网络七层协议之物理层

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我们以一个非常简单的例子开始：

两服务器通讯问题

如上图，有两台服务器，分别是 Server 1 和 Server 2 。 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：

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： Server 1 控制电缆电平的高低， Server 2 检测电平的高低，这样就实现了 Server 1 往 Server 2 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 0 ，高电平表示 1 ，这样就得到一个理想化的信道：

通过信道，双方可以传递一些 01 比特流。 例子中，我们传输的比特流是 1111010101... (从右往左看)。 比特流可以编码任意信息： 比如，我们用 1111 表示告诉对方本地开机了，用 0000 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

首先，如上图，信道是无穷无尽的。 因为，信道状态要么为 0 ，要么为 1 ，没有一种表示空闲的特殊状态。

举个例子，如上图， Server 1 向 Server 2 发送比特序列 101101001101 (从右往左读)。 最后一个比特是 1 ，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 1 (灰色部分)， Server 2 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： 101010 表示开头， 010101 表示结尾。

这时， Server 1 先发送 101010 (红色)，告诉 Server 2 我要开始发数据了； 然后， Server 1 开始发送数据 1101011 (黑色部分)； 最后， Server 1 发送 010101 (绿色)，告诉 Server 2 数据发送完毕。 注意到，平时信道为 1 (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？

肯定冲突了嘛！一台发 0 ，一台发 1 ，那你说信道到底是 0 还是 1 ？ 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

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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