计算机网络物理层

如果把整个计算机网络通信看成一个立体的层次模型的话，那么这个通信模型的底层就是“物理层”，因为计算机网络设备之间的连接必须依靠物理层的传输介质和相关协议进行。

围绕物理层的机械特性、电气特性、功能特性和通信规程这几个方面进行展开性的介绍，主要包括数据通信的基本模型、数据传输速率、数据传输类型、数据传输方式、数据传输模式、数据通信方式、信号类型、信号编码、信号调制与解调、数据抽样、信道复用、传输介质和主要物理接口规程等。其中涉及许多非常复杂的技术原理，如信号编码、信号调制与解调、奈奎斯特准则、香农公式、数据抽样定律等

物理层概述

计算机网络的“物理层”位于各计算机网络体系结构的底层（TCP/IP体系结构中的“物理层”功能是集中划分在最低的“网络访问层”中），负责在物理传输介质之上为“数据链路层”提供一个原始比特流（也就是数据是以一个个0或1的二进制代码形式表示的）的物理连接。但要特别注意的是，“物理层”并不是特指某种传输介质，而是指通过传输介质，以及相关的通信协议、标准建立起来的物理线路。也就是说“物理层”起到“修路”的作用，只不过这条路是用于计算机网络通信的“线路”罢了。

物理层的主要作用

构建数据通路

“数据通路”就是完整的数据传输通道，可以是一段物理介质，也可以是由多段物理介质连接而成的。一次完整的数据传输，包括激活物理连接、传送数据、终止物理连接三个主要阶段。所谓“激活物理连接”，就是不管有多少段物理介质参与，在通信的两个数据终端设备间都要在电气上连接起来，形成一条可以在上面连续传输数据的通路。

透明传输

物理层中可用的传输介质类型（如不同类型的同轴电缆、双绞线和光纤等）非常多，各自又有相应的通信协议和标准来支持，这就决定了不同的计算机网络可能有不同的“路”。物理层除了要把这些不同的“路”修好外，还要确保这些不同的“路”能“连通”起来，形成通路，最终实现把比特流传输到对端“物理层”，然后向“数据链路层”提交的目的。

要实现上述功能，需要物理层具有屏蔽不同传输介质类型和通信协议的功能，让进行网络通信的各方只看到有“路”可行，而不管修这些“路”所用的具体“材料”和相关标准，这就是物理层的“透明传输”功能。有关这些传输介质类型和通信协议、标准将在本章后面具体介绍。

传输数据

无论是从网络体系结构中哪层发起的通信，最终的数据都得通过最低的“物理层”传输出去，因为这是网络通信的唯一物理通道。但“物理层”的传输单位是比特（bit，也就是“位”，数据中的一个二进制的0或1就代表1位）。“物理层”的基本作用是在发送端通过物理层接口和传输介质将数据按比特流的顺序传送到接收端的物理层。

数据编码

要使数据能在“物理层”上有效、可靠地传输，最关键的是要确保数据比特流能在对应的“信道”中正常通过。这就涉及“物理层”的数据编码功能，因为不同传输介质所支持的数据编码类型不一样（如归零码、非归零码、曼彻斯特码、差分曼彻斯特码等）。这些编码类型也将在本章后面具体介绍。

数据传输管理

“物理层”还具有一定的数据传输管理功能，如基于比特流的数据传输流量控制、差错控制、物理线路的激活和释放等。