物理层

OSI 物理层通过网络介质传输构成数据链路层帧的比特。

物理层的用途是：创建电信号、光信号或微波信号，以表示每个帧中的比特。

通过本地介质传输帧需要以下一些物理层要素：

l物理介质和关联的连接器

l在介质上表示比特

l数据编码和控制信息

l网络设备上的发送器和接收器电路

比特的表示（即，信号类型）视介质类型而定。

对于铜缆介质，信号为电子脉冲模式。

对于光缆，信号为光模式。

对于无线介质，信号为无线电传输模式。

   识别帧：

当物理层将比特编码成特定介质的信号时，必须甄别一个帧的结束位置和下一个帧的开始位置。否则，介质设备无法识别什么时候收完帧了。

物理层的标准：

类似于数据链路层相关技术，物理层技术是由以下组织定义的：

l  国际标准化组织 (ISO)

l  电气电子工程师协会 (IEEE)

l  美国国家标准学会 (ANSI)

l  国际电信联盟 (ITU)

l  电子工业联盟/电信工业协会 (EIA/TIA)

l  国有电信机构，例如美国联邦通讯委员会 (FCC)。

物理层技术和硬件

由这些组织定义的技术包括四个领域的物理层标准：

l  介质的物理和电气属性

l  连接器的机械性能（材料、尺寸和引脚输出）

l  通过信号表示的比特（编码）

l  控制信息信号的定义

物理层基本原则：物理层的三个基本功能是：

1)         物理组件

   物理要素是电子硬件设备、介质和连接器，它们用于传输和承载用于表示比特信号的设备。

2)         数据编码

    编码是一种将数据比特流转化成预定义代码的方法。除为数据创建代码以外，物理层的编码方法还提供起控制作用的代码（例如识别帧的开始和结束位置）

3)         信号

物理层必须在介质上生成代表“1”和“0”的电信号、光信号或无线信号。表示比特的方法称为信号方法。

      信号方法：

        通过更改信号的以下一个或多个特征在介质上表示信号：

l  幅度

l  频率

l  相位

非归零 (NRZ)信号：低电压值代表逻辑 0，而高电压值代表逻辑 1。电压范围取决于所采用的特定物理层标准。

曼彻斯特编码：曼彻斯特编码方案不是用简单的电压值脉冲来表示比特，而是用电压跳变来表示比特值。从低电压到高电压的跳变表示比特值 1，而从高电压到低电压的跳变表示比特值 0。

       信号模式：

检测帧的一种方法是每个帧都用物理层认为是帧开头的比特信号模式开始，用表示帧结束的比特信号模式结束。没有以这种方式构成帧的信号比特将被所采用的物理层标准忽略。

有效的数据比特需组织成帧；否则，收到的数据比特将无任何上下文环境，无法将其意义传递给网络模型的上层。这种构成帧的方法可以由数据链路层或物理层分别提供，也可以由二者共同提供。

       代码组：代码组是连续的代码比特，解释并映射为数据比特模式。

编码技术使用的比特模式就称为符号。物理层可以使用一组被编码的符号（称为代码组）来表示编码数据或控制信息

使用代码组的优点有：

l  降低比特电平错误

要正确地检测单个比特是 0 还是 1，接收器必须了解如何及何时在介质上取样信号。这要求接收器和发送器之间的时间必须同步。

l  限制传输到介质中的效能

平衡发送1和0这可以避免在传输中将过多的能量注入介质，从而减少介质辐射的干扰。发送一长串 1 可能导致接收器中的传输激光和光电二极管过热，有可能导致较高的错误率。

l  帮助甄别数据比特和控制比特

l  更有效地检测介质错误。

除数据符号和控制符号外，代码组中还包含无效符号。这些符号可能在介质上创建长串的 1 或 0；因而，发送节点不会使用它们。如果接收节点收到其中一种模式，物理层就可以断定收到的数据有错误。