導(dǎo)讀
作為一名從事多年的軟件開發(fā)人員，還是對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的理解太少。于是，最近抽空瞎鼓搗琢磨一番，重新理解一下網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，本篇主要是對于 OSI（Open System Interconnect） 七層協(xié)議中最底層（絕大多程序員不關(guān)心的一層，可能實(shí)際上也不會用得著）的物理層協(xié)議進(jìn)行一番理解后的梳理和總結(jié)。
（本篇不是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)性的文章和探討，僅僅幫助理解。如有錯(cuò)誤，還請不吝賜教。）
通信的本質(zhì)
互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是將若干臺計(jì)算機(jī)組織在一起，組織在一起干嘛呢？當(dāng)然是通信啦。在分析計(jì)算機(jī)如何通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信之前，我們先通過人與人之間的交談這種最直觀的通信方式，來感受整個(gè)過程的要點(diǎn)。
首先說話者經(jīng)過大腦處理信息，然后發(fā)送出去，通過神經(jīng)傳導(dǎo)到喉嚨，控制喉嚨震動、震動在空氣中進(jìn)行傳播、傳遞到耳膜后感受到震動、震動信息最后通過神經(jīng)傳入聽者大腦。
因?yàn)槲覀冎饕芯康氖俏锢韺拥耐ㄐ艆f(xié)議，對于說話本身內(nèi)容，我們并不討論和關(guān)注，因此，只考慮說話內(nèi)容如何傳遞。接下來從以上過程，我們來看看通信的要點(diǎn)有哪些：
1. 兩種角色? ? ?
這里有兩個(gè)角色，一個(gè)發(fā)送者（說話者）一個(gè)接收者（聽者）。這里分為了幾種類型：
【單工通信】比如一個(gè)聾子對一個(gè)啞巴說話，因?yàn)橹荒芤粋€(gè)說，一個(gè)人聽。
【半雙工通信】
?領(lǐng)導(dǎo)跟你說話的時(shí)候，你不準(zhǔn)打斷，你先聽，等領(lǐng)導(dǎo)問你問題后，你再回答領(lǐng)導(dǎo)，此時(shí)領(lǐng)導(dǎo)聽你說。這種同一時(shí)間只能一個(gè)人說。?
【全雙工通信】
你說你的，我說我的，兩個(gè)人吵架的時(shí)候就是如此。
除了發(fā)送接收者分類，還有一種在通信里面是按照目的地范圍進(jìn)行分類：
【點(diǎn)對點(diǎn)】
你只跟一個(gè)人說悄悄話，不給其他人聽。
【廣播】
你在街上大喊，大家都能聽得到。
2. 信號規(guī)則
人與人說話是通過震動頻率這種方式來傳遞信息了，說話的通信是基于對震動頻率（音調(diào)高低）和振幅（音量大?。┻M(jìn)行有機(jī)排列組合來達(dá)成的，這種控制是人的本能，異常精妙。
大腦命令喉嚨準(zhǔn)備合適的震動方式，既不能不能尖叫，也也不能低鳴，否則聽不到或者聽的刺耳，更加也不能低于和超過人可接受到的震動頻率范圍，因?yàn)槿硕筛惺艿降恼饎宇l率是20赫玆到20,000赫玆。
3. 傳播介質(zhì)?
只有說話者的嘴巴和聽者的耳朵就能通信了嗎？除非你的嘴巴貼著人家的耳朵，否則，就像這里一樣，需要空氣這種介質(zhì)進(jìn)行傳導(dǎo)。
物理層協(xié)議
好了，到這里，我們基本上明白了通信的要點(diǎn)，接下來回到本文的重點(diǎn)，圈出來物理層的范圍。
然后，我們來總結(jié)一下，這個(gè)人聯(lián)網(wǎng)中的物理層協(xié)議，可以看出它關(guān)注什么：?
包括： 誰能發(fā)送； 什么時(shí)候可以發(fā)送；什么時(shí)候該閉嘴；誰能聽；什么時(shí)候該接收；不想聽了怎么屏蔽等。
既然是物理層，我們必須從生理上（物理硬件）支持這種能力，比如我們可以想象有一根神經(jīng)控制喉嚨此時(shí)是否該震動，另外一根神經(jīng)控制喉嚨震動多少頻率，還有一根神經(jīng)控制振幅多大。再有一根神經(jīng)，控制耳朵打開和關(guān)閉（實(shí)際上人做不到，但計(jì)算機(jī)可以做到）
計(jì)算機(jī)中的物理層協(xié)議
此前，我們已經(jīng)通過人與人的交談來理解物理層，接下來，我們看看計(jì)算機(jī)中的物理層是如何的通信的。
【物理介質(zhì)】
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系基本都是采用馮諾依曼體系，以二機(jī)制為計(jì)算基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)只能處理0/1。這里只討論主流的電子計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，0/1是通過可區(qū)別的電信號來識別，比如某個(gè)電壓范圍為0，謂之低電平，某個(gè)電壓范圍為1，稱之為高電平。以上，是電子計(jì)算機(jī)內(nèi)部的信號處理方式，那計(jì)算機(jī)之間呢？用什么介質(zhì)來進(jìn)行傳導(dǎo)信號呢？
說到這里，大家基本上都知道，有電線（網(wǎng)線），空氣（4g、wifi、藍(lán)牙），光導(dǎo)纖維（光信號）。
當(dāng)然，這里涉及到一些轉(zhuǎn)換，外部信號不一定直接能被內(nèi)部使用，比如光信號，需要轉(zhuǎn)換為內(nèi)部電信號，這就需要調(diào)制解調(diào)器了，如光貓（光電轉(zhuǎn)換）。
【通信規(guī)則】
我們以最簡單的 “網(wǎng)線” 為例，傳遞的實(shí)際還是0/1電平，但不要以為兩臺計(jì)算機(jī)之間，只有”一根線“連接，那只是外部絕緣包裹看起來是一根，但內(nèi)部是有多條線（芯）的。為什么需要這么多線，首先，一臺計(jì)算機(jī)要支持全雙工的方式，就至少要有兩根線，一根發(fā)送0/1，一根接收0/1，夠了嗎？顯然不夠，就像上文講的，我們還需要更多的線來控制 “允許接受”，“允許發(fā)送” 等行為。
另外，不光是規(guī)定一臺計(jì)算機(jī)需要連接幾根線，還需要明確兩臺計(jì)算機(jī)之間的這多根線互相之間怎么。比如，a計(jì)算機(jī)的發(fā)送線需要連到b計(jì)算機(jī)的接收線上等等。
最后，我們來總結(jié)一下，看看這里的物理層協(xié)議它定義了什么：
1. 有幾根線，每根線有什么作用（比如同軸電纜）
2. 兩臺計(jì)算機(jī)之間的線（觸點(diǎn)）該怎么連。（實(shí)際是定義了插頭和插座的規(guī)范，畢竟線不是直接扭在一起）
3. 輸出電壓是多少，不能爆炸了呀
4. 對上提供流程控制邏輯接口（暫定接收、允許發(fā)送，發(fā)送等，發(fā)送和接收微電路控制）
5. 最終發(fā)送的是 0/1 流
6. 一些數(shù)據(jù)校驗(yàn)（容錯(cuò)）
【點(diǎn)對點(diǎn)和廣播】
要能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)，很容易想象直接用網(wǎng)線把兩臺電腦一連即可，如果需要廣播呢？除了我們知道無線電波這種直觀的廣播方式，還能使用集線器、路由器這種設(shè)備，可以支持相當(dāng)于將一臺計(jì)算機(jī)的網(wǎng)線連入多臺計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)廣播。
寫在最后
以上是基于個(gè)人理解的一點(diǎn)總結(jié)，有興趣的同學(xué)可以選一種早期簡單的物理層協(xié)議進(jìn)行深入研究，加深理解。
另外拋出一個(gè)話題，物理層實(shí)際上是解決建立好了0/1的比特流通道，支持點(diǎn)對點(diǎn)和廣播的方式，但一般計(jì)算機(jī)都是處在網(wǎng)絡(luò)中（廣播）。因此，它并沒有解決在廣播網(wǎng)絡(luò)中，想要明確指向發(fā)給誰的能力。而這，便是由更上層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議來解決，有興趣的可以深入了解，后續(xù)有空也會補(bǔ)上相應(yīng)內(nèi)容。
