物理层简介
OSI 模型中的物理层是什么?
OSI 模型中的物理层起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物理连接的层。该层定义了硬件设备、电缆、配线、频率、用于表示二进制信号的脉冲等。
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表示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。
信号
当数据通过物理介质发送时，需要先将其转换为电磁信号。数据本身可以是模拟的，例如人的声音，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。
数字信号
数字信号本质上是离散的，表示电压脉冲序列。数字信号用于计算机系统的电路中。
模拟信号
模拟信号本质上是连续波形式，由连续电磁波表示。
传输损伤
当信号通过介质传播时，它们往往会衰减。这可能有许多原因，如下所示:
衰减
为了让接收器准确解释数据，信号必须足够强。当信号穿过介质时，它往往会变弱。随着距离的增加，它会失去强度。
散射
当信号穿过介质时，它往往会扩散和重叠。散射量取决于使用的频率。
延迟失真
信号以预定义的速度和频率通过介质发送。如果信号速度和频率不匹配，则信号可能会以任意方式到达目的地。在数字媒体中，某些比特比之前发送的比特更早到达是非常关键的。
噪声
模拟或数字信号中的随机扰动或波动被称为信号噪声，这可能会扭曲所携带的实际信息。噪声可以归为以下类别之一:
热噪声
热量会搅动介质的电子导体，从而可能在介质中引入噪声。在一定程度内，热噪声是不可避免的。
互调
当多个频率共享一个介质时，它们的干扰会导致介质中的噪声。如果两个不同的频率共用一个介质，并且其中一个频率强度过大或组件本身无法正常工作，则会发生互调噪声，然后结果频率可能无法按预期传输。
串扰
当外来信号进入介质时，就会发生这种噪声。这是因为一种介质中的信号会影响第二种介质的信号。
脉冲
这种噪声是由于不规则的干扰(例如雷电、电流、短路或故障组件)引起的。数字数据最容易受到这种噪声的影响。
传输介质
两个计算机系统之间发送信息的介质称为传输介质。传输介质有两种形式。
导向介质
所有通信线/电缆都是导向介质，例如 UTP、同轴电缆和光纤。在这种介质中，发送方和接收方直接连接，信息通过它发送(引导)。
非导向介质
无线或露天空间被称为非导向介质，因为发送方和接收方之间没有连接。信息通过空中传播，包括实际接收者在内的任何人都可以收集信息。
信道容量
信息传输的速度被称为信道容量。我们将其视为数字世界中的数据速率。这取决于许多因素，例如:
带宽:底层媒体的物理限制。
错误率:由于噪音导致信息接收不正确。
编码:用于信令的级别数。
多路复用
多路复用是一种通过单一介质混合和发送多个数据流的技术。该技术需要称为多路复用器 (MUX) 的系统硬件来多路复用数据流并将其发送到介质上，以及解复用器 (DMUX)，它从介质中获取信息并分发到不同的目的地。
交换
交换是一种机制，通过该机制，数据/信息从源发送到不直接连接的目的地。网络具有互连设备，它们从直接连接的源接收数据，存储数据，对其进行分析，然后转发到最靠近目的地的下一个互连设备。
交换可分为:
物理层的功能
- 它定义了物理设备和接口的物理特性和功能，以便进行传输。它规定了每个设备的引脚数以及每个引脚的用途。
- 它规定了传输介质和传输比特的信号类型，即电脉冲、光脉冲或无线电信号。
- 它定义了比特的编码过程，例如，在电信号的情况下，应该用多少伏特来表示 0 比特和 1 比特。
- 它规定了数据传输速率，即每秒传输的比特数;以及比特的持续时间，即比特的持续时间。
- 它定义了网络设备的拓扑，即物理布局。
- 它还规定了传输的方向，即传输是单工模式、半双工模式还是全双工模式。
