物理层主要任务
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。该层次的主要任务是：确定传输媒体的接口的一些特性，包括：
- 机械特性：接口的形状，大小，引线的数目
- 电气特性：规定电压范围（-5V到+5V）
- 功能特性：规定-5V代表0，+5V代表1
- 过程特性：也称规程特性，规定建立连接时各个相关部件的工作步骤
基础知识
1、数字信号，模拟信号
模拟信号代表消息的参数的取值是连续的（正弦波、余弦波）。
数字信号代表消息的参数的取值是离散的（0、1）。
2、码元
码元是指在使用时间域的波形表示数字信号时，代表的不同离散数值的基本波形。
3、信道
信道一般指的就是发送消息的传输媒体。
- 单工通信：只能一方发送数据，一方接受数据（广播）。
- 半双工通信：双方都可以接受数据，发送数据，但是不能同时进行（对讲机）。
- 双工通信：双方可以同时接受数据和发送数据（打电话）。
4、基带信号，带通信号
基带信号：基本频带信号，指来自信源的信号，直接表达了要传输的信息。
带通信号：将基带信号通过调制后的信号，方便在信道中传输。
5、调制方法
将基带信号调制成带通信号的几种方法：（针对于远程传输模拟信号来说）
- 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。
奈氏准则和香农定理
奈氏准则
奈氏准则：1924年，奈奎斯特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，使接收端对码元的识别称为不可能。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。
香农定理
香农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：
$$ C = W log_2(1+S/N) $$
其中W为信道的带宽（单位为Hz）；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。
香农公式表明：
1、信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
2、只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
3、若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。
4、实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。
奈氏准则和香农公式的应用范围
物理层的传输媒体
导向传输媒体
双绞线：屏蔽双绞线，无屏蔽双绞线
同轴电缆：50Ω用于数字传输，多用于基带传输，也叫基带同轴电缆，70Ω用于模拟传输，即宽带同轴电缆。
光缆：单模光纤只能传输一种电磁波，多模光纤能传输多种电磁波。
非导向传输媒体
短波通信：靠电离层反射，通信质量一般比较差。
微波通信：主要是直线传播（地面微波接力通信、卫星通信）。
信道复用技术
复用是通信技术中的基本概念。
频分复用（FDM）
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）。
说明：三种信号的波先经过调制之后相加得到一个总的波形，接收端接收到之后进行解调，依次分解出三种信号。例如打电话就是这样。时分复用（TDM）
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。
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。
可以看到一个时间片内有很多空余的位置，这样就造成了浪费。统计时分复用（STDM）
说明：就是在信号中标注这个信号是从哪个用户发送过来的，接收到之后根据这些标记进行分解。这里放数据时是没有顺序的。波分复用（WDM）
波分复用就是光的频分复用。