物理层介绍

OSI 模型中的物理层起着与实际硬件和信号机制交互的作用。 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。 这一层定义了硬件设备、电缆、布线、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电脉冲，代表二进制数据。然后通过有线或无线介质发送二进制数据。

信号

当数据通过物理介质发送时，首先需要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来表示。

• 数字信号

  数字信号本质上是离散的，代表电压脉冲序列。 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的波形，用连续的电磁波表示。

传输障碍

当信号通过介质传播时，它们往往会恶化。 这可能有很多原因:

• 衰减

  为了让接收器准确解读数据，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，它会失去强度。

• 分散

  当信号通过媒体传播时，它往往会传播和重叠。 分散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媒体发送。 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。 在数字媒体中，一些比特比之前发送的更早到达是非常关键的。

• 噪音

  模拟或数字信号中的随机干扰或波动被称为信号中的噪声，它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，这可能会在介质中引入噪声。 在一定程度上，热噪声是不可避免的。

  • 互调

    当多个频率共享一个介质时，它们的干扰会在介质中产生噪声。 如果两个不同的频率共享一个介质，并且其中一个频率具有过大的强度或组件本身无法正常工作，则会出现互调噪声，则产生的频率可能无法按预期传递。

  • 串音

    当外来信号进入媒体时会发生这种噪音。 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

    这种噪音是由于不规则干扰（例如闪电、电力、短路或故障组件）而引入的。 数字数据主要受此类噪声的影响。

传输媒体

两个计算机系统之间传送信息的媒介，称为传输媒介。 传输媒体有两种形式。

• 引导媒体

  所有通信电线/电缆都是引导介质，例如 UTP、同轴电缆和光纤。 在这种媒体中，发送者和接收者直接相连，信息通过它发送（引导）。

• 非引导媒体

  无线或露天空间被称为非引导媒体，因为发送者和接收者之间没有连接。 信息通过空中传播，任何人（包括实际接收者）都可以收集信息。

信道容量

信息的传输速度称为信道容量。 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。

• 出错率:  由于噪音而导致信息接收不正确。

• 编码:  用于信号的级别数。

多路复用

多路复用是一种在单一介质上混合和发送多个数据流的技术。 这种技术需要称为多路复用器 (MUX) 的系统硬件来对流进行多路复用并将它们发送到介质上，以及从介质中获取信息并分发到不同目的地的多路分解器 (DMUX)。

交换

交换是一种机制，通过该机制将数据/信息从源发送到未直接连接的目的地。 网络具有互连设备，这些设备从直接连接的源接收数据、存储数据、分析数据，然后转发到离目的地最近的下一个互连设备。

交换可以分为: