物理层

物理层

我们以一个非常简单的例子开始：

两服务器通讯问题

两服务器通讯问题

如上图，有两台服务器，分别是 Server 1 和 Server 2 。我们先做一个假设：计算机网络现在还没有被发明出来，作为计算机科学家的你，想在这两台服务器间传递数据，怎么办？

这时，你可能会想到，用一根电缆把两台服务器连接起来：

通过电缆实现通讯

物理课大家都学过，电线可以分为 低电平 和 高电平 。电平可以高低变化，这样不就可以传递信息了么：Server 1 控制电缆电平的高低， Server 2 检测电平的高低，这样就实现了 Server 1 往 Server 2 发送数据啦！

更进一步，可以将高低电平抽象成数学语言：我们用低电平表示 0 ，高电平表示 1 ，这样就得到一个理想化的信道：

理想化信道

通过信道，双方可以传递一些 01 比特流。例子中，我们传输的比特流是 1111010101… (从右往左看)。比特流可以编码任意信息：比如，我们用 1111 表示告诉对方本地开机了，用 0000 告诉对方本地准备关机了。

到目前为止，我们是不是万事具备了呢？一个比特流信道成为现实？——理论上是这样子的。但是，现实世界往往要比理想化的模型复杂一些。

发送控制

信道无穷无尽

首先，如上图，信道是无穷无尽的。因为，信道状态要么为 0 ，要么为 1 ，没有一种表示空闲的特殊状态。

结尾在哪？

举个例子，如上图， Server 1 向 Server 2 发送比特序列 101101001101 (从右往左读)。最后一个比特是 1 ，对应的电平是高电平。发送完毕后，由于没有没有其他地方改变电缆的电平，所以还是维持高电平状态。也就是说，信道看起来还是按照既定节拍，源源不断地发送 1 (灰色部分)， Server 2 怎么检测结尾在哪里？

我们可以定义一些特殊的比特序列，用于定义开头结尾： 101010 表示开头， 010101 表示结尾。

引入控制比特

这时， Server 1 先发送 101010 (红色)，告诉 Server 2 我要开始发数据了；然后， Server 1 开始发送数据 1101011 (黑色部分)；最后， Server 1 发送 010101 (绿色)，告诉 Server 2 数据发送完毕。注意到，平时信道为 1 (灰色)，也就是代表空闲状态。