TCP/IP协议详解：物理层
TCP/IP协议详解：物理层
物理层基础
物理层的作用
物理层的主要作用是解决在连接各种类型计算机的传输介质上传送比特流的问题。它向上层（如数据链路层）屏蔽了不同传输介质之间的差异，使得数据链路层不需要关心具体的传输介质类型，从而能够专注于数据帧的封装、传输和接收。
物理层的特性
物理层定义了建立、维护和拆除物理链路所需的四个主要特性：机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。
机械特性：物理连接接口的几何和物理尺寸、引脚数、形状、大小、插拔方式等机械设计规定。如RJ-45水晶头对于双绞线以太网的连接，光纤接口的SC、LC、ST等。
电气特性：信号在传输介质上的编码方式以及信号的电压、电流强度、波形、频率范围等参数。
功能特性：例如规定-5V表示0，+5V表示1、信号的调制解调方法、同步机制、线路状态监测等功能。
过程特性：数据传输过程中的一些控制步骤和规程，比如建立连接、激活传输、维持连接以及断开连接时的一系列操作过程。
物理层的介质
两个终端，用一条能承载数据传输的物理介质(也称为传输介质)连接起来，就组成了一个最简单的网络。
同轴电缆：早期使用的传输介质，一种电线及信号传输线，是绝缘材料隔离的铜线导体，可用于模拟信号和数字信号的传输。
双绞线：与同轴电缆相比双绞线具有更低的制造和部署成本，因此在企业网络中被广泛应用。分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线，屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层，可以屏蔽电磁干扰。
光纤：双绞线和同轴电缆传输数据时使用的是电信号，而光纤传输数据时使用的是光信号。主要由纤芯、包层和涂覆层三部分组成，光纤通信具有极高的传输速率，低损耗，可以实现长距离、高质量的光信号传输且不受电磁干扰的影响，同时传输带宽大。光纤支持的传输速率包括10Mbps，100Mbps，1Gbps，10Gbps，100Gbps，甚至更高。
串口电缆：常用的串口电缆标准为RS-232。但RS-232的传输速率有限，传输距离仅为6米。
物理层协商
端口
光口、电口、光电复合口
光电复用口：支撑光口或电口，及COMBO。Combo电口与其对应的光口在逻辑上是光电复用的，用户可根据实际组网情况选择其中的一个使用，但两者不能同时工作，当激活其中的一个端口时，另一个端口就自动处于禁用状态。
【命令】
combo enable ( copper | fiber )
【描述】
combo enable copper 命令用来设置以太网接口的介质类型为电口模式。
combo enable fiber 命令用来设置以太网接口的介质类型为光口模式。
协商模式
两个物理端口连接需要进行模式协商，模式包括单工、半双工、全双工三种模式。
通信方式 | 定义 | 特点 | 示例 |
|---|---|---|---|
单工 | 信息只能单方向传输 | 单向性、固定发送端和接收端、使用一根传输线 | 广播、遥控、无线寻呼 |
半双工 | 双方能收发信息，但同一时间只能一个方向传输 | 双方都有发送和接收装置、需要切换操作、时间延迟、信息传输效率较低 | 对讲机、收发报机 |
全双工 | 双方能同时进行双向数据传输 | 双方独立发送和接收装置、两条传输线、信息传输效率高 | 普通电话、计算机通信网络 |
协商的机制
协商内容包括双工模式和速率。
- 自动协商机制
定义：
自动协商模式允许网络设备根据连接设备的速度和双工能力自动调整其配置。
特点：
支持多种速度和双工模式（如10Mbps半双工、100Mbps全双工等）。
通过发送快速链路脉冲（FLP）来交换能力信息，并协商出最优的工作模式。
无需手动配置，简化了网络部署和管理。
- 手动配置
定义：
网络管理员手动设置端口的速度和双工模式。
特点：
不依赖于自动协商机制。
网络管理员根据实际需求和网络环境进行配置。
可能存在与连接设备不兼容的风险。
总结
物理层作为TCP/IP协议栈的基石，通过定义机械、电气、功能和过程特性，为上层协议提供了稳定、可靠的数据传输环境。它解决了在连接各种类型计算机的传输介质上传送比特流的问题，使得网络通信得以顺利进行。