2.2 物理层
2.2.1 物理层的功能
物理层是OSI参考模型中的最底层，也是最重要、最基础的一层。物理层并不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输介质，而是指在物理传输介质之上为上层提供一个传输原始比特流的物理连接，它是建立在通信介质基础上的、实现设备之间联系的物理接口。物理层主要的任务是为物理上相互关联的通信双方提供物理连接，并在物理连接上透明地传输比特流。物理层的主要功能是提供建立、维护和拆除物理链路所需的机械、电气、功能和规程特性，保证比特流的透明传输。
机械特性规定了物理连接器的形状、规格、尺寸、引脚数量和排列等。电气特性规定了传输二进制位流时线路上的信号电压的高低（用什么电平分别表示0或1）、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。功能特性规定了物理接口上各信号线的功能。规程特性定义了利用信号线传输二进制位流的一组操作规程，即各信号线工作的规则和先后顺序，如怎样建立和拆除物理连接、全双工还是半双工操作以及是同步传输还是异步传输等。
2.2.2 典型协议及接口标准
OSI采纳了各种现成的协议，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN以及FDDI、IEEE 802.3、IEEE 802.4和IEEE 802.5的物理层协议。物理层接口标准很多，分别应用于不同的物理环境。其中EIA RS-232C是一个25针连接器且许多微机系统都配备的异步串行接口，CCITT X.21是公用数据网同步操作的数据终端设备（DTE）和数据电路端接设备（DCE）间的接口。
EIA RS-232C是由美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）在1969年颁布的一种目前使用最广泛的串行物理接口，其中RS是指Recommended Standard，其意思是推荐标准，232是标识号码，而后缀C则表示该推荐标准已被修改过的次数。
RS-232标准提供了一个利用公用电话网络作为传输媒体，并通过调制解调器将远程设备连接起来的技术规定。远程电话网相连接时，通过调制解调器将数字转换成相应的模拟信号，以使其能与电话网相容；在通信线路的另一端，另一个调制解调器将模拟信号逆转换成相应的数字数据，从而实现比特流的传输。图2.5给出了两台远程计算机通过电话网相连的结构框图。从图中可以看出，DTE（数据终端设备）实际上是数据的信源或信宿，而DCE（数据通信设备）则完成数据由信源到信宿的传输任务。RS-232C标准接口只控制DTE与DCE之间的通信，与连接在两个DCE之间的电话网没有直接的关系。
图2.5 RS-232C的远程连接和近地连接
RS-232C标准接口也可以用于直接连接两台近地设备，如图2.5（b）所示，此时既不使用电话网也不使用调制解调器。由于这两种设备必须分别以DTE和DCE方式成对出现才符合RS-232C标准接口的要求，所以在这种情况下要借助一种采用交叉跳接信号线方法的连接电缆，使得连接在电缆两端的DTE通过电缆看对方都好像是DCE一样，从而满足RS-232C接口需要DTE和DCE成对使用的要求。这根连接电缆也称为零调制解调器（Null Modem）。
RS-232C的机械特性规定使用一个25芯的标准连接器，并对该连接器的尺寸及针或孔芯的排列位置等都做了详细说明。
RS-232C的电气特性规定逻辑1的电平为-15～-3V，逻辑0的电平为+3～+15V，即RS-232C采用+15V和-15V的负逻辑电平，+3V和-3V之间为过渡区域，不做定义。RS-232C接口的电气特性如图2.6所示，其电气表示如表2.1所示。
图2.6 RS-232C的电器特性
表2.1 RS-232C电器信号表示
RS-232C电平高达+15V和-15V，较之0～3V的电平来说具有更强的抗干扰能力。但是，即使用这样的电平，若两设备利用RS-232C接口直接相连（即不使用调制解调器），它们的最大距离也仅约15m，而且由于电平较高，通信速率反而受到影响。RS-232C接口的通信速率小于20Kb/s（标准速率有150b/s、300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s等几挡）。
RS-232C的功能特性定义了25芯标准连接器中的20根信号线，其中2根地线、4根数据线、11根控制线、3根定时信号线、剩下的5根线作为备用或未定义。表2.2所示为其中最常用的10根信号的功能特性。
表2.2 RS-232C的功能特性
RS-232C的DTE-DCE连接如图2.7所示。若两台DTE设备，如两台计算机在近距离直接连接，则可采用如图2.8所示的方法，图2.8（a）所示为完整型连接，图2.8（b）所示为简单型连接。
图2.7 RS-232C的DTE-DCE连接
图2.8 RS-232C的DTE-DTE连接
RS-232C的工作过程是在各根控制信号线有序的ON（逻辑0）和OFF（逻辑1）状态的配合下进行的。在DTE-DCE连接的情况下，只有CD（数据终端就绪）和CC（数据设备就绪）均为ON状态时，才具备操作的基本条件。此后，若DTE要发送数据，则必须先将CA（请求发送）置为ON状态，等待CB（清除发送）应答信号为ON状态后，才能在BA（发送数据）上发送数据。