物理层和数据链路层

(1)物理层
网络通信的本质就是把一台计算机的数据转移到另一台计算机上，但是数据传输是需要传输介质的，物理层中常见的传输介质有架空明线、电缆、光纤、无线信道等。常见的物理层相关的硬件设备一般包含集线器、中继器等。
1)集线器（Hub）指的是将多条以太网双绞线或光纤集合连接在同一段物理介质下的设备。集线器发送数据时是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。

2）中继器（RP repeater）是工作在物理层上的连接设备。适用于完全相同的两个网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。

传输速率是指单位时间内可以传输的数据量，一般有两种表示形式：波特率和比特率。
波特率
波特率也称为码元传输速率，指的是单位时间内数字通信系统传输的码元个数（脉冲个数或者信号变化的次数），波特率的单位是波特（baud），码元可以采用二进制，也可以采用其他进制表示。

比特率
比特率也称为信息传输速率，指的是单位时间内数字通信系统传输的二进制码元的个数，比特率的单位是bit/s。
当码元为二进制时，可以理解为波特率和波特率是相等的，但是二进制码元只能表示两种状态，如果想要表示多种状态，比如可以采用十六进制码元，这样传输数据率就可以大大提高。

对于物理层而言掌握4个特性，分别是：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性，如下：
1.机械特性：指明接口的形状、尺寸、引线数目和排列等。
2.电气特性：指的是电压的范围，也就是规定用什么样的信号表示电压0和1。
3.功能特性：接口部件的信号线（数据线、控制线、定时线等）的用途。
4.规程特性：物理线路上对不同功能的各种可能事件的出现顺序，即时序关系。

(2)数据链路层

基本概念
数据链路层在物理层所提供服务的基础上向网络层提供服务。也就是将原始的、有差错的物理链路改进成逻辑上无差错的数据链路，从而向网络层提供高质量的服务。

1)物理链路（物理线路）：是由传输介质与设备组成的。原始的物理传输线路是指没有采用高层差错控制的基本的物理传输介质与设备。

2)数据链路（逻辑线路）：在一条物理线路之上，通过一些规程或协议来控制这些数据的传输，以保证被传输数据的正确性。实现这些规程或协议的硬件和软件加到物理线路，这样就构成了数据链路，从数据发送点到数据接收点所经过的传输途径。

也就是说，数据链路层是对物理层传输的比特流进行纠错检查并将比特流转换为固定格式的数据，方便网络层进行路由和转发。

帧的组成

思考：物理层传输的都是比特流，假设信息采用二进制码元传输，并且波特率设置为9600bps，如果单位时间内主机A通过物理层向主机B传输了9600个比特数，请问主机B如何区分单位时间内收到的数据具体表示什么含义？
回答：为了方便对比特流进行转发和纠错检查，所以需要把比特流按照某种规则转换为有意义的数据块，这样就能以数据块为单位进行传输，数据链路层中把数据块称为帧（Frame）。

如果想要把比特流转换为n个数据帧，那就要规定要一帧数据的长度，但是如果只规定好数据帧长度，如果物理层传输比特流的过程中出现了异常导致缺失了一些比特，这样就无法知道到底是哪个位置出现了问题，也就没有办法把缺失的比特重新传输，所以也要规定好一帧数据的开始和结束。
比如在数据链路层中的点对点协议（Point to Point Protocol，也称为PPP）标准中就规定了数据帧的格式，如下：

传输单元

另外，数据链路层除了PPP协议之外，还存在其他协议，比如以太网协议等，不同的协议中数据帧的格式也不相同，所以数据帧的长度也不统一，为了防止数据帧过大，数据链路层就对数据帧的大小做出约束，就提出最大传输单元的概念。
最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）用来通知对方所能接受数据服务单元的最大尺寸，说明发送方能够接受的有效载荷大小。不同类型网络的数据帧长度大多数都有一个上限。
MTU以字节为单位，如果MTU过大，在碰到路由器时会被拒绝转发，因为它不能处理过大的包。如果太小，因为协议一定要在包(或帧)上加上包头，那实际传送的数据量就会过小，这样也划不来。大部分操作系统会提供给用户一个默认值，该值一般对用户是比较合适的。

物理层和数据链路层

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