网络七层协议之物理层

我们以一个非常简单的例子开始：

两服务器通讯问题

两服务器通讯问题

如上图，有两台服务器，分别是 和 。 我们先做一个假设：计算机网络现在还没有被发明出来， 作为计算机科学家的你，想在这两台服务器间传递数据，怎么办？

这时，你可能会想到，用一根电缆把两台服务器连接起来：

通过电缆实现通讯

物理课大家都学过，电线可以分为低电平和高电平。 电平可以高低变化，这样不就可以传递信息了么： 控制电缆电平的高低， 检测电平的高低，这样就实现了 往 发送数据啦！

更进一步，可以将高低电平抽象成数学语言：我们用低电平表示 ，高电平表示 ，这样就得到一个理想化的信道：

理想化信道

通过信道，双方可以传递一些 比特流。 例子中，我们传输的比特流是 (从右往左看)。 比特流可以编码任意信息： 比如，我们用 表示告诉对方本地开机了，用 告诉对方本地准备关机了。

到目前为止，我们是不是万事具备了呢？ 一个比特流信道成为现实？——理论上是这样子的。 但是，现实世界往往要比理想化的模型复杂一些。

发送控制

信道无穷无尽

首先，如上图，信道是无穷无尽的。 因为，信道状态要么为 ，要么为 ，没有一种表示空闲的特殊状态。

结尾在哪？

举个例子，如上图， 向 发送比特序列 (从右往左读)。 最后一个比特是 ，对应的电平是高电平。 发送完毕后，由于没有没有其他地方改变电缆的电平，所以还是维持高电平状态。 也就是说，信道看起来还是按照既定节拍，源源不断地发送 (灰色部分)， 怎么检测结尾在哪里？

我们可以定义一些特殊的比特序列，用于定义开头结尾： 表示开头， 表示结尾。

.引入控制比特

这时， 先发送 (红色)，告诉 我要开始发数据了； 然后， 开始发送数据 (黑色部分)； 最后， 发送 (绿色)，告诉 数据发送完毕。 注意到，平时信道为 (灰色)，也就是代表空闲状态。

冲突仲裁

如果两台服务器同时往信道里发送数据，会发生什么事情呢？

发送冲突：两台服务器同时发送数据

肯定冲突了嘛！一台发 ，一台发 ，那你说信道到底是 还是 ？ 那么，冲突要怎么解决呢？

解决方式也简单，只需在硬件层面实现一种机制：在检测到两台服务器同时发送数据时，及时喊停，并协商到底由哪一方先发。

总结

本节讨论了一个最简单的模型，解决两台服务器之间的通讯问题。 通过电缆，在两台机器间建立了一个理想的比特流传输信道。 这其实就是网络分层结构中最底层——物理层的作用：

传输比特流

依赖物理(电气)特性

这一层对开发人员来说，基本上是透明的，我们只需将其理解成一个比特流传输信道即可。 至于细节问题，高低电平啦，信号啦，各种物理特性啦，通通留给电子工程师去关心好啦！

进度

新技能Get✔️

下一步

下一节，我们将通过多服务器通讯问题进入 数据链路层 的学习。

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