物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
物理层的主要任务描述为:确定与传输媒体的接口的一些特性，即：
典型的数据通信模型
本例是两个PC机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网进行通信。数据通信系统分成三大部分：
源系统一般包括源点和发送器。源点产生要发送的数据（如图就是PC机的键盘输入的汉字，PC机输出数字比特流；发送器是把源点产生的数字比特流编码成模拟信号并发送到传输系统上。
目的系统一般包括接收器和终点（终点又称目的站或信宿）。接收器接收传输系统发来的模拟信号，并将其解码成数字信号比特流并传输给终点；终点设备获得接收器发来的数字数据并将其显示在屏幕上。
传输系统可能是简单的线路，也可能是复杂的网络系统。
通信的目的是传送消息。
数据(data)——运送消息的实体。
信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。
“模拟信号”——代表消息的参数的取值是连续的。
“数字信号”——代表消息的参数的取值是离散的。
码元(code) —— 在使用时间域的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就成为码元。
在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元。 而这个间隔被称为码元长度。1码元可以携带nbit的信息量
信道一般表示向一个方向传送信息的媒体。所以咱们说平常的通信线路往往包含一条发送信息的信道和一条接收信息的信道。
从通信双方的交互方式来看
基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号
带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。
因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从而信号内容不会发生变化。因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带传输的。
说的通俗一点,基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号，电脑里通过网卡输出的信号都是基带信号。由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从而信号内容不会发生变化。因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带传输的。大多数的局域网使用基带传输，如以太网、令牌环网。常见的网络设计标准10BaseT使用的就是基带信号。
基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制(modulation)。基带信号可能是数字信号，也可能是模拟信号。
调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。
调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。
调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化。
单极性不归零码只使用一个电压值，用高电平表示1，没电压表示0.
双极性不归零码用正电平和负电平分别表示二进制数据的1和0，正负幅值相等。
**单极性归零码（RZ）**即是以高电平和零电平分别表示二进制码1 和0，而且在发送码1 时高电平在整个码元期间T 只持续一段时间τ，其余时间返回零电平双极性归零码正负零三个电平，信号本身携带同步信息。
曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码
这幅图表示“数字信号通过实际的信道”而产生失真的现象。任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。 码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。
1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。
在电子通信领域，波特率即调制速率，指的是信号被调制以后在单位时间内的波特数，即单位时间内载波参数变化的次数。它是对信号传输速率的一种度量，通常以“波特每秒”（Bps）为单位。 波特率有时候会同比特率混淆，实际上后者是对信息传输速率（传信率）的度量。波特率可以被理解为单位时间内传输码元符号的个数（传符号率），通过不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息。
严谨定义，比特率：在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示，其单位为每秒比特数bit/s(bps)、每秒千比特数(Kbps)或每秒兆比特数(Mbps)来表示(此处K和M分别为1000和1000000，而不是涉及计算机存储器容量时的1024和1048576)。 波特率：波特率指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特(Baud)。 波特率与比特率的关系为：比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。 如何区分两者？ 显然，两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的比特率等于波特率；四相调制(单个调制状态对应2个二进制位)的比特率为波特率的两倍；八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)的比特率为波特率的三倍；依次类推。
波特，在调制解调器中经常用到波特这个概念。Bit是信息量 。如果一个码元含有3个Bit信息量 1波特=3Bit/s
香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。
信道的极限信息传输速率 C 可表达为
C = W log2(1+S/N) b/s
W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；
S 为信道内所传信号的平均功率；
N 为信道内部的高斯噪声功率。（S/N为信噪比）
香农公式表明：
导向传输媒体中，电磁波沿着固体媒体传播。
同轴电缆：一种是50欧姆电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆； 另一种是75欧姆电缆，用于模拟传输，即宽带同轴电缆。
非导向传输媒体就是指自由空间，其中的电磁波传输被称为无线传输。
无线传输所使用的频段很广。
短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。
微波在空间主要是直线传播：
长波的传播主要是靠地面波和经电离层折回的天空波来进行的，它的传播距离由发射机的功率和地面情况所决定，一般不超过3000公里。主要用作无线电导航，标准频率和时间的广播以及电报通信等。
中波靠地面波和天空波两种方式进行传播。在传播过程中，地面波和天空波同时存在，有时会给接收造成困难，故传输距离不会很远，一般为几百公里。主要用作近距离本地无线电广播、海上通信，无线电导航及飞机上的通信等。
短波的传播主要靠天空波来进行的，它能以很小的功率借助天空波传送到很远的距离。主要是远距离国际无线电广播、远距离无线电话及电报通信、无线电传真、海上和航空通信等。
超短波，又叫米波或甚高频无线电波。主要传播方式是直射波传播，传播距离不远，一般为几十公里。主要用作调频广播、电视、导航、雷达及射电天文学等。
微波主要是直射波传播。微波的天线辐射波束可做得很窄，因而天线的增益较高，有利于定向传播；又因频率高，信道容量大，应用的范围也很广。主要用作定点及移动通信、导航。雷达定位测速、卫星通信、中继通信、气象以及射电天文学等方面。我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等。
工作特点：它在网络中只起到信号放大和重发作用，其目的是扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力。
最大传输距离：100m
集线器是一个大的冲突域
之所以称集线器为物理层设备，就是它能识别0和1二进制位。
复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。 不使用复用技术有可能造成信道的浪费。
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
FDM is an analog multiplexing technique that combines analog signals.
波的独立传播原理—各波源所激发的波可以在同一介质中独立地传播，它们相遇后再分开，其传播情况（频率、波长、传播方向、周相等）与未遇时相同，互不干扰，就好像没有和其它波相遇一样；
时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度对应的时间）。TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
时分复用可能会造成线路资源的浪费 ，使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。
总结：频分复用是在相同的时间占用不同的带宽；时分复用是在不同的时间占用相同的带宽。时分复用更有利于数字信号的传输。
又叫异步时分复用。提高了效率，但带来了额外的开销，因为给帧加不了同的标记。
波分复用就是光的频分复用。
脉码调制 PCM 体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容的国际标准，即北美的 24 路 PCM（简称为 T1）和欧洲的 30 路 PCM（简称为 E1）。我国采用的是欧洲的 E1 标准。E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。
xDSL(用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务）
标准模拟电话信号的频带被限制在 300~3400 Hz 的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过 1 MHz。xDSL 技术就把 0~4 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。而 DSL 的前缀 x 则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。
上行和下行带宽做成不对称的。
ADSL 在用户线的两端各安装一个 ADSL 调制解调器。
我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术。
DMT(Discrete Multi-tone Technology) 调制技术采用频分复用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端频谱划分为许多的子信道，其中 25 个子信道用于上行信道，而 249个子信道用于下行信道。每个子信道占据 4 kHz 带宽,并使用不同的载波（即不同的音调）进行数字调制。这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。
HFC 网是在目前覆盖面很广的有线电视网 CATV（Community Antenna TV） 的基础上开发的一种居民宽带接入网。HFC 网除可传送 CATV 外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。现有的 CATV 网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而 HFC 网则需要对 CATV 网进行改造 。
HFC 的主要特点
HFC 网的最大优点 ：具有很宽的频带能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。
FTTx（光纤到……）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母 x 可代表不同意思。光纤到家 FTTH (Fiber To The Home)：光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法(155Mb/s)。光纤到大楼 FTTB (Fiber To The Building)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。光纤到路边 FTTC (Fiber To The Curb)：从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体(155Mb/s) 。
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