物理层详细资料大全

作者&投稿：狐堂（若有异议请与网页底部的电邮联系）

物理层（或称物理层，Physical Layer）是计算机网路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。区域网路与广域网皆属第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定，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理层协定。

基本介绍

中文名：物理层
外文名：Physical Layer
层数：OSI的第一层
功能：透明的传送比特流
单位：比特

主要功能,组成部分,重要内容,重要标准,特性,接口协定,通信硬体,编程方法,DOS通信,PC通信,BIOS,常见的物理层设备,

主要功能

物理层 物理层要解决的主要问题：（1）物理层要尽可能地禁止掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协定和服务。（2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串列按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连线的建立、维持和释放问题。（3）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。物理层主要功能：为数据端设备提供传送数据通路、传输数据。 1.为数据端设备提供传送数据的通路，数据通路可以是一个物理媒体，也可以是多个物理媒体连线而成。一次完整的数据传输，包括激活物理连线，传送数据，终止物理连线。所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与，都要在通信的两个数据终端设备间连线起来，形成一条通路。 2.传输数据，物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。一是要保证数据能在其上正确通过，二是要提供足够的频宽（频宽是指每秒钟内能通过的比特（BIT）数），以减少信道上的拥塞。传输数据的方式能满足点到点，一点到多点，串列或并行，半双工或全双工，同步或异步传输的需要。 3. 完成物理层的一些管理工作。

组成部分

物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。DTE即数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。而DCE则是数据通信设备或电路连线设备，如数据机等。数据传输通常是经过DTE──DCE，再经过DCE──DTE的路径。互连设备指将DTE、DCE连线起来的装置，如各种插头、插座。LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头，接收器，传送器，中继器等都属物理层的媒体和连线器。 物理层

重要内容

物理层的接口的特性（1）机械特性指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。（2）电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。（3）功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。（4）规程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。物理层的主要特点：（1）由于在OSI之前，许多物理规程或协定已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协定涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协定，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械，电气，功能和规程特性。（2）由于物理连线的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协定相当复杂。信号的传输离不开传输介质，而传输介质两端必然有接口用于传送和接收信号。因此，既然物理层主要关心如何传输信号，物理层的主要任务就是规定各种传输介质和接口与传输信号相关的一些特性。 1．机械特性也叫物理特性，指明通信实体间硬体连线接口的机械特点，如接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。这很像平时常见的各种规格的电源插头，其尺寸都有严格的规定。已被ISO 标准化了的DCE接口的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。 DTE（Data Terminal Equipment，数据终端设备，用于传送和接收数据的设备，例如用户的计算机）的连线器常用插针形式，其几何尺寸与．DCE（Data Circuit-terminating Equipment，数据电路终接设备，用来连线DTE与数据通信网路的设备，例如Modem数据机）连线器相配合，插针芯数和排列方式与DCE连线器成镜像对称。 2．电气特性规定了在物理连线上，导线的电气连线及有关电路的特性，一般包括：接收器和传送器电路特性的说明、信号的识别、最大传输速率的说明、与互连电缆相关的规则、传送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电气参数等。 3．功能特性指明物理接口各条信号线的用途（用法），包括：接口线功能的规定方法，接口信号线的功能分类--数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线4类。 4．规程特性指明利用接口传输比特流的全过程及各项用于传输的事件发生的合法顺序，包括事件的执行顺序和数据传输方式，即在物理连线建立、维持和交换信息时，DTE/DCE双方在各自电路上的动作序列。以上4个特性实现了物理层在传输数据时，对于信号、接口和传输介质的规定。

重要标准

物理层的一些标准和协定早在OSI/TC97/C16 分技术委员会成立之前就已制定并在套用了， 物理层 OSI也制定了一些标准并采用了一些已有的成果。下面将一些重要的标准列出，以便读者查阅。 ISO2110:称为"数据通信----25芯DTE/DCE接口连线器和插针分配"。它与EIA（美国电子工业协会）的"RS-232-C"基本兼容。 ISO2593:称为"数据通信----34芯DTE/DCE----接口连线器和插针分配"。 ISO4902:称为"数据通信----37芯DTE/DEC----接口连线器和插针分配"。与EIARS-449兼容。 CCITT V。24:称为"数据终端设备（DTE）和数据电路终接设备之间的接口电路定义表"。其功能与EIARS-232-C及RS-449兼容于100序列线上。

特性

反映在物理接口协定中的物理接口的4个特性是机械特性、电气特性、功能特性与规程特性。：（1）机械特性，指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。这很像平时常见的各种规格的电源插头的尺寸都有严格的规定。 物理层 （2）电气特性，指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。物理层的电气特性规定了在物理连线上传输二进制位流时线路上信号电压高低、阻抗匹配情况、传输速率和距离的限制等．早期的电气特性标准定义物理连线边界点上的电气特性，而较新的电气特性标准定义的都是传送器和接收器的电器特性，同时还给出了互连电缆的有关规定．比较起来，较新的标准更有利于传送和接收线路的集成化工作．物理层接口的电气特性主要分为三类：非平衡型，新的非平衡型和新的平衡型。非平衡型的信号传送器和接收器均采用非平衡方式工作，每个信号用一根导线传输，所有信号共用一根地线．信号的电平是用+5V～+15V，表示二进制"0"，用-5V～-15V，表示二进制"1"．信号传输速率限于20Kbps以内，电线长度限于15M以内．由于信号线是单线，因此线间干扰大，传输过程中的外界干扰也很大。在新的非平衡型标准中，传送器采用非平衡方式工作．接收器采用平衡方式工作（即差分接收器）．每个信号用一根导线传输．所有信号共用两根地线，即每个方向一根地线．信号的电平使用+4v~+6v表示二进制"0"，用－4V～－6V表示二进制"1"．当传输距离达到1000M时，信号传输速率在3kbps以下，随着传输速率的提高，传输距离将缩短．在10M以内的近距离情况下，传输速率可达300kbps。由于接收器采用差分方式接收，且每个方向独立使用信号地，因此减少了线间干扰和外界干扰． 物理层 新的平衡型标准规定，传送器和接收器均以差分方式工作，每个信号用两根导线传输，整个接口无需共用信号就可以正常工作，信号的电平由两根导线上信号的差值表示．相对于某一根导线来说，差值在+4V～+6V表示二进制"0"，差值在－4V～－6V表示二进制"1"．当传输距离达到1000M时，信号传输率在100kbps以下；当在10m以内的近距离传输时，速率可达10Mbps。由于每个信号均使用双线传输，因此线间干扰和外界干扰大大削弱，具有较高的抗共模干扰能力。（3）功能特性，规定了接口信号的来源、作用以及其他信号之间的关系。即物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口信号线一般分为数据线、控制线、定时线和地线。 DTE/DCE标准接口的功能特性主要是对各接口信号线作出确切的功能定义，并确定相互间的操作关系。对每根接口信号线的定义通常采用两种方法：一种方法是一线一义法，即每根信号线定义为一种功能，CCITT V24、EIA RS-232-C、EIA RS-449等都采用这种方法；另一种方法是一线多义法，指每根信号线被定义为多种功能，此法有利于减少接口信号线的数目，它被CCITT X。21所采用。 常用连线机械特性 接口信号线按其功能一般可分为接地线、数据线、控制线、定时线等类型。对各信号线的命名通常采用数字、字母组合或英文缩写三种形式，如EIA RS-232-C采用字母组合，EIA RS-449采用英文缩写，而CCITT V。24则以数字命名。在CCITT V。24建议中，对DTE/DCE接口信号线的命名以1开头，所以通常将其称为100系列接口线，而用于DTE/ACE接口信号线命名以2开头，故将它称做200系列接口信号线。（4）规程特性，定义了再信号线上进行二进制比特流传输的一组操作过程，包括各信号线的工作顺序和时序，使得比特流传输得以完成。 DTE/DCE标准接口的规程特性规定了DTE/DCE接口各信号线之间的相互关系、动作顺序以及维护测试操作等内容。规程特性反映了在数据通信过程中，通信双方可能发生的各种可能事件。由于这些可能事件出现的先后次序不尽相同，而且又有多种组合，因而规程特性往往比较复杂。描述规程特性一种比较好的方法是利用状态变迁图。因为状态变迁图反映了系统状态的变迁过程，而系统状态迁移正是由当前状态和所发生的事件（指当时所发生的控制信号）所决定的。不同的物理接口标准在以上4个重要特性上都不尽相同。实际网路中比较广泛使用的是物理接口标准有EIA-232-E、EIA RS-449和CCITT的X。21建议。EIA RS-232C仍是目前最常用的计算机异步通信接口。

接口协定

电话网路modems-V。92
IRDA物理层
USB物理层
EIARS-232，EIA-422，EIA-423，RS-449，RS-485
Ether physical layerIncluding10BASE-T，10BASE2，10BASE5，100BASE-TX，100BASE-FX。100BASE-T，1000BASE-T，1000BASE-SX还有其他类型
Varieties of802。11Wi-Fi物理层
DSL
ISDN
T1 and otherT-carrierlinks， and E1 and otherE-carrierlinks
SONET/SDH
Optical Transport Neork（OTN）
GSMUm air interface物理层
Bluetooth物理层
ITURecommendations: seeITU-T
IEEE 1394 interface
TransferJet物理层
Etherloop
ARINC 818航空电子数字视频汇流排
G。hn/G。9960物理层
CAN bus（controller area neork）物理层

通信硬体

物理层常见设备有：网卡光纤、CAT-5线（RJ-45接头）、集线器有整波作用、Repeater加强信号、串口、并口等。通信硬体包括通信适配器（也称通信接口）和数据机（MODEM）以及通信线路。从原理上讲，物理层只解决DTE和DCE之间的比特流传输，尽管作为网路节点设备主要组成部分的通信控制装置，其本身内涵在物理层、数据链路层、甚至更高层，在内容上分界并不很分明，但它所包含的MODEM接口、比特的采样传送、比特的缓冲等功能是确切属于物理层范畴的。为了实现PC机与数据机或其它串列设备通信，首先必须使用电子线路将PC机内的并行数据转成与这些设备相兼容的比特流。除了比特流的传输之外，还必须解决一个字元由多少个比特组成及如何从比特流中提取字元等技术问题，这就需要使用通信适配。通信适配器可以认为是用于完成二进制数据的串、并转换及一其它相关功能的电路。通信适配器按通信规程来划分可分为TTY（Tele Type Writer，电传打字机）、BSC（Birary Synchronous Commuication，二进制同步通信）和HDLC（High－level Data link Control，高级数据链路控制）三种。 IBM PC 异步通信适配器：使用TTY规程的异步通信适配采用RS－232C接口标准。这种通信适配器除可用于PC机在线上通信外，还可以连线各种采用RS－232C接口的外部设备。例如，可连线采用RS-232C接口的滑鼠器、数位化仪等输入设备；可连线采用RS-232C接口的印表机、绘图仪及CRT显示器等各种输出设备。可见，异步通信适配器的用途是很广泛的。异步通信规程将每个字元看成一个独立的信息，字元可顺序出现在比特流中，字元与字元间的间隔时间是任意的（即字元间采用异步定时），但字元中的各个比特用固定的时钟频率传输。字元间的异步定时和字元中比特之间的同步定时，是异步传输规程的特征。

异步传输规程中的每个字元均由四个部分组成：
1位起始位：以逻辑“0”表示，通信中称“空号”（SPACE）。
5～8位数据位：即要传输的内容。
1位奇/偶检验位：用于检错。
1～2位停止位：以逻辑“1”表示，用以作字元间的间隔。这种传输方式中，每个字元以起始位和停止位加以分隔，故也称“起--止”式传输。串列口将要传送的数据中的每个并行字元，先转换成串列比特串，并在串前加上起始位，串后加上检验位和停止位，然后传送出去。接收端通过检测起始位，检验位和停止位来保证接收字元中比特串的完整性，最后再转换成并行的字元。串列异步通信适配器本身就象一个微型计算机，上述功能均由它透明地完成，不须用户介入。早期的异步通信适配器被做成单独的外挂程式板形成，可直接插在PC机的系统扩充槽内供使用，后来大多将异步通信适配器与其他适配器（如印表机、磁碟驱动器等的适配器）做在一块称作多功能板的外挂程式板上。也有一些高档微机，已将异步通信适配器做在系统主机板上，作为微机系统的一个常规部件。

编程方法

PC机的异步串列通信编程方法内容包括DOS、WINDOWS和BIOS级PC通信、基于异步通信与器的系统的PC通信以及通信编程方法。

DOS通信

PC机一般常有两个异步串列连线埠，分别称作COM1和COM2，它们都符合RS-232C标准。在DOS作业系统中，COM1、COM2被作为I/O设备进行管理，COM1、COM2便是它们的逻辑设备名。据此，DOS便可通过对COM1、COM2操作实现异步串列通信。DOS的MODE命令可用以设定异步串列连线埠的参数，DOS的COPY命令允许将异步串列连线埠作为一个特殊的"档案"，进行数据传输。下面举一个利用DOS的MODE、COPY命令，进行双机键盘输入字元传输的例子。 MODE命令的格式如下: MODE 连线埠名:速率，校验方式，数据位数，停止位位数其中连线埠名为COM1或COM2；传输速率可选110、150、300、600、1200、2400、4800或9600bps；校验方式为E（偶校验）、（奇校验）或N（无校验）；数据位数为7或8位；停止位位数为1或2位。通信双方设定的参数应一致，如双方都打入如下命令:MODE COM1:1200，E，7，1则表示双方以COM1为异步通信连线埠以1200bps、偶校、7位数据位、1位停止位的设定参数进行通信。DOS中有一标准控制台COM，实际上作输入时COM即键盘，作输出时COM即显示器。准备传送的PC机执行如下命令:COPY CON:COOM1:表示将从键盘收到的信息通过COM1串列口传送。准备接收的PC机执行如下命令:COPY COM1:CON:则表示将接收来自COM1串列口信息，并在显示器上显示。两台PC机分别执行完上述命令后，在传送方键盘上输入的字元便会在接收方显示器上显示出来。上面介绍的是用DOS的MODE、COPPPY命令实现的最简单的PC通信。在MS-DOS的高版本中（例如MS-DOS V6。0）还提供了一条命令，叫作INTERLNK，实际上它是一个通信程式。使用INTERLNK命令和一根连线两台PC机串列连线埠的电缆，可以使一台PC机从另一台PC机的磁碟驱动器中存取数据并运行程式，无需再使用软碟去拷贝档案。用以键入命令的PC机叫客户机（Client），与客户机相连的PC机叫伺服器（Server）。客户机使用伺服器的驱动器和印表机，伺服器显示两台PC 机的连机状态。当两台PC机被INTERLNK连线以后，伺服器上的驱动器便以扩驱动器的形式映象到客户机上，若两台PC机原来均有A、B、C三个驱动器，则连线后客户机除了自身的三个驱动器外，又多了E、F、G（伺服器驱动器映象）三个扩展驱动器，客户机可以象使用自己的驱动器一样使用这些扩展驱动器。使用INTERLNK时，每台PC机上至少要有一个空闲的串列口，还要一根3号线或7号线的零数据机（Null MODEM）串列电缆线，客户机上至少有16K空闲记忆体，伺服器上至少有130K空闲记忆体。在客户机的CONFIG系统配置档案。SYS中添加如下命令：devive=c：\dos\interlnk。exe/drives：5 再重新启动客户机，便可装入INTERLNK。这里假设interlnk。exe存于客户机C驱动器的DOS子目录中，/drives:5参数用于映象5个伺服器驱动器，预设情况下为3个驱动器。伺服器上启动INTERLNK不需要其CONFIG。SYS作任何改动，只需在DOS命令提示符下键入intersvr即可。此时，萤幕底部出现一行状态信息，显示INTERLNK的连线状态。

PC通信

Microsoft Windows的应用程式Terminal允许用户PC机与其它计算机连线并交换数据，也可仿真为将与之交换数据的远程计算机所要求的终端类型。下面给出一台PC机套用WINDOWS的Terminal从具有连机服务的远程系统读取档案的通信过程。打开终端——使用设定（Settings）选单设定参数——查阅档案——使用传输（Transfers）选单接收一个档案——与远程计算机脱机——使用phone选单挂起数据机——使用档案（File）选单存储档案——退出终端

BIOS

在PC机的基本输入输出系统（BIOS）中的中断14H提供了异步串列连线埠的服务功能，通过INT 14H提供的四种功能，可访问串列通信连线埠，实现连机通信。INT 14H的串列口功能为。

常见的物理层设备

网卡
光纤
CAT-5线
RJ-45接头

集线器有整波作用。 Repeater加强信号。串口并口

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