梳理物理层接口特性、常见传输介质、复用设备和物理层设备的功能与适用场景。

# 物理层接口特性

物理层负责在传输介质上传输比特流。它不关心帧、分组或报文含义，只关心信号如何表示 0 和 1，以及设备之间如何通过物理接口通信。

物理层接口通常包含四类特性：

特性	含义	示例
机械特性	接口外形、引脚数量、排列、连接器规格	RJ45、USB、光纤接口
电气特性	电压范围、电流、阻抗、传输速率、距离	高低电平、电缆传输限制
功能特性	每条信号线的功能	发送、接收、地线、控制线
过程特性	信号发送和接收的时序流程	建立连接、同步、发送顺序

记忆顺序：机械看形状，电气看信号，功能看每根线干什么，过程看通信步骤。

# 传输介质分类

传输介质是信号传输的物理通道，可分为导向传输介质和非导向传输介质。

flowchart TB
    A[传输介质] --> B[导向传输介质]
    A --> C[非导向传输介质]
    B --> D[双绞线]
    B --> E[同轴电缆]
    B --> F[光纤]
    C --> G[无线电波]
    C --> H[微波]
    C --> I[红外线]
    C --> J[卫星通信]

# 双绞线

双绞线由两根带绝缘层的铜线按一定密度互相绞合而成。绞合可以减少电磁干扰。

类型：

类型	英文	特点
非屏蔽双绞线	UTP	成本低，常用于以太网
屏蔽双绞线	STP	抗干扰更强，成本更高

常见应用：

以太网接入。
电话线。
局域网布线。

特点：

成本低。
安装方便。
传输距离和抗干扰能力有限。
现代局域网主流介质。

# 同轴电缆

同轴电缆由中心导体、绝缘层、金属屏蔽层和外护套组成。

特点：

抗干扰能力比普通双绞线强。
传输距离较远。
成本和安装复杂度较高。

历史应用：

早期总线型以太网。
有线电视网络。
宽带接入。

常见以太网命名：

名称	介质
10BASE5	粗同轴电缆
10BASE2	细同轴电缆

# 光纤

光纤使用光信号传输数据，由纤芯、包层和保护层组成。

优点：

传输速率高。
传输距离远。
抗电磁干扰能力强。
保密性较好。
适合骨干网和高速链路。

缺点：

成本较高。
安装和维护技术要求高。
弯曲半径和接续质量会影响性能。

# 多模光纤与单模光纤

类型	特点	场景
多模光纤	允许多条光路径传播，距离较短，成本较低	楼宇、园区内部
单模光纤	只允许单一模式传播，距离远，性能好	城域网、骨干网、长距离通信

# 无线传输介质

无线传输通过电磁波在自由空间传播。

类型	特点	应用
无线电波	穿透能力强，覆盖范围大	广播、移动通信
微波	频率高，方向性强，常需视距传播	地面微波、蜂窝通信
红外线	距离短，不能穿透障碍物	遥控、短距离通信
卫星通信	覆盖范围广，传播时延大	远距离通信、广播

无线介质的主要问题：

容易受干扰。
安全性较差。
信道质量随环境变化。
共享介质竞争明显。

# 物理层设备

物理层设备处理的是比特和信号，不理解 MAC 地址和 IP 地址。

设备	功能	是否隔离冲突域
中继器	再生、放大信号，延长传输距离	否
集线器	多端口中继器，收到信号后广播到所有端口	否
网卡	主机连接网络的接口，完成信号转换	不是中间转发设备

# 中继器

中继器用于连接同类型网络的两个网段，对衰减或失真的信号进行再生和放大。

特点：

工作在物理层。
不检查帧格式。
不隔离冲突域。
不能连接速率、协议差异过大的网络。

中继器只是延长物理链路，不是 “智能转发”。

# 集线器

集线器（Hub）可以看作多端口中继器。

工作方式：

某端口收到比特信号。
集线器把信号转发到其他所有端口。
所有连接设备共享同一带宽和同一冲突域。

特点：

物理层设备。
广播式转发。
半双工。
不学习 MAC 地址。
不隔离冲突域，也不隔离广播域。

集线器和交换机必须区分：集线器按比特广播，交换机按 MAC 地址转发帧。

# 网络适配器

网络适配器也称网卡（NIC），用于主机接入网络。

主要功能：

完成主机与传输介质之间的信号转换。
处理数据链路层的部分功能。
拥有 MAC 地址。
支持以太网、Wi-Fi 等接入方式。

网卡同时涉及物理层和数据链路层：物理上负责信号收发，链路层上提供 MAC 地址和帧收发能力。

# 本节考点

物理层接口特性：机械、电气、功能、过程。
双绞线成本低、常用于局域网；绞合用于减少干扰。
同轴电缆抗干扰较强，早期以太网和有线电视常用。
光纤速率高、距离远、抗干扰强，适合骨干链路。
无线传输易受干扰，安全性和介质访问控制更复杂。
中继器和集线器都是物理层设备，不隔离冲突域。
集线器是多端口中继器，收到信号后向所有端口转发。
网卡具有 MAC 地址，连接主机与网络介质。