OSI模型中的物理层

OSI模型是开放系统互连模型的缩写。它定义了计算机网络中从一个系统到另一个系统的数据传输。例如，在最基本的形式下，两个系统使用局域网（LAN）电缆相互连接，并在允许网络通信的网络接口卡（NIC）的帮助下共享数据，但如果一个系统是基于微软Windows的，而另一个是基于MacOS的，那么这些计算机将如何相互通信。为了在不同架构的系统之间成功通信，国际标准化组织（ISO）在1984年提出了7层OSI模型。

OSI模型的各个层是一个协议包。本文将对OSI模型的物理层进行理解。

物理层是7层OSI模型中从底部开始的第一层，也是最低的一层，为硬件提供安全性。该层负责在物理介质上的数据传输。它是OSI模型中最复杂的一层。

物理层将从数据链路层收到的数据帧转换为比特，即以1和0为单位。它通过在不同的网络模式上实施所需的协议来保持数据质量，并通过使用有线或无线媒介的数据传输来保持比特率。

物理层的属性

物理层有几个属性，在OSI模型中实现。

1.信号： 数据首先被转换为信号，以便有效地传输数据。有两种类型的信号。

• 模拟信号： 这些信号在本质上是连续的波形，用连续的电磁波来代表数据的传输。
• 数字信号： 这些信号本质上是离散的，代表网络脉冲和上层的数字数据。

2. 传输介质： 数据在传输介质的帮助下从源头传输到目的地。有两种类型的传输媒体。

• 有线媒体： 连接是在电缆的帮助下建立的。例如，光缆、同轴电缆和双绞线。
• 无线媒体： 连接是借助无线通信网络建立的。例如，Wi-Fi、蓝牙等。

3.数据流： 它描述了数据流的速率和传输时间框架。影响数据流的因素如下。

• 编码： 为在信道上传输的数据进行编码。
• 错误率： 由于传输中的噪音而接收到错误的数据。
• 带宽： 在信道中传输数据的速率。

4.传输模式： 它描述了数据流的方向。数据可以通过以下三种传输模式进行传输。

• 单纯模式： 这种通信模式是一种单向通信，一个设备只能发送数据。例如，鼠标、键盘等。
• 半双工模式： 这种通信模式支持单向通信，即可以传输或接收数据。一个例子是对讲机。
• 全双工模式： 这种通信模式支持双向通信，即设备可以同时发送和接收数据。一个例子是蜂窝式通信。

5.传输中的噪音： 在数据传输过程中，由于许多原因，传输的数据会被破坏或损坏。下面提到一些原因。

• 衰减： 它是网络信号在通信通道上的逐渐恶化。
• 分散： 在分散的情况下，数据在传输过程中被分散和重叠，这导致了原始数据的丢失。
• 数据延迟： 传输的数据在规定的框架时间之外到达目的地系统。

物理层执行各种功能和服务

• 它逐位或逐符号地传输数据。
• 它执行位同步，这意味着每次只需要从一个系统传输一个位到另一个系统。在传输过程中不应该有比特的重叠。位同步可以通过提供一个时钟来实现。
• 比特率控制定义了每秒可以传输多少比特，即每秒发送的比特数量。
• 物理层负责了解网络中设备之间的安排，称为物理拓扑结构，如网状、环状、总线和星形。
• 传输数据的模式，有三种传输数据的模式：全双工、半双工和单工。
• 它负责点对多点、点对点或多点线路的配置。
• 它负责异步串行通信中的流量控制和启动-停止信号。
• 物理信号的信号处理，如训练序列、脉冲整形、均衡过滤等。
• 它提供位交错和另一个通道编码。
• 它负责串行或并行通信。
• 它提供物理传输介质的标准化接口，包括传输线信号电平的电气规范、电线和连接器的机械规范、无线电接口以及无线红外通信链路、红外规范。
• 物理层负责调制，即通过将数据添加到光神经信号或电信号中，将信息转换为无线电波。
• 这一层负责电路切换。
• 这一层负责自动协商。信号主要有两类，数字信号和模拟信号。物理层决定哪种信号将被用于将数据从一个点传输到另一个点。
• 它也避免了由于数据包的不可恢复性而在网络中流动的数据之间发生碰撞。
• 它负责翻译从数据链路层收到的数据，以便进一步传输。

物理拓扑结构

物理拓扑结构指的是将发生传输的设备之间的网络连接的规格或结构。有四种类型的拓扑结构，如下所示。

星形拓扑结构

星形拓扑是一种网络拓扑，其中网络中的每个节点或设备都单独连接到一个中心节点，该节点可以是一个交换机或一个集线器。这种拓扑结构看起来像一个星形，因此这种拓扑结构被称为星形拓扑结构。

集线器不提供路由数据，但它将数据传输给连接到它的其他设备。这种拓扑结构的优点是，如果一条电缆发生故障，连接到该电缆的设备会受到影响，而不是其他设备。

总线拓扑结构

总线拓扑结构包括连接到每个节点的单一通信线路或电缆。这种网络的主干是中央电缆，每个节点可以通过中央电缆与其他设备进行通信。

信号从地面终端器到电线的另一个终端器。终端器在信号到达电线末端后就会停止，以避免信号的反弹。在所谓的点对点网络中，每台计算机与其他计算机独立通信。每台计算机都有一个独特的地址，所以如果要向特定的计算机发送信息，设备可以直接与该计算机通信。

总线拓扑结构的优点是，一个设备的崩溃不会影响其他设备。总线拓扑结构的建设成本不高，因为它使用单线，对小型网络来说效果很好。

环状拓扑结构

在环形拓扑结构中，设备以环形形式连接，使每个设备有两个邻居进行通信。数据在环状结构中单向移动。

正如你在下面看到的，所有四个设备都以环的形式相互连接。每个设备都有两个邻居。节点2和节点4是节点1的邻居；同样地，节点1和节点3是节点2的邻居，以此类推。

环形拓扑结构的优点是，如果你想在环形中增加另一个设备，你需要额外的电缆来实现。同样，你也可以移除一个设备，然后把线连接起来。

网状拓扑结构

在网状拓扑结构中，每个系统都直接与其他每个系统连接。网状拓扑结构的优点是，不会有流量问题，因为每个设备都有一条专用的通信线路。如果一个系统不运作，也不会影响其他设备。它提供了更多的安全或隐私。

网状拓扑结构的缺点是，它比其他拓扑结构更昂贵、更复杂。

物理层的重要性

• 如果在物理层没有适当的数据转换，网络就无法运作。
• 物理层负责维持硬件和网络模式之间的通信。
• 它处理待传输数据的数据流率以及传输数据的时间框架。

结论。

• 你在这篇文章中学习了OSI模型中的物理层。物理层提供了在网络链接上传输和接收比特所需的硬件。
• 你已经研究了物理层的属性，如用于数据传输的信号类型、有线和无线传输介质、数据流的速率和传输中的噪声。
• 你已经阅读了关于物理层的各种功能和责任。
• 你研究了物理拓扑结构，如星形拓扑结构、总线拓扑结构、环形拓扑结构和网状拓扑结构。
• 最后，你已经获得了关于OSI模型中物理层的重要性的知识。