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物理層： OSI 物理層通過網(wǎng)絡介質(zhì)傳輸構成數(shù)據(jù)鏈路層幀的比特。 物理層的用途是：創(chuàng)建電信號、光信號或微波信號，以表示每個幀中的比特。 通過本地介質(zhì)傳輸幀需要以下一些物理層要素： l 物理介質(zhì)和關聯(lián)的連接器 l 在介質(zhì)上表示比特 l 數(shù)據(jù)編碼和控制信息 l 網(wǎng)絡設備上的發(fā)送器和接收器電路 比特的表示（即，信號類型）視介質(zhì)類型而定。 對于銅纜介質(zhì)，信號為電子脈沖模式。 對于光纜，信號為光模式。 對于無線介質(zhì)，信號為無線電傳輸模式。 識別幀： 當物理層將比特編碼成特定介質(zhì)的信號時，必須甄別一個幀的結束位置和下一個幀的開始位置。否則，介質(zhì)設備無法識別什么時候收完幀了。 物理層的標準： 類似于數(shù)據(jù)鏈路層相關技術，物理層技術是由以下組織定義的： l 國際標準化組織 (ISO) l 電氣電子工程師協(xié)會 (IEEE) l 美國國家標準學會 (ANSI) l 國際電信聯(lián)盟 (ITU) l 電子工業(yè)聯(lián)盟/電信工業(yè)協(xié)會 (EIA/TIA) l 國有電信機構，例如美國聯(lián)邦通訊委員會 (FCC)。 物理層技術和硬件 由這些組織定義的技術包括四個領域的物理層標準： l 介質(zhì)的物理和電氣屬性 l 連接器的機械性能（材料、尺寸和引腳輸出） l 通過信號表示的比特（編碼） l 控制信息信號的定義 物理層基本原則： 物理層的三個基本功能是： 1) 物理組件 物理要素是電子硬件設備、介質(zhì)和連接器，它們用于傳輸和承載用于表示比特信號的設備。 2) 數(shù)據(jù)編碼 編碼是一種將數(shù)據(jù)比特流轉化成預定義代碼的方法。除為數(shù)據(jù)創(chuàng)建代碼以外，物理層的編碼方法還提供起控制作用的代碼（例如識別幀的開始和結束位置） 3) 信號 物理層必須在介質(zhì)上生成代表“1”和“0”的電信號、光信號或無線信號。表示比特的方法稱為信號方法。 信號方法： 通過更改信號的以下一個或多個特征在介質(zhì)上表示信號： l 幅度 l 頻率 l 相位 非歸零 (NRZ)信號：低電壓值代表邏輯 0，而高電壓值代表邏輯 1。電壓范圍取決于所采用的特定物理層標準。 曼徹斯特編碼：曼徹斯特編碼方案不是用簡單的電壓值脈沖來表示比特，而是用電壓跳變來表示比特值。從低電壓到高電壓的跳變表示比特值 1，而從高電壓到低電壓的跳變表示比特值 0。 信號模式： 檢測幀的一種方法是每個幀都用物理層認為是幀開頭的比特信號模式開始，用表示幀結束的比特信號模式結束。沒有以這種方式構成幀的信號比特將被所采用的物理層標準忽略。 有效的數(shù)據(jù)比特需組織成幀；否則，收到的數(shù)據(jù)比特將無任何上下文環(huán)境，無法將其意義傳遞給網(wǎng)絡模型的上層。這種構成幀的方法可以由數(shù)據(jù)鏈路層或物理層分別提供，也可以由二者共同提供。 代碼組：代碼組是連續(xù)的代碼比特，解釋并映射為數(shù)據(jù)比特模式。 編碼技術使用的比特模式就稱為符號。物理層可以使用一組被編碼的符號（稱為代碼組）來表示編碼數(shù)據(jù)或控制信息 使用代碼組的優(yōu)點有： l 降低比特電平錯誤 要正確地檢測單個比特是 0 還是 1，接收器必須了解如何及何時在介質(zhì)上取樣信號。這要求接收器和發(fā)送器之間的時間必須同步。 l 限制傳輸?shù)浇橘|(zhì)中的效能 平衡發(fā)送1和0這可以避免在傳輸中將過多的能量注入介質(zhì)，從而減少介質(zhì)輻射的干擾。發(fā)送一長串 1 可能導致接收器中的傳輸激光和光電二極管過熱，有可能導致較高的錯誤率。 l 幫助甄別數(shù)據(jù)比特和控制比特 l 更有效地檢測介質(zhì)錯誤。 除數(shù)據(jù)符號和控制符號外，代碼組中還包含無效符號。這些符號可能在介質(zhì)上創(chuàng)建長串的 1 或 0；因而，發(fā)送節(jié)點不會使用它們。如果接收節(jié)點收到其中一種模式，物理層就可以斷定收到的數(shù)據(jù)有錯誤。 甄別數(shù)據(jù)和控制： 代碼組提供三種類型的符號： 1) 數(shù)據(jù)符號 — 在向下將幀傳輸?shù)轿锢韺訒r，代表幀數(shù)據(jù)的符號。 2) 控制符號 — 由物理層輸入的用于控制傳輸?shù)奶厥獯a。其中包括幀結尾和空閑介質(zhì)符號。 3) 無效符號 — 含有介質(zhì)上不允許的模式的符號。接收到無效符號表示幀出錯。 4B/5B： 在該技術中，4 比特數(shù)據(jù)被轉換成 5 比特代碼符號，以便通過介質(zhì)系統(tǒng)傳輸。在 4B/5B 中，每個要傳輸?shù)淖止?jié)均被分解為四比特片段或半字節(jié) ，并被編碼為五比特值（即符號）。這些符號代表要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以及有助于控制介質(zhì)上傳輸?shù)囊唤M代碼。代碼中包含的符號表示幀傳輸?shù)拈_始和結束位置。盡管這一過程增加了比特傳輸?shù)拈_銷，但也增加了有助于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/div> 數(shù)據(jù)的傳輸能力：
不同的物理介質(zhì)所支持的比特傳輸速度不同?？梢允褂靡韵氯N方式測量數(shù)據(jù)傳輸： l 帶寬 介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的能力被描述為介質(zhì)的原始數(shù)據(jù)帶寬。數(shù)字帶寬可以測量在給定時間內(nèi)從一個位置流向另一個位置的信息量。（帶寬單位：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 吞吐量是給定時段內(nèi)通過介質(zhì)傳輸?shù)谋忍氐牧慷取?br>l 實際吞吐量 實際吞吐量是在給定時間內(nèi)傳輸?shù)目捎脭?shù)據(jù)的量度，它也是網(wǎng)絡用戶最感興趣的量度。 銅介質(zhì)： 外部信號干擾：電動機、熒光燈、無線電波。 雙絞線的3種類型： 以下是通過使用指定的布線約定得到的主要電纜類型： l 以太網(wǎng)直通電纜 （用與主機與交換機或HUB） l 以太網(wǎng)交叉電纜 （用于主機到主機、交換與交換、路由器與路由器） l 全反電纜 （就是設備的配置線） 同軸電纜的使用： 同軸電纜設計可用于不同用途。同軸電纜是在無線電和電纜接入技術中使用的一種重要電纜。同軸電纜用于將天線連接到無線電設備。同軸電纜可傳送天線和無線電設備之間的射頻 (RF) 能量。同軸電纜還被廣泛應用于通過電線傳輸高射頻信號的介質(zhì)，尤其是有線電視信號。 光纜： 光纜使用玻璃或塑料光纖將光脈沖從源設備導至目的設備。通過光纜傳輸時，比特會被編碼成光脈沖。光纜能夠傳送很高的原始數(shù)據(jù)帶寬速率。 光纖介質(zhì)實施問題包括： l 通過相同距離（但容量更大）的成本比銅介質(zhì)更昂貴（通常） l 端接和接頭電纜設施要求具備不同的技能和設備 l 要比處理銅介質(zhì)還謹慎 單模和多模光纖 光纜通?？煞譃閮煞N類型：單模和多模。 單模：光纖傳送單束光線，通常是由激光發(fā)射的。由于激光是單向且沿著光纖的中心傳輸，此類光纖可將光脈沖傳輸?shù)礁h的距離。 多模：光纖通常使用 LED 發(fā)射器，它們不會產(chǎn)生單束相干光波。而是讓 LED 發(fā)出的光從不同角度進入多模光纖。因為以不同角度進入光纖的光沿著光纖傳輸所需要的時間不同，所以長距離的光纖傳輸會使脈沖在接收端變?nèi)?。這種效應被稱為模式色散，這限制了多模光纖部分的長度。 無線介質(zhì)： 無線介質(zhì)以無線電和微波頻率傳送代表數(shù)據(jù)通信二進制數(shù)字的電磁信號。無線電易受干擾，可能會受到家庭無繩電話、某些類型的熒光燈、微波爐和其它無線通信裝置等常見設備的干擾。 無線網(wǎng)絡的類型： 四種常用數(shù)據(jù)通信標準可適用于無線介質(zhì)： 1) 標準 IEEE 802.11 - 通常也稱為 Wi-Fi，是一種無線 LAN (WLAN) 技術，它采用載波偵聽多路訪問/沖突避免 (CSMA/CA) 介質(zhì)訪問過程使用競爭或非確定系統(tǒng)。 2) 標準 IEEE 802.15 - 無線個域網(wǎng) (WPAN) 標準，通常稱為“藍芽”，采用裝置配對過程進行通信，距離為 1 到 100 米。 3) 標準 IEEE 802.16 - 通常稱為 WiMAX（微波接入全球互通），采用點到多點拓撲結構，提供無線帶寬接入。 4) 全球移動通信系統(tǒng) (GSM) - 包括可啟用第 2 層通用分組無線業(yè)務 (GPRS) 協(xié)議的物理層規(guī)范，提供通過移動電話網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸。 無線 LAN： 無線 LAN 要求具備下列網(wǎng)絡設備： l 無線接入點 (AP) - 集中用戶的無線信號，并常常使用銅纜連接到現(xiàn)有基于銅介質(zhì)的網(wǎng)絡基礎架構，如以太網(wǎng)。 l 無線 NIC 適配器 - 能夠為每臺網(wǎng)絡主機提供無線通信。 標準包括： l IEEE 802.11a - 工作頻段為 5 GHz，速度高達 54 Mbps。由于此標準的工作頻率較高，因此它的覆蓋面積較小、透過建筑物體的效率較低。據(jù)此標準工作的設備不能和下文所描述的基于 802.11b 和 802.11g 標準的設備互操作。 l IEEE 802.11b - 工作頻段為 2.4 GHz，速度高達 11 Mbps。實施該標準的設備相距較遠，它比基于 802.11a 標準的設備具有更好的透過建筑物體的能力。 l IEEE 802.11g - 工作頻段為 2.4 GHz，速度高達 54 Mbps。實施該標準的設備可以在和 802.11b 相同的射頻和范圍內(nèi)工作，但有 802.11a 標準的帶寬。 l IEEE 802.11n 標準目前正在起草中。提議的標準規(guī)定頻率為 2.4 Ghz 或 5 GHz。預計數(shù)據(jù)速率為 100 Mbps 至 210 Mbps、距離長達 70 米。 |
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