【网络】- TCP/IP四层(五层)协议 - 物理层

目录
一、概述
二、物理层的基本概念
三、OSI 参考模型
 3.1 导引型传输媒体
 3.2 非导引型传输媒体

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一、概述

TCP/IP 在最初定义时，是一个四层的体系结构，包括应用层、传输层、网络层、网络接口层。不过从实质上来讲，TCP/IP只有最上面三层，因为最下面的网络接口层并没有什么具有内容。因此，在学习计算机网络原理时，往往采用折中的办法，综合了 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用了一种具有五层协议的体系结构。

本篇文章着重讲述处于五层体系结构中最下面的物理层，翻了好几本计算机网络相关的书籍后，发现对物理层的描述都挺少的。
《图解TCP/IP》书籍描述到，关于物理层的内容一直无法统一定义。因为只要人们在物理层面上所使用的传输媒介不同(如使用网线或无线)，网络的带宽、 可靠性、 安全性、 延迟等都会有所不同， 而在这些方面又没有一个既定的指标。

但出于对整个五层协议的完整性的考虑，还是有必要拾取一些物理层的内容进行说明，这样可以有助于对计算机网络原理的理解。

二、物理层的基本概念

物理层考虑的是，怎样才能在连接各个计算机的传输媒体上传输数据的比特流，而不是指具体的传输媒体。

现有计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常多，通信手段也有许多不同方式。物理层的作用就是要尽可能屏蔽掉这些传输媒体和通信手段的差异，使上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可以使数据链路层只专注于本层的协议和服务。

物理层的主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性，如：

• 机械特性：接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等
• 电气特性：接口电缆的各条线上出现的电压范围。
• 功能特性：某条线出现某一电平的电压的意义；
• 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

三、物理层下面的传输媒体

传输媒体也称传输介质或传输媒介，是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。一般可分为两大类：导引型传输媒体、导引型传输媒体。导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固定媒体传播；非导引传输媒体中电磁波的传输常被称为无线传输。

3.1 导引型传输媒体

1、双绞线
双绞线是最便宜且最常用的导引型传输媒体。双绞线由两根绝缘的铜线组成，每根大约1毫米粗， 以规则的螺旋状排列着。这两跟线被绞合起来，以减少相邻导线的电池干扰。

模拟传输和数字传输都可使用双绞线，通信距离一般为几公里到十几公里。

双绞线的分类

2、同轴电缆
同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘体、网状编织的外导体屏蔽层、以及保护塑料外层所组成。

同轴电缆具有很好的抗干扰性，被广泛用于传输较高速率的数据。

在局域网发展初期，曾广泛地使用同轴电缆作为传输媒体。后来，随着技术的进步，在局域网领域基本都采用双绞线作为传输媒体。目前，同轴电缆主要用于有线电视网的居民小区中。

3、光纤
光纤是一种细而柔软的、能够导引光脉冲的媒体，每个脉冲表示一个比特。

光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有8~100微米。光波正是通过纤芯进行传导的。

光纤的特点：

• 传输损耗小、中级距离长，对远距离传输特别经济
• 抗雷电和电磁干扰性能好。
• 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。
• 体积小、重量轻、通信容量大。
  

3.2 非导引型传输媒体

1、陆地无线电信道
无线电信道承载电磁谱中的信号，不需要安装物理线路，并具有穿透墙壁，提供与移动用户的连接以及长距离承载信号的能力，因而成为一种有吸引力的媒体。

无线电信道可以大致分为三种：一类运行在很短的距离；另一类运行在局域，通常跨越数十米到几百米；第三类运行在广域，跨越数万米。

2、卫星无线电信道
一颗通信卫星连接地球上两个或多个微波发射器/接收器，它们被称为地面站。

总结：
本文章主要介绍物理层的一些概念和一些计算机网络中的传输媒体。由于物理层并没有一个很明确的定义，所以文章可能存在疏漏，以后学习过程中，有相关知识再不断补充进来。

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参考资料：
《计算机网络》第7版 谢希仁 编著
《计算机网络-自顶向下方法》第7版
《图解TCP/IP》第5版