计算机网络物理层之数据传输

2023-05-04 10:02:14

网络基础：物理层数据传输详解

物理层：网络传输的基石

计算机网络的物理层是数据传输的基石，负责在物理介质上发送和接收数据。物理层负责建立物理连接、传输数据并控制数据流。

信道、传输介质和调制解调

数据传输通过称为信道的通路进行，信道可以是物理介质（如光纤、双绞线）或逻辑信道（如数据信道）。物理信道使用的介质称为传输介质，介质的选择取决于传输距离、速率、可靠性和成本。调制解调技术将数字信号转换为模拟信号，或将模拟信号转换为数字信号，以便在物理信道上传输。

码元、比特率和误码率

码元是传输信号的基本单位，比特率表示单位时间内传输的码元数量，而误码率衡量传输过程中出错的码元的概率。这些指标共同决定了传输速率和可靠性。

传输时延和可靠性

传输时延是数据从发送端到接收端的耗时，传输可靠性衡量数据准确传输的程度。时延受信道长度、传输速率和信号处理时间的限制，而可靠性则受信道质量、介质、调制解调技术和网络协议的影响。

网络拓扑：连接节点的方式

网络拓扑定义了网络中节点之间的连接方式。常见拓扑包括星形（所有节点连接到中心集线器）、环形（节点连接成环路）、总线（所有节点连接到单根总线）、网格（节点连接成网格状）、树形（节点连接成树状结构）和混合拓扑（混合不同类型）。

介质访问控制：共享介质的协调

当多个节点共享同一个传输介质时，介质访问控制 (MAC) 协议协调各节点的传输以避免冲突。常见 MAC 协议包括信道分配、时分多址 (TDMA)、频分多址 (FDMA)、码分多址 (CDMA) 和载波侦听多路访问 (CSMA)。

代码示例：以太网中的 MAC 地址

以太网中的 MAC 地址是用于标识网络设备的唯一标识符。以下是 C++ 中获取 MAC 地址的示例代码：

#include <iostream>
#include <pcap.h>

int main() {
  // 打开网络接口
  pcap_t *handle = pcap_open_live("eth0", 65535, 1, 1000, NULL);
  if (handle == NULL) {
    std::cerr << "无法打开网络接口" << std::endl;
    return -1;
  }

  // 获取 MAC 地址
  struct bpf_program fp;
  char errbuf[PCAP_ERRBUF_SIZE];
  if (pcap_compile(handle, &fp, "ether proto ipv4", 0, PCAP_NETMASK_UNKNOWN) == -1) {
    std::cerr << "无法编译过滤器" << std::endl;
    pcap_close(handle);
    return -1;
  }
  if (pcap_setfilter(handle, &fp) == -1) {
    std::cerr << "无法设置过滤器" << std::endl;
    pcap_close(handle);
    return -1;
  }

  // 获取第一个数据包
  struct pcap_pkthdr *header;
  const u_char *packet;
  if (pcap_next_ex(handle, &header, &packet) == -1) {
    std::cerr << "无法获取数据包" << std::endl;
    pcap_close(handle);
    return -1;
  }

  // 从数据包中提取 MAC 地址
  const u_char *mac_addr = packet + 6;
  std::cout << "MAC 地址：";
  for (int i = 0; i < 6; i++) {
    std::cout << std::hex << (int)mac_addr[i] << ":";
  }
  std::cout << std::endl;

  // 关闭网络接口
  pcap_close(handle);

  return 0;
}