物理層介紹

什麼是OSI模型中的物理層？

在OSI網路模型中，物理層負責與實際硬體和訊號機制互動。物理層是OSI網路模型中唯一真正處理兩個不同站點的物理連線的層。此層定義了用於表示二進位制訊號的硬體裝置、電纜、佈線、頻率、脈衝等。

物理層為資料鏈路層提供服務。資料鏈路層將幀交給物理層。物理層將其轉換為表示二進位制資料的電脈衝。然後，二進位制資料透過有線或無線介質傳送。

訊號

當資料透過物理介質傳送時，需要先將其轉換為電磁訊號。資料本身可以是模擬的，例如人聲，也可以是數字的，例如磁碟上的檔案。模擬和數字資料都可以用數字或模擬訊號表示。

• 數字訊號

  數字訊號本質上是離散的，表示一系列電壓脈衝。數字訊號用於計算機系統電路中。

• 模擬訊號

  模擬訊號本質上是連續波形，由連續電磁波表示。

傳輸損傷

當訊號透過介質傳輸時，它們往往會惡化。這可能有許多原因，如下所示

• 衰減

  為了讓接收器準確地解釋資料，訊號必須足夠強。當訊號透過介質時，它往往會變弱。隨著距離的增加，它會失去強度。

• 色散

  當訊號透過介質傳播時，它往往會擴散並重疊。色散量取決於使用的頻率。

• 延遲失真

  訊號以預定義的速度和頻率透過介質傳送。如果訊號速度和頻率不匹配，則訊號可能以任意方式到達目的地。在數字介質中，這非常關鍵，因為某些位元可能比先前傳送的位元更早到達。

• 噪聲

  模擬或數字訊號中的隨機干擾或波動被稱為訊號噪聲，它可能會扭曲所攜帶的實際資訊。噪聲可以分為以下幾類

  • 熱噪聲

    熱量會激發介質的電子導體，這可能會在介質中引入噪聲。在一定程度上，熱噪聲是不可避免的。

  • 互調

    當多個頻率共享一個介質時，它們的干擾會在介質中產生噪聲。如果兩個不同的頻率共享一個介質，並且其中一個頻率強度過高或元件本身功能不正常，則可能會導致生成的頻率與預期不符。

  • 串擾

    這種噪聲發生在外部訊號進入介質時。這是因為一個介質中的訊號會影響第二個介質中的訊號。

  • 脈衝噪聲

    這種噪聲是由不規則的干擾引起的，例如閃電、電力、短路或元件故障。數字資料受這種噪聲的影響最大。

傳輸介質

在兩個計算機系統之間傳送資訊的介質稱為傳輸介質。傳輸介質有兩種形式。

• 導引介質

  所有通訊線/電纜都是導引介質，例如雙絞線、同軸電纜和光纖。在這種介質中，傳送方和接收方直接連線，資訊透過它傳送（引導）。

• 非導引介質

  無線或開放空間被稱為非導引介質，因為傳送方和接收方之間沒有連線。資訊透過空中傳播，任何包括實際接收者的人都可以收集資訊。

通道容量

資訊傳輸速度被稱為通道容量。在數字世界中，我們將其計為資料速率。它取決於許多因素，例如

• 頻寬：底層介質的物理限制。

• 錯誤率：由於噪聲導致的資訊接收錯誤。

• 編碼：用於訊號傳輸的級別數。

多路複用

多路複用是一種透過單一介質混合和傳送多個數據流的技術。此技術需要稱為多路複用器 (MUX) 的系統硬體來複用流並將其傳送到介質上，以及解多路複用器 (DMUX) 來從介質接收資訊並將其分配到不同的目的地。

交換

交換是一種機制，透過該機制，從源傳送到目的地的資料/資訊並非直接連線。網路具有互連裝置，這些裝置接收來自直接連線的源的資料，儲存資料，分析資料，然後轉發到最接近目的地的下一個互連裝置。

交換可以分為以下幾類

物理層的功用

• 它定義了物理裝置和介面的物理特性和功能，以便能夠進行傳輸。它說明了每個裝置中引腳的數量以及每個引腳的用途。
• 它列出了用於傳輸位元的傳輸介質和訊號型別，即電脈衝、光脈衝或無線電訊號。
• 它定義了位元編碼的過程，例如，對於電訊號，多少伏特應該代表 0 位元和 1 位元。
• 它說明了資料傳輸速率，即每秒傳輸的位元數；以及位元的持續時間，即位元持續的時間。
• 它定義了網路裝置的拓撲結構，即物理佈局。
• 它還說明了傳輸方向，即傳輸是單工模式、半雙工模式還是全雙工模式。