1. 物理层的基本概念
物理层考虑的是 怎样才能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。
可以将物理层的主要任务描述为 确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即：
1. 机械特性： 指明接口所用接线器的形状和尺寸，引脚数目和排列，固定和锁定装置；
2. 电气特性：接口电缆的各条线上出现的电压的范围；
3. 功能特性： 某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义；
4. 过程特性：对于不同功能的各种可能事件的出现顺序；
数据在计算机中多采用并行传输方式； 但数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是 串行传输（出于经济上的考虑），即逐个比特按照时间顺序传输。
2. 数据通信的基础知识
数据通信系统的模型：
一个数据通信系统可划分为3大部分： 源系统（发送端，发送方）、传输系统（传输网络）和 目的系统（或接收端，接收方）
输入信息——源点（信源）——输入数据——发送器（调制器）——发送的信号——传输系统——接收的信号——接收器（解调器）——输出数据——终点（信宿）——输出信息
通信的目的是：传送消息（话音，文字，图像，视频等）； 数据是运送消息的实体，通常是有意义的符号序列；这种信息的表示可用计算机处理或产生，信号是数据的电气或电磁的表现；
信号分为两大类： 模拟信号（连续信号，代表消息的参数的取值是连续的）； 数字信号（离散信号，代表消息的参数的取值是离散的）；
在使用时间域（时域）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称为 码元。（0 和 1）
关于信道的几个基本概念
信道： 信道和电路并不等同； 信道一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体； 一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道；
通信双方有三种信息交互的基本方式：
1. 单向通信（单工通信）：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互； 如：无线电广播，有线电广播，电视广播；
2. 双向交替通信（半双工通信）： 通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（也不能同时接收）；
3. 双向同时通信（全双工通信）：通信的双方可以同时发送和接收信息；
来自信源的信号称为“ 基带信号”（基本频带信号）；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。
调制分为两大类：
1. 仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍是基带信号，这种调制称为 基带调制； 由于这种基带调制是把数字信号转换为另一种形式的数字信号，因此此过程称为 “编码”；
2. 此类调制需要使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转移为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输，经过载波调制后的信号称为 带通信号（仅在一段频率范围内能够通过信道），而使用载波的调制称为 带通调制；
常用编码方式： 不归零制， 归零制， 曼彻斯特编码， 差分曼彻斯特编码；
基本的带通调制方法：
a. 调幅（AM）：载波的振幅随基带数字信号而变化， 如： 0或1 分别对应 无载波 / 有载波 输出；
b. 调频（FM）： 载波的频率随基带数字信号而变化，如：0或1 分别对应于 频率 f1 或 f2
c. 调相（PM）： 载波的初始相位随基带数字信号而变化， 如： 0或1 分别对应于 相位0度 或 180度；
还有其他 更加复杂的多元制的振幅相位混合调制方法， 如： 正交振幅调制 QAM
信道的极限容量
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。 数字通信的优点是： 在接收端只要我们能从失真的波形识别出原来的信号，那么这种失真对通信质量就没有影响。
限制码元在信道上的传输速率的因素有两个：
1. 信道能够通过的频率范围：
码间串扰； 奈式准则： 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（或 识别 ）成为不可能。
2. 信噪比：
信噪比：信号的平均功率 和 噪声的平均功率之比，记为 S/N， 用分贝（dB）作为度量单位；
信噪比 (dB ) = 10 log10( S/N ) (dB )
香农公式： 信道的极限信息传输速率C: C=W log2( 1 + S/N ) (b/s)
3. 物理层下面的传输媒体
传输媒体 也称为： 传输介质 或 传输媒介，它就是 数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路；
传输媒体 可分为两大类： 导引型传输媒体（双绞线，同轴电缆，光缆，架空明线） 和 非导引型传输媒体（短波通信，微波接力通信， 卫星通信）
4. 信道复用技术
（1）频分复用FDM ： 用户在分配到一定的频带后，在通信过程中始终占用这个频带； 所有的用户在同样的时间占用不同的带宽资源；
（2）时分复用 TDM ： 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；所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度；
复用器 和 分用器
统计时分复用（STDM）:改进的时分复用，明显地提高信道的利用率； 统计时分复用又称为 异步时分复用； 普通的时分复用 称为 同步时分复用；
（3）波分复用（WDM）：光的频分复用，使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号，使光纤的传输能力可成倍提高；密集波分复用DWDM
（4） 码分复用（CDM）： 码分多址CDMA ； 每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信；由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰； 有很强的抗干扰能力。
在CDMA中， 每一个比特时间再划分为 m 个短的间隔，称为 码片（chip）。通常m 的值是 64 或 128.
扩频通信 分为两大类： 1. 直接序列扩频DSSS ，eg：使用码片序列； 2. 调频扩频 FHSS
CDMA系统的一个重要特点是： 这种体制给每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同，而且还必须互相正交。在实用的系统中是使用伪随机码序列。
5. 数字传输系统
SDH/SONET 标准： 定义了标准光信号，制定了统一的数字传输标准； 已经成为公认的 新一代理想的传输网体制；
SONET同步光纤网， SDH 同步数字序列；
6. 宽带接入技术
宽带接入分为： 有线宽带接入， 无线宽带接入； 本书 只讨论 有线宽带接入
（1）ADSL技术 （非对称数字用户线）： 用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务；
ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个ADSL 调制解调器； 目前采用的是 离散多音调DMT（多音调，就是 多载波，多子信道）；
基于ADSL 的接入网 由以下三大部分组成： 数字用户线接入复用器 DSLAM， 用户线， 用户家中的一些设施。
DSLAM包括 许多ADSL调制解调器（又称为： 接入端接单元 ATU ）； 电话分离器
ADSL 最大的好处就是： 可以利用现有电话网 中的用户线，不需要重新布线；
ADSL 是借助于在用户线两端安装的ADSL 调制解调器（即 ATU-R 和 ATU-C ）对数字信号进行了调制，使得调制后的数字信号的频谱 适合在原来的用户线上传输。 用户线本身并没有发生变化，但给用户的感觉是：加上ADSL 调制解调器的用户线好像能够直接把用户PC 产生的数字信号传送到 远方的ISP。正因为如此，原来的用户线加上两端的调制解调器就变成了可以传送数字信号的数字用户线 DSL；
（2）光纤同轴混合网（HFC 网）：
HFC 是在目前覆盖面很广的 有线电视网的基础上开发的 一种 居民宽带接入网； 除了可传送电视节目外，还能提供电话、数据和 其他宽带交互型 业务。
要使现有的模拟电视机能够接收 数字电视信号，需要把一个叫做 机顶盒 的设备连接在 同轴电缆 和 用户的电视之间。但为了使用户能够利用 HFC 网接入到因特网，以及在上行信道中传送交互数字电视所需的一些信息，我们还需要增加一个 为HFC 网使用的调制解调器（电缆调制解调器）。
电缆调制解调器不需要成对使用，而只需安装在用户端，但是比ADSL 使用的调制解调器 复杂得多。
3. FTTx 技术
光纤到户 FTTH： 把光信号转换为电信号，使用户获得最高的上网速率；
多种宽带光纤接入方式（ FTTx ）： 光纤到路边/小区/大楼/楼层/办公室/桌面