計算機網絡五層協議中的第一層--物理層

一、關於五層協議

基於國際標準化組織(ISO,International Standards Orgnization)的提案,計算機網絡的模型應該是七層,也就是我們通常所說的七層協議(即OSI參考模型),即物理層,數據鏈路層,網絡層,傳輸層,會話層,表示層和應用層。但是由於七層協議在實際實現起來比較複雜等等太多的原因,雖然是標準但是最終還是被三層協議所替代,也就是我們通常所說的TCP/IP參考模型,即:網絡層,傳輸層和應用層。

實際上我們把兩者結合起來用五層協議來說明計算機網絡更貼切一些,即:物理層,數據鏈路層,網絡層,傳輸層,應用層。這也是我們現在通常所說的tcp/ip協議模型

以上所說的順序都是從底層向高層說的。


二、本文主要說一下最底層的物理層。

第一層:物理層(phyiscal layer)

物理層關注在一條通道上傳輸原始比特。設計問題必須確保當一方發送了比特1時,另一方收到的也是比特1,而不是比特0。這裏的典型問題包括用什麼電子信號來表示1和0、一個比特持續多少秒、傳輸是否可以在兩個方向上同時進行、初始連接如何建立、當雙方結束後如何撤銷連接、網絡連接器有多少針對以及每一針的用途是什麼等。這些設計問題主要涉及機械、電子和時序接口,以及物理層之下的物理傳輸介質等。

該層定義了了比特作爲信號在通道上發送時相關的電氣、時序和其他接口。物理層是構建網路的基礎。物理信道的不同特徵決定了其傳輸性能的不同(比如,吞吐量、延遲和誤碼率),所以物理層是我們展開網絡旅行的始發地。

物理層一般有三種傳輸介質:有線(銅線和光纖)、無線(陸地無線電)和衛星。

這裏要說的是信號在物理層存在的兩種方式,數字信號(電腦可以識別的0和1即比特),模擬信號是銅線和光纖等可以傳輸的電信號或者無線信號,在悠閒中模擬信號的存在方式諸如連續變化的電壓,而在無線傳輸中類似光照強度或者聲音強度。

電話調制解調器:要在本地迴路或任何其他物理信道上發送比特,必須把比特轉換爲可在信道上傳輸的模擬信號。執行數字比特流和模擬信號流(代表這些數字比特)之間轉換的設備成爲調制解調器(也就是傳說中的mdoem,貓),調制解調器是調製器(modulator)和解調器(demodulator)的縮寫。調制解調器分爲許多類型:電話調制解調器、DSL調制解調器、有線電視調制解調器和無線調制解調器等。

數據交換:電話系統中用到了兩種不同的交換技術:電路交換和數據包交換。傳統的電話系統基於電路交換技術,但隨着IP技術之上的語音通信興起,數據包交換已經取得了長足的進步。

電路交換的一個重要特點是在發送數據之前需要建立一條端到端的路徑。從撥完號碼到開始響鈴,這段時間可能需要10秒鐘,長途電話和國際長途電話所需要的時間更長。

包交換是電路交換的一個替代方案,它無須像電路交換那樣要事先設立一條專門的路徑。路由器使用存儲-轉發傳輸技術,把經由它的每個數據包發送到通往該包目的地的路徑上。這個轉發過程與電路交換不同,在電路交換中,連接的建立過程預留了從發送端到接收端一條路上的帶路資源,該條電路上的所有數據將走相同的路徑。另一方面,讓所喲的數據遵循同樣的路徑意味着它們到達接收端的順序不可能出現混亂。而在數據包交換中,沒有固定的路徑,不同的數據包可以走不同的路徑,路徑的選擇取決於它們被傳輸時的網絡狀況,所以它們到達接收端的順序可能是混亂的。

數據包和電路交換在其他方面也有所不同。因爲數據包交換中沒有爲傳輸數據預留帶寬,數據包可能不得不等待一段時間才能被轉發。這樣就引入了排隊延遲(queuing delay),如果許多包要在同一時間被髮送出去還會引入擁塞。在電話交換中擁塞發生在建立電路時,而在數據包交換中擁塞發生在轉發數據包時。

對於電路交換如果一條電路已經預留給了某一個特定的用戶,但是並沒有流量通過這條電路,那麼這條電路的帶寬就會浪費,類似電話兩端的人都接通的了電話但是彼此都沒有說話,那麼用電路交換這種方式,無疑是對當前鏈路的一種浪費。數據包交換就不會浪費帶寬,因此從整個系統角度來看數據包交換的效率更高。我們要做的權衡是:要麼保證服務質量但是可能浪費資源,要麼不保證服務質量,也不浪費資源。

其次數據包交換比電路交換的容錯性更好。事實上,這也是爲什麼數據包交換會被髮明出來,並且最終替代電路交換的主要原因。在電路交換中,如果鏈路中間的一個交換機出現故障,那麼經過這個交換機的所有鏈路都將被終止,而數據包交換,數據可以繞過死掉的交換機通過其他好的交換機轉發出去。對於數據包交換,數據的走向是不確定的,它會選擇合適的路徑最終到達我們希望它去到的地方。

最後電路交換和數據包交換使用的收費方式不同,電路交換是按時間收費,而包交換是按流量計費。

我們可以把兩種方式簡單地畫成表格加以區分

項目 電路交換 包交換
呼叫建立 需要 不需要
專用的物理路徑 需要 不需要
每個包遵循相同的路由 不是
包按順序到達 不是
交換機崩潰是否致命 不是
可用帶寬 固定 動態
可能擁塞的時間 呼叫建立時 在每個包排隊時
潛在浪費帶寬 不是
存儲-轉發傳輸 不是
收費 按分鐘就計費 按包計費









通過上面的表格我們很容易發現包交換和電路交換相比還是有很多優勢的。

下面我們說一下ADSL和有線電視電纜

這也是我們日常經常遇到的,有線電視使用了同軸電纜,而ADSL使用了雙絞線。從理論上講,同軸電纜的承載容量超過雙絞線幾百倍。然而,有線電視電纜的全部容量並不能被數據用戶使用,因爲電纜的大部分帶寬被浪費在諸如電視節目這樣的無關素材上。

實際上,有線電視運營商很難就有效容量一概而論。ADSL運營商可以明確聲明帶寬(比如,下行流量1Mbps,上行流量256kbps),而且通常也可以達到其聲明的80%,而有線電視運營商可能認爲的給每個用戶設置一個帶寬上限,以便幫助他們自己去頂預期的性能,有時候可能比ADSL好,有時候可能還不如ADSL。不過真正令人討厭的是它的不可預測性,上一分鐘有很好的wangluofuwu下一分鐘就不能保證,因爲可能一個電影愛好者,在下一分鐘剛好打開了它的迅雷。

ADSL贏得了更多地用戶,對於新增用戶對原來的老用戶幾乎沒有影響,因爲每個用戶都有自己專用的連接。但是有線電視網絡中,當申請internet服務的用戶越來越多的時候,原來用戶的性能就會下降,唯一的解決辦法是運營商將繁忙的電纜拆分成多段,然後將每一段直接連接到光纖節點上。

這也是我們爲什麼會選擇2M或者10M的聯通ADSL雖然貴的要命也不選擇50M,100M的寬帶通等等的原因,因爲早上起來上網很爽,但是一旦到了下班點都回家了,也就要了命了。

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章