物理层的功能

物理层是OSI/RM模型中的最底层，但它既不是指连接计算机的具体物理设备，也不是指负责信号传输的具体物理介质，而是指在连接开放系统的物理介质上为上一层（数据链路层）提供传送比特流（Bits Stream）的一个物理信道。其中，物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，主要由传输介质和相应的信号发送和接收设备所组成，因此传输介质是物理信道的一个组成部分。

物理层的主要功能是要确保原始的比特流可以在各种物理媒介上正确地传输。而由第1章计算机网络的定义与概述可知，计算机网络中的数据传输最终必须通过传输介质才能实现。常见的传输介质主要包括双绞线、同轴电缆、光纤等有线传输介质，以及微波、红外线、激光等无线传输介质。其中双绞线和同轴电缆中传输的是电信号，光纤中传输的是光信号，无线传输介质中传输的则是电磁波信号。显然，要实现将一台计算机中的数字信号（比特流）通过传输介质正确传输到另一台计算机上的目的，物理层必须要实现以下功能：

（1）对信号进行调制或转换，使得网络设备中的数字信号（比特流）定义能够与传输介质上实际传送的信号（例如：电信号、光信号或电磁波信号）相匹配，以使得这些数字信号可以经由有线信道或无线信道来进行传输。

（2）利用传输介质为相互通信的网络设备（节点）之间建立、维持与断开传输数据所需要的物理信道。

（3）实现比特流的透明传输，为数据链路层提供服务。

由以上物理层的功能描述可知，物理层考虑的是怎样才能在连接各种网络设备的传输介质上传输比特流信息，而并不关心连接网络设备的具体的物理设备或具体的传输介质是什么，因此，传输介质并不属于物理层的考虑范畴。此外，由于物理层仅单纯关心比特流信息的传输问题，而不涉及比特流中各比特之间的关系（包括信息格式及其含义），因此对传输差错也不会做任何控制。这就像装卸工人只管装卸货物，但并不关心货物是什么一样。

为实现以上功能，物理层协议规定了与建立、维持以及断开物理信道有关的机械连接特性、电气信号特性、信号的功能特性以及交换电路的规程特性。其中，这四种特性分别是指：

◆ 机械特性：也称物理特性，主要是指通信实体之间硬件连接接口的机械特点，例如：接口所用连接器的形状（包括插头和插座）和尺寸、插针或插孔芯数及排列方式以及固定和锁定装置形式等。图2.1列出了一类已被ISO标准化了的插座的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。

图2.1　一种ISO标准化插座的几何尺寸及插孔芯数和排列方式

◆ 电气特性：主要是指通信实体之间硬件连接接口的各根导线（也称电路）的电气连接及有关电路的特性，一般包括：接收器和发送器的电路特性说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大传输速率的说明、与互连电缆相关的规则、发送器的输出阻抗以及接收器的输入阻抗等电气参数等。

◆ 功能特性：主要是指通信实体之间硬件连接接口的各条信号线的用途与用法，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，而接口信号线的命名则通常采用数字、字母组合或英文缩写三种形式。

◆ 规程特性：主要是指通信实体之间硬件连接接口的各条信号线之间的工作规程与时序关系。接口信号线的规程特性指明了利用接口传输比特流的操作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、各信号线的工作顺序和时序以及数据传输方式等，从而使得比特流通过接口在通信实体之间的传输得以实现。

遵照以上有关物理信道的四方面特性规定，不同的设备制造厂家即可根据这些规定的标准各自独立地制造出相互兼容的网络通信设备，从而采用这些网络通信设备，即可确保物理层能够通过物理信道在相邻的网络节点之间正确地收发比特流信息，即，能够确保比特流不但可被正确地发送到物理信道上，而且同时还能使得在物理信道另一端可正确地接收到它们。