网络物理层方案与网络分层模型

Posted 2021-09-20 zkccnb

网络物理层方案与网络分层模型

最后，我们来到了整个网络的最底层——物理层。去简单看看想要真正实现互联网的强大功能，需要采用什么样的技术？和物理层比起来，之前讲过的所有层次都属于抽象层，为我们逐层抽象了各个接口。所以在最后的最后，我们需要整体领略一下这些抽象层是如何抽象下层的，这就是网络分层模型。

一、 物理层的工作

物理层是干啥的呢？它不像上面的层次那样搞一些抽象，要做的事情就是最朴实无华的：把数据从一个地方发送到远程的另一个地方。这个事情听起来很简单，但确实整个计算机网络协议栈最复杂的问题。这里我们从“怎么发数据”这个侧面简单窥见一下这个问题。

发数据有啥难的呢？两端接一根线开始收发就可以了啊。。（自动化专业的或许还记得本科做微机原理实验时做到的UART通信实验）。可是当把原始的通信技术用于互联网中，事情还会这么简单吗？

1. 电路交换

什么是电路交换呢？这种通信方案需要在通信两端建立一个“实打实”的线路。**而这种线路的形成需要两个端设备间的所有交换机都为维护这个连接而服务。**意味着啥呢？就好像通信两点之间搭出一个桥梁，专门用于两点间的通信。这时，就没有所谓“数据包”、“分组”的概念了，数据直接用流传输。那么这种方案有什么优缺点呢？

• **优点：**专线专用，不易丢失数据，这条线上的带宽很大程度都可以为连接所使用，通信双方的使用体验提高。
• **缺点：**缺点也很明显！当主机数量巨大时，维护“专线专用”一定需要消耗交换机中大量的资源；消耗计算、内存资源也就算了，可能还会消耗物理资源，因为线路专享，意味者多主机的情况下还需要搭建多条物理上的线路。。

当然，在电路交换中，有一种策略叫做**“线路复用”。可以按线路占用时间或线路频率**复用通信线路。啥意思呢？就是说同一条线路，就你自己用太浪费了！你得和他人共享啊。。咋共享呢？

• 时分复用：指按照时间片来复用线路（联想操作系统对CPU算力的复用），你用一秒，我用一秒。。。。
• **频分复用：**指按照通信频率来复用线路，你在频率为100HZ-1000HZ的频段发送数据，我在频率为1000HZ-10000HZ的频段发送数据。。。

尽管提出了线路复用策略，但遗憾的是电路交换还是不能用于互联网物理层的解决方案。因为互联网的性质是主机实在太多了。。再怎么复用也撑不住，而且也会消耗中间交换机大量的计算资源，得不偿失。电路交换策略目前广泛应用于电话服务或者军用通信中。

2. 分组交换

分组交换和电路交换不同，所有的线路都是共享的，绝对没有独占的概念！咋做到共享的啊？？就是发送方把数据分成一个个数据包，一个个的向网络中发出去。（是不是像极了现实生活中的快递业务？你说快递公司可能为你单独开辟一条专线吗？？？不可能吧。。各个快递线路都是所有人的包裹共享的啊！）

说到这，你也发现了，今天互联网采用的解决方案正是分组交换。分组交换虽然没有电路交换那样单点通信优秀的性能，但是共享性非常高，有效地减轻了线路交换机的压力。事实证明，选择这条路确实是正确的，正是分组交换策略从最底层保证了我们今天使用计算机网络的便捷快速！

二、网络分层模型

之前在应用层讲过**“网络应用模型”，而这里要将的是“网络分层模型”**。二者有啥关系呢？我觉得其实没啥关系。

• 网络应用模型 是指编网络应用程序时我们采用、遵循的某种程序架构，常用的网络模型主要有：CS模型、BS模型、P2P模型、P2P+CS模型。。。

• 网络分层模型 则是指整个计算机网络协议栈的分层架构。
  
  图1 两种网络分层模型

  一般流行的分层说法有两种：OSI七层模型 和 TCP/IP四层模型。一般来说我们更喜欢讨论TCP/IP的分层模型。我学习计算机网络的时候看的书是《计算机网络自顶向下方法》，这本书推荐的模型就是就是TCP/IP四层模型，在此基础上又把网络接口层具体分为链路层和物理层。所以我个人比较习惯于把计算机网络层次描述为：应用层->传输层->网络层->链路层->物理层。

  实际上在真实的网络环境中，这种分层的界定有时也没有那么严格。完全可以根据每个人的学习路线和自己的理解去描述，自圆其说即可。