物理层详解：接口、协议与传输介质

"计算机网络原理第3讲 - 物理层" 在计算机网络中，物理层是ISO/OSI七层模型的最底层，主要负责原始比特流的传输，确保数据能够在不同设备之间有效地进行物理连接。这一讲我们将深入探讨物理层的定义、功能、接口与协议，以及传输介质和通信技术。 1. 物理层定义和功能 物理层是网络通信的基础，它的主要任务是将数据转换为可以在传输介质上传输的电信号，同时接收来自物理层的电信号并恢复成数据。物理层不仅要实现比特流的透明传输，还要为数据链路层提供服务，确保数据的可靠传输。其传输单位是比特（bit）。 2. 物理层协议与接口 物理层协议定义了硬件接口的规范，包括机械、电气、功能和规程四个特性。机械特性涉及物理连接的形状和尺寸，如插头和插座的设计；电气特性则涉及信号的电压、电流水平和数据传输速率；功能特性描述信号的意义；而规程特性规定了如何正确地传输和接收信号。 3. DTE与DCE 数据终端设备（DTE）通常指的是使用网络的终端，如计算机。数据电路终接设备（DCE）则是连接DTE到传输网络的设备，例如调制解调器（MODEM）。 4. 物理层协议实例 例如，EIARS-232C接口标准定义了一种通过公用电话网络进行远程设备连接的方式，它使用25芯插头，其中"1"表示-15至-5伏，"0"表示+5至+15伏的电平。 5. 传输介质 传输介质是数据传输的基础，分为有线和无线两类。有线介质包括双绞线、同轴电缆和光纤，它们提供了物理上的连接路径。无线介质如无线电通信、微波通信、红外通信和激光通信，则通过电磁波传输数据。 6. 双绞线 双绞线是由两根互相绝缘的铜导线绞合而成，能有效减少电磁干扰。无屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）是常见的类型，其中UTP成本较低，适用于短距离传输，而STP有屏蔽层，对电磁干扰的防护能力更强，适合长距离和高干扰环境。 7. 其他传输介质 同轴电缆具有较高的数据传输速率，常用于有线电视网络；光纤则以其高速度、大带宽和长距离传输能力在现代网络中广泛应用。无线传输介质如无线电和微波通信提供了无线连接的便利，红外通信常用于短距离设备间的通信，而激光通信则在特定场景下提供高速通信。 总结，物理层是计算机网络中不可或缺的一部分，它确保了数据在物理层面上的正确传输，为上层协议提供了基础。了解和掌握物理层的原理和协议，对于理解和构建高效的网络系统至关重要。