物理层简介

物理层简介

物理层是计算机网络OSI模型中最低的一层。物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，而提供具有机械的，电子的，功能的和规范的特性。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。局域网与广域网皆属第1、2层。

物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。如果您想要用尽量少的词来记住这个第一层，那就是"信号和介质"。

OSI采纳了各种现成的协议，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理层协议。

基本信息

∙中文名称：物理层

∙层数：OSI的第一层

∙功能：透明的传送比特流

∙单位：比特

物理层的功能是实现原始数据在通信通道上传输，它是数据通信的基础功能。物理层四个特性是机械特性、电气特性、功能特性和规程特性，内容包括EIARS －232C、EIARS－449接口标准和CCITT X.21建议；通信硬件中常用的通信适配器（网卡）和调制解调器（MODEM）的功能特性；异步通信适配器和MODEM的通信编程方法。物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流，而不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体。现有的

计算机网络中的物理设备和传输媒体的种类繁多，而通信手段也有许多不同方式。物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。这里，用于物理层的协议也常称为物理层规程。

机械特性：主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。常用的标准接口：

ISO 2110 25芯连接器 EIA RS-232-C，EIA RS-366-A

ISO 2593 34芯连接器 V.35宽带MODEM

ISO 4902 37芯和9芯连接器 EIA RS-449

ISO 4903 15芯连接器 X.20，X.21，X.22

电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制。早期的标准是在边界点定义电气特性，例如EIA RS-232-C、V.28；最近的标准则说明了发送器和接受器的电气特性，而且给出了有关对连接电缆的控制。CCITT 标准化的电气特性标准：

CCITT V.10/X.26：新的非平衡型电气特性，EIA RS-423-A

CCITT V.11/X.27 ：新的平衡型电气特性，EIA RS-422-A

CCITT V.28：非平衡型电气特性，EIA RS-232-C

功能特性：主要定义各条物理线路的功能

规程特性：主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系

接口协议

网络节点的物理层控制网络节点与物理通信通道之间的物理连接。物理层上的协议有时也称为接口。物理层协议规定与建立、维持及断开物理信道有关特性，这些特性包括机械的、电气的、功能性的和规程性的四个方面。这些特性保证物理层能通过物理信道在相邻网络节点之间正确地收、发比特流信息，即保证比特流能送上物理信道，并且能在一端取下它。物理层仅单纯关心比特流信息的传输，而不涉及比特流中各比特之间的关系（包括信息格式及其含义），对传输差错也不作任何控制，这就象装御工只管装或御货物，但并不关心货物为何物和作何用一样。

ISO对OSI模型的物理层所作定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械、电气的、功能性和规程性的手段。比特流传输可以采用异步传输，也可以采用同步传输完成。另外，CCITT在X.21建议第一级（物理级）中也作了类似定义：利用物理的、电气的、功能和规程特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。

DTE（Data Terminal Equipment）指的是数据终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的通称，它们是数据的源或目的或既是源又是目的，例如数据输入／输出设备、通信处理机或计算机。DTE具有根据协议控制数据通信的功能。DCE（Data Circuit-Terminating Equipment或Data Communications Equipment）指的是数据电路终接设备或数据通信设备，前者为CCITT所用，后者为EIA所用。

DCE是对网络设备的通称，该设备为用户设备提供入网的连接点。自动呼叫应答设备、调制解调器及其它一些中间装置均属DCE。图2.1是DTE／DCE的接口框图，由图中可见，物理层接口协议实际上是DTE和DCE或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络节点物理信道如何连接的问题。物理层协议规定了标准接口的机械连接特性、电气信号特性、信号的功能特性以及交换电路的规程特性，这样做的基本目的就是便于不同的设备和制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备，使各个不同厂家的产品都能相互兼容。

机械特性：DTE和DCE之间的接口首先涉及从机械上分界的问题，即规定机械上分界的方法，DTE、DCE作为两种分立的不同设备通常采用连接器实现机械上的互连，即一种设备的引出导线连接插头、另一种设备的引出导线连接插座，然后通过插头、插座将两种设备连接起来。为了使不同厂家生产的DTE、DCE设备便于连接，物理层的机械特性对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及其排列方式、锁定装置形式等作了详细的规定。图2.2列出了各类已被ISO标准化了的DCE连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。一般来说，DTE的连接器常用插针形式，其几何尺寸与DCE连接器相配合，插针芯数和排列方式与DCE连接器成镜象对称。

25芯接头：ISO－2110标准，EIARS－232C和EIARS－366A等标准均与之相兼容。这种25芯的连接器可用于串／并行音频调制解调器、公用数据网络接口、电报（包括用户电报）接口和自动呼叫设备中。34芯接头：ISO－2593标准，这种连接器可用于CCITT V.25建议的宽带调制解调器中。虽然还没有一个EIA标准与之对应，但这种标准在美国已获应用。37芯及9芯接头：ISO－4902标准，用于串行音频和宽带调制解调器中，与EIARS－449标准兼容。15芯接头：ISO －4903标准，这种连接器可用于CCITT X.20、X.21和X.22建议中规定的公用数据网接口中。

电气特性：DTE与DCE之间有多根导线相连，这组导线中除了地线是无方向性的以外，其它信号线均有方向性。物理层的电气特性规定了这组导线的电气连接及有关电路的特性，一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、表示信号状态的电压／电流电平的识别、最大数据传输的说明，以及与互连电缆相关的规则等。DTE与DCE接口的各根导线（也称电路）的电气连接方式有非平衡方式、采用差动接收器的非平衡方式和平衡方式三种。