什麼是物理層？

在計算機網絡中，要理解的一個核心模型是 OSI 模型。概念性的 OSI 或開源互連模型描述了一系列的七個通信層。每一層都有其功能和特性。OSI 模型不禁止任何特定協議。相反，它定義了一個標準的通信框架，可以圍繞該框架設計協議。

現代世界中的 OSI 模型略有不准確，多個標準協議跨越兩層，有些層被進一步組合或拆分。儘管如此，它仍然是理解網絡概念的良好起點。

OSI 模型中定義的最低層，第 1 層，即物理層，與其他層有很大不同。物理層是基礎通信平台。這意味著它不僅涉及信號的編解碼，還涉及實際傳輸介質和傳輸方式的標準化。

物理層的核心是什麼？

在任何物理層的核心，標準都需要是一種可靠的傳輸介質。根據標準，這可能是電氣或電磁系統。理論上，其他通信媒體也是可能的，例如音頻。不過，絕大多數係統都使用電氣或電磁介質。這是由於它們提供的傳輸速度、範圍和高信號頻率。

作為一個恰當的例子，可以設計一個通信系統來使用揮舞旗幟的人進行通信。雖然這是可行的，但可以移動或切換標誌的頻率很慢，限制了帶寬。功能進一步受到視線限制，限制範圍，尤其是在非開放環境中。

一旦確定了實際的通信介質，需要確定的複雜性和電纜中的電線數量就需要針對有線連接進行標準化。還需要對它們的排列方式進行標準化（即雙絞線、屏蔽等）。需要設計物理連接器，包括電氣母連接器和公連接器。必須定義標準電壓電平，以及信號發送方法、時序和可接受的信噪比。其中大部分影響物理連接的最終帶寬。

對於無線系統，設計選擇既相關又不同。要使用的光的確切頻率必須標準化。在光中編碼數據的精確方法必須標準化。如果要使用光纖電纜，則也必須標準化。標準化有線連接還有更多相似之處。一旦一個或多個頻率被歸一化，設計能夠創建和接收這些信號的系統就很重要了。

物理層如何與其他層交互？

一旦設計了實際的通信媒體和系統，還需要創建可以對通過物理媒體發送的信號進行編碼和解碼的芯片。這些芯片通常被稱為PHY芯片。這些芯片負責信號處理並將數據傳遞給第 2 層數據鏈路層硬件進行處理。

數據鏈路層和它上面的網絡層負責在網絡周圍和網絡之間路由數據。物理層不需要意識到這一點。它只需要能夠從一個點到另一個點，甚至從一個點到多個點進行可靠的通信。

根據有線或無線媒體的使用，如果連接在多個設備之間共享，則可能需要實施碰撞避免和碰撞檢測系統以確保可靠的通信。

結論

物理層是 OSI 模型中的第一層。它涵蓋了實際將數據從一個地方傳輸到另一個地方的標準。OSI 模型僅涵蓋網絡，但物理層的概念對於計算機內的內部通信是相同的，例如通過 PCIe、USB 或 SATA 連接。

物理層不僅涵蓋硬件設計，還涵蓋將有意義的數據傳遞給計算機其餘部分的信號和信號解碼方法。以太網和 Wi-Fi 可能是最著名的物理層標準，但遠非唯一的標準。不要忘記在下面的評論中分享您的想法。