系列文章目录

什么是计算机网络？
什么是网络协议？
计算机网络的结构
数据交换之电路交换
数据交换之报文交换和分组交换
分组交换 vs 电路交换
计算机网络性能（1）——速率、带宽、延迟
计算机网络性能（2）——时延带宽积、丢包率、吞吐量/率
计算机网络体系结构概念
OSI参考模型基本概念

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物理层功能

简单地说就是解决每一个比特的传输问题。

具体的来说，具有这样一些功能：

• 定义了接口特性。

  主要包括这四个方面：机械特性（接口的形状等等）、电气特性（使用多大的电平、多高的电压等等）、功能特性（接口有多少引脚，每个引脚是什么功能）、规程特性（接口在工作中遵循什么样的过程）。

• 解决比特编码问题。用什么表示0，用什么表示1，怎么样表示。这个就和通信技术相关

• 定义数据率。以多快的速度发送。比如我们所说的百兆网络、千兆网络。

• 解决比特同步。实际上是解决时钟同步问题

• 定义传输模式。

  ​ 主要有三种模式：

  • 单工（Simplex）：传输方向是单向的。比如A给B发送数据，但B不能给A发送数据。
  • 半双工（half-duplex）：可以双向传输，但必须是交替的。比如A给B发送数据，在这个时间段B是不能给A发送数据的，但换一个时间B就可以发送了。比如使用的对讲机，说话的时候就不能听，听的时候就不能说。
  • 全双工（full-duplex）：发数据的同时可以接收数据。

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数据链路层功能

物理层虽然解决了单一比特的传输问题，但这个比特由谁来接收，如果比特出现了错误，谁来纠正这个问题，这些问题在物理层很难解决，这时就需要在物理层之上构建数据链路层。

简单来说，数据链路层解决了物理链路两端相邻结点之间的数据传输问题。

具体来说：

• 数据链路层负责结点-结点（node-to-node）数据传输。这里的结点可以是主机也可以是其他网络设备。是以帧作为数据单位进行传输的。

• 那就涉及到组帧（Framing），就是组成帧。

• 物理寻址（Physical addressing）。

  在帧头中增加发送端和/或接收端的物理地址标识数据 帧的发送端和/或接收端。

  注意物理地址、物理寻址都是在数据链路层而非物理层。物理层都是1010，这当然没法寻址。

• 流量控制（Flow control）：匹配发送端和接收端的发送速度和接收速度。发送端发送数据过快而接收端接收数据过慢时，同时数据把接收端的缓存也占满了，那再过来的数据就被丢掉了。这就会导致接收端被淹没。

• 差错控制（Error control）。检测并重传损坏或丢失帧，并避免重复帧

• 访问(接入)控制（Access control）。在任一给定时刻决定哪个设备拥有链路（物理介质）控制使用权。

为什么要给数据加上地址信息？不是直接就通过物理链路发送过去了吗？

实际上数据链路中往往存在这样一个结构：一条链路上连接了多个主机。这种通信方式称为广播通信，也就是说任何一方发出的数据，其他所有主机都能收到。

那在这种情况下，如果没有地址信息，你没法保证数据被正确的接收方接收。显然在这样的网络中，地址是非常必要的。所以就要在帧的头部和尾部添加物理地址信息。所有主机都可以收到这个数据，但当它们发现这个地址不是自己，就不接收。

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网络层功能

• 负责源主机到目的主机**数据分组（packet）**的交付。

• 逻辑寻址（Logical addressing）。

  因为在网路层中，数据分组从源主机到目的主机可能会跨越多个网络。这时链路层里面使用的物理寻址可能就无法使用了。比如你在班级里有个学号，那发送信件时肯定不是靠学号发送的，而是靠邮政地址。这个邮政地址的特点技术全国唯一。所以需要网络层的逻辑寻址。

  使用全局唯一逻辑地址标识网络中的分组从哪来到哪去，能够确保数据分组被送达目的主机，比如Internet 网络中的IP地址。

• 路由（Routing）。帮助数据分组选择路径。

• 分组转发。按照前面介绍的分组交换的存储-转发方式进行工作。

比如下面这张图。红颜色的字母代表逻辑地址，绿颜色的数字代表物理地址

在整个过程中，源和目的的网络层地址也就是逻辑地址是不变的。这样保证了数据不管跨越多少网络，最终能够送到目的地。