一、这一层只管发比特

物理层不做任何「理解」：

第四行是理解物理层的关键：线上没有「包」，只有连续的信号。 所谓「帧」是链路层事后划分出来的——物理层只负责把这些位一个个送出去。 所以物理层没有「丢包」这个说法，只有「误码」。 第三行解释了一个现象：CRC 是网卡（链路层）算的，不是物理层算的。 所以线上出现一个比特翻转，物理层不知道，链路层算 CRC 才发现，然后把整帧丢掉。 这就是「物理层出错，表现为链路层丢帧」的原因。

二、比特时间

速率越高，一个比特占的时间越短：

第二列是「一个比特占多久」：10 Mbps 时一个比特占 100 纳秒， 10 Gbps 时只占 0.1 纳秒——差一百倍。 这个数决定了收发器的时钟精度要求。 第三列是「一个满帧占多久」：10 Mbps 下 1500 字节要占线路 1.2 毫秒， 10 Gbps 下只要 1.2 微秒。 这个数决定了「一台设备能同时处理多少路」。 注意单位在变：低速时用微秒，高速时用纳秒。 这不是为了好看，是因为「1.2 微秒」写成「0.0012 毫秒」太难读。 工程上换单位往往意味着「量级变了」。

三、物理层的故障长什么样

三种典型表现，和上面几层完全不同：

第一行是最常见的：网卡统计里有一个「CRC 错误」计数，它涨就说明物理层有问题。 这时候上面几层看到的都是「丢包」，但根因在最底下。 所以「丢包排查」的第一步应该是看 CRC 计数，不是先怀疑路由。 第二行那个「协商降级」很隐蔽：千兆网卡协商成了百兆，网络还能用，只是慢。 原因常常是网线只有四芯（百兆线）或者水晶头压得不好。 所以「换了根线网速变快」不是玄学。 第三行那个「反复 up/down」是最容易定位的：因为它会在系统日志里留下明确记录。 看到这种日志，直接查物理连接就行，不用往上找。

四、动手 Demo：物理层只有一件事——把比特发出去

算四个速率下的比特时间与满帧时间。 单位从微秒跨到纳秒，这就是量级变化。

for mbps in (10, 100, 1000, 10000):
    ns = 1000.0 / mbps
    tx = 1500 * 8 / (mbps * 10 ** 6) * 1e6
    print('%-8d Mbps  %7.2f 纳秒/比特  %8.2f 微秒/帧'
          % (mbps, ns, tx))

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
物理层只有一件事——把比特发出去
--------------------------------------------------------------------
**物理层没有「报文」这个概念，只有信号。**所以它的指标是「一个比特占多长时间」。

  速率           1 比特多少纳秒     1500 字节发完多少微秒
  --------------------------------------------------------
  10 Mbps        100.00             1200.00
  100 Mbps       10.00              120.00
  1000 Mbps      1.00               12.00
  10000 Mbps     0.10               1.20

**第二列是「一个比特占多久」，第三列是「一个满帧占多久」**：
**10 Mbps 下，一个 1500 字节的帧要占线路 1.2 毫秒**；**10 Gbps 下只要 1.2 微秒。**
**这两个数决定了设备的时间精度要求**：**10 Gbps 的网卡，时钟抖动超过几百皮秒就会误码。**
**所以高速链路对晶振的要求比低速链路苛刻几个数量级。**
**物理层的问题表现也和上面几层不同**：
**它不会「丢包」，它只会「误码」**——**一个比特翻了，CRC 就会发现，然后整帧被丢**。
**在网卡统计里这体现为「CRC 错」，不是「丢包」。**

10 Mbps 时 100 纳秒一个比特，10 Gbps 时 0.1 纳秒：正好差一千倍，因为速率差一千倍。 「微秒/帧」这一列从 1200 降到 1.2：10 Mbps 下一个满帧占线路 1.2 毫秒， 换算成微秒就是 1200。 所以表里第三列的单位是微秒，不是毫秒。 这两个数在实际工程里各有用处：「纳秒/比特」决定收发器的时钟要求； 「微秒/帧」决定交换机的缓存深度——因为「存一个帧再转发」至少要缓存这么多时间的数据。

30 秒实验

1. 算一下 400 Gbps 下 1 比特占多少皮秒。
2. 算一下：10 Gbps 链路上，1 毫秒能传多少字节？
3. 想一下：为什么「线越长，能跑的速率越低」？

常见误区

1. 以为物理层会「丢包」。 它只会「误码」，丢帧是链路层算 CRC 之后做的。
2. 以为速率协商是软件问题。 协商结果取决于线材与接头，千兆变百兆常常是网线只有四芯。
3. 以为「换了根线变快」是玄学。 它是物理层的直接改善，CRC 错减少、协商速率回升。

下一节往上一层：网络接口层（数据链路层）。

• ☐ （本节完，下一节 2.4.3 网络接口层（数据链路层））

相关笔记

• TCP／IP与OSI参考模型
• 网络接口层（数据链路层）
• 📚 图解TCP／IP · 索引