计算机网络：物理层作用和接口详解

1．物理层的作用

物理层是OSI 体系结构中的最低一层。他向上毗邻数据链路层，向下直接与传输介质相连接，起着数据链路层和传输介质之间接口的作用。

ISO/OSI 参考模型对物理层的描述是：物理层为传送二进制比特流数据而激活、维持、释放物理连接所提供的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。这种物理连接可以通过中继系统，每次都在物理层内进行二进制比特流数据的中继传输。这种物理连接允许进行全双工或半双工的二进制比特流传输。物理层服务数据单元（即二级制比特流）的传输可通过同步方式或异步方式进行。

物理层负责在计算机之间传递数据位，为在物理媒体上传输的位流建立规则。这一层定义电缆如何连接到网卡上，以及需要用何种传送技术在电缆上发送数据；同时还定义了位同步及检查。这一层表示了用户的软件与硬件之间的实际连接。它实际与任何协议都不相干，但它定义了数据链路层所使用的访问方法。

物理层为数据链路层提供的主要服务如下。

（1）物理连接，即为数据链路层的实体之间进行透明的位流传输建立联系。物理连接的建立涉及连接方式（即点对点连接或多点连接）和传输方式（包括通信方式、同步方式等）的选择、资源（如物理传输介质、中继电路、缓冲区等）的分配等问题。

（2）确定服务质量参数，如误码率、传送速度、传送延迟、服务可用性等。物理连接的质量是由组成它的传输介质、物理设备决定的。

物理层关注的是怎样才能在连接各种计算机的传输介质上传输数据的比特流，而不是连接计算机的具体的物理设备或具体的传输介质。现代计算机网络中物理设备和传输介质的种类繁多，而通信手段也越来越丰富，物理层在数据链路层和传输介质之间起了屏蔽和隔离作用，使数据链路层感觉不到这些差异，这样就可以使数据链路层只需要考虑完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输介质是什么。

与OSI/RM 的其他层相比，物理层标准是不完善的。因为它没有提到物理实体、服务原语、物理层协议数据单元等概念，而是经常讲物理层的服务数据单元——比特流、物理连接等。其原因是，早在ISO/OSI 参考模型提出之前，许多属于物理层接口协议就已经制定出来了，而且在物理层采用这些接口协议的物理设备也被大量产业化，并广泛应用于数据通信领域。在这样的现实背景下，如果ISO 再制定物理层的标准，势必很难得到应用和推广。况且，已经存在的物理层规范还是比较成功的。因此，ISO 对物理层的标准化工作并没有像其他层那样严格定义，只是提出了如上的描述。(www.xing528.com)

2．物理层接口

物理层接口主要指数据终端设备DTE 和数据传输电路端接设备DCE 之间的接口。这里DTE 就是具有一定的数据处理能力及发送和接收数据能力的设备，它可以是一台计算机或一个终端，也可以是其中的I/O 设备等。由于数据终端设备的数据传输能力是有限的，直接将相隔很远的两个设备连接起来是无法进行通信的。为了进行通信，必须在数据终端设备和传输设备之间加上一个中间设备DCE，它的作用就是在DTE 和传输线路之间提供信号和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接，可以是指多路复用器、集中器、调制解调器等。

DTE 和DCE 之间的接口一般都有若干并行线，包括各种信号线和控制线。DCE 将DTE传过来的数据按比特流顺序逐个发往传输线路，或者反过来，从传输线路上接收串行的比特流，然后再交给DTE。显然，这些操作的完成需要DTE 与DCE 间接口信号线的高度协调工作。为了减轻数据处理设备的负担，就必须对DTE 和DCE 的接口进行标准化。这种接口标准也就是所谓的物理层接口协议。

物理层接口协议的主要内容如下。

（1）提供物理连接的4 种特性，即机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。

（2）为传送物理层服务数据单元——比特流，确定通信方式、同步方式和编码规则。

物理接口标准一般是用于DTE 与DCE 之间的连接，典型的是用于计算机与Modem 的连接、两台计算机通过EIA-232-E 直接连接、一台终端与一台主机通过EIA-232-E 的直接连接。