網路七層協議之物理層

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我們以一個非常簡單的例子開始：

兩伺服器通訊問題

如上圖，有兩台伺服器，分別是 Server 1 和 Server 2 。 我們先做一個假設：電腦網路現在還沒有被髮明出來， 作為電腦科學家的你，想在這兩台伺服器間傳遞數據，怎麼辦？

這時，你可能會想到，用一根電纜把兩台伺服器連接起來：

物理課大家都學過，電線可以分為 低電平 和 高電平 。 電平可以高低變化，這樣不就可以傳遞信息了麽： Server 1 控制電纜電平的高低， Server 2 檢測電平的高低，這樣就實現了 Server 1 往 Server 2 發送數據啦！

更進一步，可以將高低電平抽象成數學語言：我們用低電平表示 0 ，高電平表示 1 ，這樣就得到一個理想化的通道：

通過通道，雙方可以傳遞一些 01 比特流。 例子中，我們傳輸的比特流是 1111010101... (從右往左看)。 比特流可以編碼任意信息： 比如，我們用 1111 表示告訴對方本地開機了，用 0000 告訴對方本地準備關機了。

到目前為止，我們是不是萬事具備了呢？ 一個比特流通道成為現實？——理論上是這樣子的。 但是，現實世界往往要比理想化的模型複雜一些。

發送控制

首先，如上圖，通道是無窮無盡的。 因為，通道狀態要麼為 0 ，要麼為 1 ，沒有一種表示空閑的特殊狀態。

舉個例子，如上圖， Server 1 向 Server 2 發送比特序列 101101001101 (從右往左讀)。 最後一個比特是 1 ，對應的電平是高電平。 發送完畢後，由於沒有沒有其他地方改變電纜的電平，所以還是維持高電平狀態。 也就是說，通道看起來還是按照既定節拍，源源不斷地發送 1 (灰色部分)， Server 2 怎麼檢測結尾在哪裡？

我們可以定義一些特殊的比特序列，用於定義開頭結尾： 101010 表示開頭， 010101 表示結尾。

這時， Server 1 先發送 101010 (紅色)，告訴 Server 2 我要開始發數據了； 然後， Server 1 開始發送數據 1101011 (黑色部分)； 最後， Server 1 發送 010101 (綠色)，告訴 Server 2 數據發送完畢。 註意到，平時通道為 1 (灰色)，也就是代表空閑狀態。

衝突仲裁

如果兩台伺服器同時往通道里發送數據，會發生什麼事情呢？

肯定衝突了嘛！一臺發 0 ，一臺發 1 ，那你說通道到底是 0 還是 1 ？ 那麼，衝突要怎麼解決呢？

解決方式也簡單，只需在硬體層面實現一種機制：在檢測到兩台伺服器同時發送數據時，及時喊停，並協商到底由哪一方先發。

總結

本節討論了一個最簡單的模型，解決兩台伺服器之間的通訊問題。 通過電纜，在兩台機器間建立了一個理想的比特流傳輸通道。 這其實就是網路分層結構中最底層——物理層的作用：

• 傳輸比特流
• 依賴物理(電氣)特性

這一層對開發人員來說，基本上是透明的，我們只需將其理解成一個比特流傳輸通道即可。 至於細節問題，高低電平啦，信號啦，各種物理特性啦，通通留給電子工程師去關心好啦！

進度

下一步

下一節，我們將通過 多伺服器通訊問題 進入 數據鏈路層 的學習。

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