所得频率可能无法按预期的方式传递。 Crosstalk 当外来信号进入介质时，就会发生这种类型的噪声。这是因为一个介质中的信号会影响第二个介质的信号。 Impulse 此噪声是由于不规则扰动（如雷电、电力、短路或组件故障）引起的。数字数据大多受此类噪声的影响。

称为传输介质的信息在两个计算机系统之间的发送介质。传输介质有两种形式。

Guided Media 所有通信电线/电缆都是导向介质，如 UTP、同轴电缆和光纤。在这种介质中，发送器和接收器直接连接，信息通过该介质发送（引导）。
Unguided Media 无线或开放式空间被称为非导向介质，因为发送器和接收器之间没有连接。信息通过空气传播，包括实际接收者在内的任何人都可以收集信息。

信息的传输速度称为信道容量。在数字世界中，我们将其计为数据速率。它取决于许多因素，例如：

多路复用是一种在单个介质上混合和发送多个数据流的技术。此技术需要称为多路复用器 (MUX) 的系统硬件来对数据流进行多路复用并将其发送到介质，以及从介质中获取信息并将其分发到不同目的地的解复用器 (DMUX)。

交换是一种从源头向目的地发送数据/信息但未直接连接的机制。网络具有互连设备，这些设备从直接连接的源获取数据，存储数据，分析数据，然后转发到最接近目的地的下一个互连设备。

交换可以分为：