计算机网络（6）之搞懂物理层

这次内容较为简单，篇幅也较少，但也不要掉以轻心。

物理层（Physical Layer）是计算机网络体系结构中 最底层 的一层，负责在物理媒介上传输比特流。它的主要任务是将数据链路层传输的帧转换为电信号或光信号，并通过物理媒介传输。这一层没有理解任何数据的结构，只是单纯地负责传输和接收比特。

物理层的主要作用：

比特传输： 物理层将数据从一个节点传输到另一个节点，数据传输的单位是比特（bit）。它负责将数据链路层传递过来的帧中的比特转换为电信号（电流或电压）、光信号或无线电波等物理信号，并通过物理介质传输到对端。
信号的编码和调制： 物理层负责将比特流编码成信号（例如电信号、光信号或无线信号）。编码过程中可能涉及到信号的调制（例如调频、调幅）以适应不同的传输媒介。
数据传输速率： 物理层确定数据传输的速率，通常以 比特每秒（bps） 为单位，表示每秒钟传输的比特数。常见的传输速率有 10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps 等。
物理连接： 物理层定义了连接两个设备的物理媒介和连接方式。常见的物理媒介有：
- 铜缆（例如双绞线、同轴电缆）
- 光纤
- 无线电波（例如 Wi-Fi、蓝牙）
数据传输模式：
- 单工（Simplex）： 数据只能单向传输，不能反向传输。例如，传统的广播电视信号。
- 半双工（Half-Duplex）： 数据可以双向传输，但不能同时进行。例如，对讲机。
- 全双工（Full-Duplex）： 数据可以双向传输，并且可以同时进行。例如，电话通信。
物理拓扑： 物理层支持不同类型的物理拓扑结构，决定了设备之间如何互相连接。常见的物理拓扑包括：
- 星型拓扑（Star Topology）： 所有设备通过中央节点（如集线器或交换机）连接。
- 总线拓扑（Bus Topology）： 所有设备共享一条传输介质。
- 环型拓扑（Ring Topology）： 所有设备连接成一个环，数据在环中传输。
- 网状拓扑（Mesh Topology）： 每个设备都通过多条路径互相连接。

物理层的关键组件

物理层包括一些硬件设备和技术，主要包括：

网络接口卡（NIC）： 计算机或设备的硬件，用于在物理媒介上传输和接收数据。
集线器（Hub）： 物理层设备，用于将多个设备连接在一起，广播接收到的信号到所有连接的设备。
交换机（Switch）： 虽然主要工作在数据链路层，但许多现代交换机也具有物理层的功能，支持电缆的电气连接。
路由器（Router）： 主要工作在网络层，但路由器也包括物理层的连接功能，以实现多个网络之间的通信。
无线接入点（Access Point）： 提供无线连接的设备，允许设备通过无线信号接入网络。

物理层的常见传输介质

铜缆（电缆）：
- 双绞线（Twisted Pair）： 由两根铜线交织在一起，可以分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）。
- 同轴电缆（Coaxial Cable）： 由中央导体、绝缘层、外导体和外护套组成，传输性能较好，抗干扰性强。
光纤（Fiber Optic）：
- 光纤采用光信号传输数据，具有极高的带宽，适用于高速数据传输。光纤分为单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）。
无线信号（Radio Waves）：
- 物理层还使用无线电波来传输数据，包括Wi-Fi、蓝牙、移动网络等。
卫星链接：
- 卫星通信也属于物理层，它通过卫星传输信号，适用于广域网（WAN）和远距离通信。