簡述計算機網絡中的物理層

      簡要說明物理層在網絡傳輸中做了哪些工作解決的問題

     物理層是計算機網絡OSI模型中最低的一層。物理層規定:為傳輸數據所需要的物理鏈路創建、維持、拆除，而提供具有機械的，電子的，功能的和規范的特性。簡單的說，物理層確保原始的數據比特流可在各種物理媒體上傳輸。使得上層數據鏈路層只需要將數據傳輸給物理層而不用去關心數據的傳輸方式和傳輸途徑。

    物理層要解決的主要問題：

（1）物理層要盡可能地屏蔽掉物理設備和傳輸媒體，通信手段的不同。物理層使數據鏈路層感覺不到這些差異。這樣數據鏈路層只需要考慮完成本層的協議和服務。

（2）給數據鏈路層在一條物理的傳輸媒體上傳送和接收比特流（一般為串行按順序傳輸的比特流）的能力。物理層應該解決物理連接的建立、維持和釋放問題。

（3）在兩個相鄰系統之間唯一地標識數據電路。

物理層主要功能：為數據端設備提供傳送數據通路、傳輸數據。

  1.為數據端設備提供傳送數據的通路，數據通路可以是一個物理媒體，也可以是多個物理媒體連接而成。一次完整的數據傳輸，包括激活物理連接，傳送數據，終止物理連接。

  2.傳輸數據，物理層要形成適合數據傳輸需要的實體，為數據傳送服務。一是要保證數據能在其上正確通過，二是要提供足夠的帶寬（帶寬是指每秒鐘內能通過的比特（BIT）數），以減少信道上的擁塞。傳輸數據的方式能滿足點到點，一點到多點，串行或并行（一條路或多條路），半雙工或全雙工（雙向單車道或者雙向雙車道），同步或異步傳輸的需要。

  3. 完成物理層的一些管理工作。

組成部分

  物理層的媒體分為無線和有線。有線包括架空明線、平衡電纜、光纖等。通信用的互連設備指DTE和DCE間的互連設備。DTE即數據終端設備，又稱物理設備，如計算機、終端等都包括在內。而DCE則是數據通信設備或電路連接設備，如調制解調器（俗稱貓）等。數據傳輸通常是經過DTE──DCE，再經過DCE──DTE的路徑。互連設備指將DTE、DCE連接起來的裝置，如各種插頭、插座。LAN中的各種粗、細同軸電纜、T型接、插頭，接收器，發送器，中繼器等都屬物理層的媒體和連接器。

重要內容

  物理層的接口的特性

   1．機械特性

也叫物理特性，指明通信實體間硬件連接接口的機械特點，如接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等。這很像平時常見的各種規格的電源插頭，其尺寸都有嚴格的規定。

   2．電氣特性

  規定了在物理連接上，導線的電氣連接及有關電路的特性，一般包括：接收器和發送器電路特性的說明、信號的識別、最大傳輸速率的說明、與互連電纜相關的規則、發送器的輸出阻抗、接收器的輸入阻抗等電氣參數等。

  物理層的電氣特性規定了在物理連接上傳輸二進制位流時線路上信號電壓高低、阻抗匹配情況、傳輸速率和距離的限制等．早期的電氣特性標準定義物理連接邊界點上的電氣特性，而較新的電氣特性標準定義的都是發送器和接收器的電器特性，同時還給出了互連電纜的有關規定．比較起來，較新的標準更有利于發送和接收線路的集成化工作．物理層接口的電氣特性主要分為三類：非平衡型，新的非平衡型和新的平衡型。

  非平衡型的信號發送器和接收器均采用非平衡方式工作，每個信號用一根導線傳輸，所有信號共用一根地線．信號的電平是用+5V～+15V，表示二進制“0”，用-5V～-15V，表示二進制“1”．信號傳輸速率限于20Kbps以內，電線長度限于15M以內．由于信號線是單線，因此線間干擾大，傳輸過程中的外界干擾也很大。

在新的非平衡型標準中，發送器采用非平衡方式工作．接收器采用平衡方式工作（即差分接收器）．每個信號用一根導線傳輸．所有信號共用兩根地線，即每個方向一根地線．信號的電平使用+4v~+6v表示二進制“0”，用－4V～－6V表示二進制“1”．當傳輸距離達到1000M時，信號傳輸速率在3kbps以下，隨著傳輸速率的提高，傳輸距離將縮短．在10M以內的近距離情況下，傳輸速率可達300kbps。由于接收器采用差分方式接收，且每個方向獨立使用信號地，因此減少了線間干擾和外界干擾．

  新的平衡型標準規定，發送器和接收器均以差分方式工作，每個信號用兩根導線傳輸，整個接口無需共用信號就可以正常工作，信號的電平由兩根導線上信號的差值表示．相對于某一根導線來說，差值在+4V～+6V表示二進制“0”，差值在－4V～－6V表示二進制“1”．當傳輸距離達到1000M時，信號傳輸率在100kbps以下；當在10m以內的近距離傳輸時，速率可達10Mbps。由于每個信號均使用雙線傳輸，因此線間干擾和外界干擾大大削弱，具有較高的抗共模干擾能力。

  3．功能特性

  指明物理接口各條信號線的用途（用法），包括：接口線功能的規定方法，接口信號線的功能分類—數據信號線、控制信號線、定時信號線和接地線4類。

  4．規程特性

  指明利用接口傳輸比特流的全過程及各項用于傳輸的事件發生的合法順序，包括事件的執行順序和數據傳輸方式，即在物理連接建立、維持和交換信息時，DTE/DCE雙方在各自電路上的動作序列。