物理層解決如何在鏈接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據比特流，而不是指具體的傳輸媒體。 物理層的主要任務：確定傳輸媒體的接口的一些特性，包括—— 機械特性：接口形狀，大小，引線數量 電氣特性：例如規定電壓范圍（-5V ~ 5V） 功能特性：例如規定-5V上0，+5V是1 過程特性：也稱規程特性，規定建立連接時各個相關部件的工作步驟
2、數據通信基礎知識
2.1 通信的目的是傳送消息
數據（data）：運送消息的實體 信號（signal）：數據的電氣或電磁的表現 a. 模擬信號——代表信息的參數的取值是連續的 b. 數字信號——代表信息的參數的取值是離散的 碼元（code）：在使用時間域的波形表示數字信號時，代表不同離散數值的基本波形。在數字通信中常常用時間間隔相同的符號表示一個二進制數字，這樣的時間間隔內的信號稱為二進制碼元。這個間隔稱為碼元長度，1 code可以攜帶n bit信息量（此時電壓會有多個取值，例如1，2，…，7V，而不是只有2個取值）。
2.2 信道的概念
信道一般表示向一個方向傳輸信息的媒體。所以通信線路往往包含一條發送信息的信道和一條接收信息的信道。 單向通信（單工通信）：只能有一個方向的通信，沒有反向交互 雙向交替通信（半雙工通信）：通信的雙方都可以發送信息，但是不能雙方同時發送或接收 雙向同時通信（全雙工通信）：通信的雙發可以同時發送和接收
2.3 什么是基帶（baseband）和帶通（base pass）信號
基帶信號（基本頻率信號）：來自信源的信號，例如計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數據信號都屬於基帶信號。基帶信號就是發出的直接表達了要傳輸的信息的信號，比如說我們說話的聲波。 帶通信號：把基帶信號經過載波調制后，把信號的頻率范圍遷移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內能夠通過信道）。 因此在傳輸距離較近時，采用基帶傳輸方式（衰減不大，信號內容不會變化）。傳輸距離較遠時，采用帶通傳輸方式，例如從計算機到監視器，打印機等外設的信號。
2.4 幾種基本的調制方法
從基帶信號到帶通信號，涉及到調幅（AM），調頻（FM），調相（PM）。
2.5 常用編碼方式
單極性不歸零編碼：只使用一個電壓值，高電平表示1，低電平表示0 雙極性不歸零編碼：用幅值相等的正負電平表示二進制數1和0 單極性歸零編碼：發送碼1時高電平在整個碼元期間只持續一段時間，其余時間返回零電平 雙極性歸零編碼：正負零三個電平，信號本事攜帶同步信息
曼徹斯特編碼：單極性編碼的缺點是沒有辦法區分此時是沒有信號，還是有信號，但是信號是0。這種編碼方式是bit中間有信號，低-高跳轉表示0，高-低跳轉表示1，一個時鍾周期只可以表示一個bit，並且必須通過兩次采樣才能得到一個bit。它能攜帶時鍾信號，而且能區分此時是沒有信號還是信號為0
差分曼徹斯特編碼：抗干擾能力比曼徹斯特編碼更強。bit與bit之間有信號跳變，表示下一個bit為0，bit與bit之間沒有信號跳變，表示下一個bit為1
2.6 信道極限容量
信道極限容量取決於失真的大小，當失真過大時，接收信號無法還原發送信號。
2.7 奈氏（Nyquist）准則
在理想條件下（無噪聲/干擾/失真），為了避免碼間串擾，碼元的傳輸速率是有上限的。如果信道的頻帶越寬（信號高頻分量越多），則用更高的速率傳輸碼元也不會出現碼間串擾。
2.8 信噪比和香農（Shannon）公式
信道的極限信息傳輸速率C（帶寬受限且有Gauss白噪聲干擾時的信道極限且無差錯時的信息傳輸速率）可表示為：C = W log2 ( 1 + S / N )b/s ，其中，W是信道的帶寬（Hz）；S是信道內所傳信號的平均功率；N是信道內的Gauss噪聲的功率。可以發現，減少速度和增大功率能提高准確度。信道的帶寬或信道中的信噪比（S / N）越大，則信息的極限傳輸速率C就越高；只要信息傳輸速率小於信道的極限傳輸速率C，就一定能實現某種無差錯傳輸； 若帶寬W或信噪比（S/N）沒有上限，則極限傳輸速率C也沒有上限（雖然不可能）；實際上，信道能達到的最高傳輸速率要比C低不少。
2.9 奈氏准則和香農公式的應用范圍
3、物理層下面的傳輸介質
3.1 導向傳輸媒體
導向傳輸媒體中，電磁波沿着固體媒體傳播。
3.1.1 雙絞線：屏蔽 / 非屏蔽雙絞線（STP / UTP）
3.1.2 同軸電纜：50歐姆同軸電纜（基帶同軸電纜）——用於數字傳輸，多用於基帶傳輸；75歐姆同軸電纜（寬帶同軸電纜）——用於模擬傳輸，多用於帶通傳輸；
3.1.3 光纜
3.1.3.1 網線
a. 直通線：雙絞線夾線順序兩端一致（1白橙2橙3白綠4藍5白藍6綠7白棕8棕），這是100M的標准（568B），也稱正線/標准線/直通線。當用於10M和100M時，下圖只用了1，3，2，6線。對於1000M的網絡，8根線都會用上。直通線應用最廣，這種類型的以太網電纜用來實現以下連接，如主機到交換機/集線器，路由器到交換機/集線器。
b. 交叉線：一般不同設備連接用直通線，同類設備用交叉線。也用於集線器到交換機，路由器到主機連接。注意，現在網卡能夠自動協商，所以交叉線和直通線已經無所謂了，連錯了也沒關系。
3.1.3.2 光纖
a. 單模光纖：只能傳輸一種電磁波；直徑小；用於有線電視網絡，傳播特性好，帶寬可達10GHz，可以在一根光纖中傳輸60套PAL-D電視節目。
b. 多模光纖：能傳輸多種電磁波；直徑大；
3.2 非導向傳輸媒體
非導向傳輸媒體指自由空間，其中的電磁波傳輸稱為無線傳輸。無線傳輸的頻段很廣。短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質量較差；微波在空間主要是直線傳播（延遲大）——地面微波接力通信；微信通信。 電信領域使用的電磁波的頻譜如下：
3.3 物理層設備
集線器：工作特點是在網絡中只起到信號放大和重發作用，目的是擴大網絡的傳輸范圍，而不具備信號的定向傳送能力。最大傳輸距離是100m；集線器是一個大的沖突域（意思是某個時間點只能是2台設備進行通信）。現在很少用集線器了，它不安全，一般用交換機。
（集線器）
（交換機）
4、信道復用技術
復用（multiplexing）是通信技術中的基本概念。
4.1 分頻復用（FDN: frequency division multiplexing）
用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中始終站用這個頻帶。頻分復用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（帶寬指頻率帶寬不是數據的發送速率）。
4.2 分時復用（TDN: time division multiplexing）
實現機制：
注意：時分復用可能會造成線路資源的浪費，由於計算機數據的突發性質，用戶對分配到的子信道的利用率一般不高。
4.3 統計分時復用（STDM: statistic TDM）
需要在放置前添加標記
4.4 分波復用（WDM: wavelength division multiplexing）
就是光的分頻復用
4.5 碼分復用
常用的名詞是碼分多址CDMA（Code Division Multiple Access）。各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。這種系統發送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似於白噪聲，不易被敵人發現。每一個比特時間划分為m個短的間隔，稱為碼片（chip）。
任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規格化內積都是1。任何一個碼片向量和該碼片反碼向量的規格化內積都是 -1。
缺點：表示一個bit需要更多的數據。
5、數字傳輸系統
主要講的是廣域網的數據傳輸。脈碼調制（PCM）技術。歐洲是E1標准（30路），北美是T1（24路，時分復用）。
6、寬帶接入技術
6.1 非對稱數字用戶鏈路ADSL
使用電話線。用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造（xDSL），把 0 - 4 kHz 留給傳統電話使用，把原來沒有利用的高頻譜段留給用戶上網使用。
基於ADSL的接入網組成如下圖，
數字用戶線接入復用器DSLAM（DSL Access Multiplexer） 接入端單元（Access Termination Unit） ATU-C（C表示端局Central Office） ATU-R（R代表遠端Remote） 電話分離器PS（POTS Splitter）
6.2 DMT技術
采用頻分復用，把40kHz以上一直到1.1MHz的高頻譜划分為徐隊子信道，其中25個子信道用於上行信道，249個子信道用於下行信道（因為下載的情景多於上傳）。每個子信道占據4kHz的帶寬，並使用不同的載波進行數字調制。這種做法相當於在一對用戶線上使用許多小的調制解調器並行地傳輸數據。
6.3 光纖同軸混合網HFC（Hybrid Fiber Coax）
HFC網是在目前覆蓋范圍很廣的有線電視網CATV基礎上開發的一種居民寬帶接入網。除了可以傳送CATV外，還可以提供電話、數據和其它寬帶交互型業務。現有CATV網是樹形拓撲結構的同軸電纜網絡，它采用 模擬技術的頻分復用 對電視節目進行單向傳輸。HFC需要對CATV網進行改造。
每個用戶要安裝一個用戶接口盒： 
6.4 FTT技術（光纖到XX技術）