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「专栏简介」：此文章已录入专栏《计算机网络零基础快速入门》

学习目标

1. 了解物理层的功能是什么？
2. 了解物理层的传输介质有哪些？
3. 掌握物理层的三种通信方式。
4. 掌握物理层的两种设备以及设备的作用。

一、物理层的功能

物理层负责在物理设备之间传递比特流（ 0101 ）。

物理层的主要任务是确定传输设备接口的一些「标准」，比如机械特性、电气特性、功能特性。

1）机械特性

​ 机械特性是指「物理连接」的特性，比如，规定水晶头里面有8根线、插座有两个口和三个口

2）电气特性

​ 电气特性规定「信号」的电压范围、阻抗匹配、传输速率和举例限制。比如：电压范围是 -5V ~ +5V；电线长度限制在15m以内

3）功能特性

​ 功能特性规定「电平」的表示含义、接口部件的信号线的用途。比如：-5V表示二进制0，+5V表示二进制1

二、传输介质

数据需要在传输介质上传输，就像打电话需要接网线一样，接下来介绍一些常用的传输介质。

1）导向传输介质

• 双绞线（两根铜线并排绞合，距离过远会失真）
• 同轴电缆（铜质芯线+屏蔽层，抗干扰性强，传输距离更远）
• 光纤（光导纤维传递光脉冲，损耗低，传输距离超远）

2）非导向传输介质

• 无线电波（穿透力强，传输距离远，常用于通信领域，如手机通信）
• 微波（通信频率高、频段范围宽，常用于卫星通信）
• 红外线、激光

工作中有时候会被拉去制作双绞线，就是把八根线按照顺序插到水晶头里面，然后用钳子把水晶头压死。

制作方式有两种：标准568B 和 标准568A。

标准568B：橙白–1，橙–2，绿白–3，蓝–4，蓝白–5，绿–6，棕白–7，棕–8
标准568A：绿白–1，绿–2，橙白–3，蓝–4，蓝白–5，橙–6，棕白–7，棕–8

三、通信方式

设备之间有三种通信方式：单工通信、半双工通信、全双工通信。

1）单工通信

​ 一条信道，只能「单向通信」。

​ 发送端和接收端是固定的，发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能发送信息。

​ 就像村里的广播（大喇叭），你只能听广播的信息，但不能回复（上门找人家的不算）；广播的人只能喊话，但听不到群众的声音。

2）半双工通信

​ 两条信道，可以「双向通信」，但不能同时发送和接收。

​ 发送端可以转变为接收端，接收端可以转换为发送端。但同一时间只能单向通信。

​ 就像对讲机，双方可以互相通话，但同一时间只能由一个人讲话。

3）全双工通信

​ 两条信道，可以「双向通信」，可以同时发送和接收。

​ 通信的每一端都设置了发送器和接收器，可以同时交互通信。

​ 就像打电话，两边可以同时讲话。

四、物理层设备

数字信号在传输过程中会逐渐「衰减」、衰减到一定程度会造成信号「失帧」，导致接收错误。

为了解决这个问题，我们需要借助一些设备，比如：中继器和集线器。

1）中继器

​ 中继器可以「放大」衰减的信号，「延长」通信距离。

​ 中继器连接同一个网络的两个网段，将一个网段接收到的信息复制一份，重新发送给另一个网段。

​ 比如两根一百米的网线，使用中继器连接在一起，就可以当做一根二百米的网线使用。

2）集线器

​ 集线器也叫 Hub ，就是中心的意思， Hub 的优势在于，单一的线路故障不会影响其他线路的工作。

​ 集线器相当于一个「多口的中继器」，在「放大」衰减信号的基础上，多了一个「数据共享」的功能。

​ 集线器的工作原理很简单：连接集线器的节点在传输数据时，必须经过集线器，集线器将信号放大后，广播给其他所有端口，从而实现数据共享。

集线器与中继器的区别

集线器算是中继器的升级版。
中继器只有一个接口，而集线器有多个接口；
中继器只有放大衰减信号的功能，而集线器在这基础上还增加了数据共享的功能；

集线器与交换机的区别

集线器不具备交换机的记忆和学习能力，也没有MAC地址表。
集线器只是广播数据，而不是把数据发到某个目标节点。
简单来说，集线器只负责转发数据，而不在乎数据发给谁。