说说OSI/ISO体系中的物理层

作者:课课家教育更新于： 2019-02-25 20:10:24

      在OSI/ISO体系中，物理层是位于最低的一层，即使如此，它却是整个开放系统的基础。很多人都觉得物理层并不太重要，所以经常都会直接忽略它，但其实它的一些功能应用等都非常重要。为了能让大家更好地了解物理层，在这里我们就来说说对它的基础理解。

　　1.物理层的重要内容

　　信号的传输离不开传输介质，而传输介质两端必然有接口用于发送和接收信号。因此，既然物理层主要关心如何传输信号，物理层的主要任务就是规定各种传输介质和接口与传输信号相关的一些特性。

　　(1)机械特性

　　也叫物理特性，指明通信实体间硬件连接接口的机械特点，如接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。这很像平时常见的各种规格的电源插头，其尺寸都有严格的规定。

　　(2)电气特性

　　规定了在物理连接上，导线的电气连接及有关电路的特性，一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、信号的识别、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、接收器的输入阻抗等电气参数等。

　　(3)功能特性

　　指明物理接口各条信号线的用途(用法)，包括：接口线功能的规定方法，接口信号线的功能分类--数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线4类。

　　(4)规程特性

　　指明利用接口传输比特流的全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和数据传输方式，即在物理连接建立、维持和交换信息时，DTE/DCE双方在各自电路上的动作序列。

　　以上4个特性实现了物理层在传输数据时，对于信号、接口和传输介质的规定。

　　2.物理层的主要功能

　　(1)为数据端设备提供传送数据的通路

　　为数据端设备提供传送数据的通路：数据通路可以是一个物理媒体，也可以是多个物理媒体连接而成。一次完整的数据传输，包括激活物理连接，传送数据，终止物理连接。所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与，都要在通信的两个数据终端设备间连接起来，形成一条通路。

　　(2)传输数据

　　传输数据：物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。一是要保证数据能在其上正确通过，二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(bit)数)，以减少信道上的拥塞。传输数据的方式能满足点到点，一点到多点，串行或并行，半双工或全双工，同步或异步传输的需要。

　　(3)完成物理层的一些管理工作

　　注：数据在计算机中多采用并行传输方式。但数据在通信线路上的传输方式一般都是串行传输(这是出于经济上的考虑)，即逐个比特按时间顺序传输。因此，物理层还要完成传输方式的转换。

　　物理层的功能首要功能就是为数据端设备提供传送数据的通路。其次就是传输数据。要完成这两个功能,物理层协议规定了如何建立,维护和拆除一条物理链路。

　　3.物理层基本传输与多址方式

　　无线通信系统的基础。36PP经过激烈的讨论，决定LTE采用上下行正交频分多址(OFDMA)，上行单载波频分多址(SC-FDMA)的方式。

　　OFDM是LTE系统的主要特点，它的基本思想是把高速数据流分散到多个正交的子载波上传输，从而使子载波上的符号速率大大降低，符号持续时间大大加长，因而对时延扩展有较强的抵抗力，减少了符号间干扰的影响。通常在OFDM符号前加入保护间隔，只要保护间隔大于信道的时延扩展则可以完全消除符号间干扰ISI。

　　OFDM参数设定对整个系统的性能会产生决定性的影响，如循环前缀。它主要用于有效消除符号间干扰，其长度决定了OFDM系统的抗多径能力和覆盖能力。

　　上行方向，LTE系统采用基于带有循环前缀的SC-FDMA技术。最大的好处是降低了发射终端的峰均功率比、减少了终端的体积和成本，这是选择SC-FDMA作为LTE上行信号接入方式的一个主要原因。其特点还包括频谱带宽分配灵活、子载波序列固定、采用循环前缀对抗多径衰落和可变的传输时间间隔等。

　　载波间隔是LTE系统中最基本的参数之一。经过理论分析与仿真比较，最终确定采用15kHz。上下行的最小资源块均为375kHz，也就是25个子载波宽度。数据到资源块的映射方式可采用集中方式或离散方式。通过合理配置子载波数量，系统可以实现1.25～20MHz的灵活带宽配置。

　　4.物理层要解决的主要问题

　　(1)物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。

　　(2)给其服务用户(数据链路层)在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流(一般为串行按顺序传输的比特流)的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。

　　(3)在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。

　　物理层上所传送数据的单位是比特，它提供建立、维护和拆除物理链路所需的机械、电气、功能和规程的特性;提供有关在传输介质上传输非结构的位流及物理链路故障检测指示。在这一层，数据还没有被组织，仅作为原始的位流或电气电压处理。

　　OSI/ISO七层模型中的每一层对于计算机网络都至关重要，每一层都要它们各自的功能以及作用，它们各司其职，共同构造一个安全的网络环境。本文就讲到这里了，更多的学习内容尽在课课家教育。