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[计算机网络]物理层

article 2025/10/7 22:06:26

文章目录

物理层的概述与功能
传输介质
- 双绞线:
- - 分类:
  - 应用领域:
- 同轴电缆：
- - 分类:
- 光纤：
- - 分类:
- 无线传输介质：
- - 无线电波
  - 微波：
  - 红外线：
  - 激光：
物理层设备
- 中继器(Repeater)：
- 放大器：
- 集线器(Hub)：
- 光猫
冲突域和广播域

物理层的概述与功能

物理层在OSI中是最下面的一层，实际上在TCP中也是，虽然TCP中严格来说并没有叫物理层的层，它只有网络接口层，但网络接口层实际上是把OSI的物理层和数据链路层合并。

物理层的功能，主要是定义一些功能特性：
功能特性：
指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种含义
机械特性：
接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置
规程特性：
指明对于不同功能的各种可能时间的出现顺序
电气特性：
指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围

物理层要尽量屏蔽物理层设备和传输介质的不同，使数据链路层感受不到这些差异。

解释一下这些特性们，从对等层间通信来说，两个不同结点的物理层之间的传输单位是比特流，但比特流是以信号的形式通过传输介质传输的，那么谁规定，0由什么信号表示，1由什么信号表示？谁规定我们两个结点通信，用什么传输介质，我连双绞线你连光纤咱俩能连到一块去吗？另外咱们确定下来用什么传输介质以后，还得约定介质上传输的信号的好多标准，比如电平在什么范围内，我这边传输介质（假如说就用双绞线）跟主机通过接口连接，接口得有个标准吧，这些标准也是物理层协议的内容。

就是说，发送主机的数据链路层交给我物理层的比特流，那么我物理层我如何把这些比特流以正确的方式（也就是咱俩约定好的，我发给你然后你按这种方式能解读出我发的比特流的方式）发到传输介质上给你传过去，我不能瞎发，咱俩得事先约定一个方法，确保我把比特流以信号的形式发出去，而你接收信号以后能解读出原来正确的比特流，那么这个方法，就是一种协议，就是物理层的协议的内容。

上面的所谓屏蔽物理层设备和传输介质的不同，就是说数据链路层你不用管传输介质是光纤还是双绞线还是同轴电缆，光纤用光咋表示0和1呀，双绞线上又咋表示0和1呢？这些你链路层都不用管，这都是我物理层管的事，反正我确保你看到的都是01比特流，至于这比特流咋来的你不用管。

简而言之，物理层管的就是如何把比特流正确地传到传输介质上，以及如何把接收到的信号正确解读成比特流。

传输介质

传输介质并不属于物理层，而属于物理层下面，有人也把传输介质称为第0层

双绞线:

双绞线结构示意图
这玩意就叫双绞线，双绞线应该是四根两对，所以叫双绞

现在咱们一般家用和还有咱们宿舍里买来用的网线，就是这玩意

绞合和屏蔽层都是为了减少对相邻导线的电磁干扰

分类:

屏蔽和非屏蔽

众所周知我们的网线也就是双绞线，分为5类6类等，这个属于比较应用的知识了，考试不会考，暂不深究。

应用领域:

局域网
传统电话网

同轴电缆：

同轴电缆结构示意图

分类:

分类	别称	应用
50Ω	基带同轴电缆	局域网
75Ω	宽带同轴电缆	有线电视系统

光纤：

光纤的物理原理:

在这里插入图片描述

分类:

分类	直径	距离	光源	原理
多模光纤	宽	短	发光二极管	全反射
单模光纤	窄，因为减小到只有一个光的波长	长	半导体激光器	光沿直线传播

注意多模光纤和单模光纤的传播不太一样，多模是多束光在光纤里来回全反射，单模是一束光沿直线传播

无线传输介质：

无线电波

微波：

卫星通信:

红外线：

激光：

物理层设备

中继器(Repeater)：

功能：将（数字）信号整形并放大再转发出去，以消除经过一长段电缆后产生的失真和衰减
原理：整形再生
用于加强基带信号（用于传输数字信号）的设备
端口：两个
只作用于信号的电气部分，而不在乎是否有错误或者不适合于网段的数据进入
中继器只扩展网络的物理层部分，不以任何方式改变网络的功能，所以两个数据链路层协议不同的网段，是不能通过中继器互连的
使用个数有限制，在10BASE5以太网中，互相串联的中继器的个数不能超过4个，而且用4个中继器串联的5端通信介质中只有3段可以挂接计算机。这就是543原则

放大器：

功能：放大模拟信号，
原理：将衰减的信号放大
用来加强宽带信号（用于传输模拟信号）的设备

集线器(Hub)：

在这里插入图片描述

本质：一个多端口的中继器
作用：和中继器一样，实际效果和这些网线拧在一起是一样，只要一个口检测到入，那么其余n-1各口无脑出。

集线器的冲突问题：
集线器不分割冲突域：所以当所有端口中有两个以上要发送的时候，只有其中一个能成功发送，其余的得等着，所以一个带宽为10Mb/s的集线器上连接了8台计算机，当这8台计算机同时工作时，每台计算机真正拥有的带宽为10/8Mb/s=1.25Mb/s

光猫

这里北子得吐槽一句，计网教材或课程里面，讲物理层有啥设备，都是讲中继器集线器放大器，其实咱一般人对这设备都没啥印象，因为接触不动，我就奇怪他们为啥不讲一个跟咱们生活最密切相关的物理层设备，光猫哇！
猫，其实是modem（调制）的汉语谐音，光猫，其实学名叫光信号调制解调器，功能就是光电转换，咱普通的电脑手机处理的都是电信号，但光纤传的是光信号，所以就得光电转换，光猫就负责干这个事的。光猫只负责光信号与电信号互相转换，这干的是物理层的事，所以是物理层设备。

然后额外还要再吐槽一句，其实咱现在学光猫，路由器，AP，交换机这些概念其实不重要了，因为以现在的技术这四个器件早就能集成到一个设备里了，所以都没什么区分的必要，以后上网一个盒子就够，里面把光电转换，NAT，路由功能全集成了。

冲突域和广播域

只要两台计算机同时发送数据会导致冲突，那么他们就位于同一个冲突域之中。
比如为什么说集线器不分隔冲突域，因为看上面那个图，A和B同时发，那么B口C口要出，A口C口要出，这必然导致冲突，那么就说这些计算机处于一个冲突域之中。