一、物理层含义
物理层（Physical Layer）是计算机网络OSI模型中最低的一层。物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，而提供具有机械的，电子的，功能的和规范的特性。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。
二、物理层功能
- 为数据端设备提供传送数据通路
- 传输数据
三、物理层传输方式
（1）串行和并行通信
（我们上网用的是串行接口。大白话就是网线用的是串行接口。）
按照数据通信使用的信道数，可分为：
1. 串行通信：将一个字符的二进制代码从低位到高位依次传输，需要建立一个信道
2. 并行通信：将一个字符的二进制代码同时通过8条并行的通信信道发送，每次发送一个字符，需要建立8个信道，但造价较高，远程通信一般使用串行通信
并行通信：主要用在短距离信号输出上面，比如打印机连接计算机的接口是并行通信。
串行通信：主要用于远距离传输上，比如我们的上网接口。
（2）单工，半双工和全双工通信
（数据链路层协议和网络拓扑应该是互相适应的，有些协议是全双工的，有些是半双工，因为数据链路层的数据 靠物理层传输所以在这里提前讲了）
按照信号传送方向和时间的关系，可分为：
单工通信：只能一个方向传输，例如寻呼机
半双工通信：双向传送，但一个时间只能一个方向发送信息，例如对讲机
全双工通信：可以同时发送信息，并且双向传送，例如手机
（3）同步技术
1、为统一时钟频率服务器和客户端在物理层上采用位同步技术
为了正确同步服务器和客户端的时钟频率，以便准确编码和解码数字信息。采用位同步技术，目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，有下面两种方式:
△外同步——发送端发送数据时同时发送同步时钟信号，接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。
△自同步——通过特殊编码(如曼彻斯特编码)，这些数据编码信号包含了同步信号，接收方从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。
我们常见的以太网在物理层用的就是自同步，来同步时钟频率。
2、异步传输与同步传输问题
3、透明传输在数据链路层实现
因为数据链路层的帧是有帧定界的，如果该帧上面传递的数据，意外包含了帧定界的，采取以下措施：
当信息字段中出现和标志字段一样的比特(0x7E)组合时，就必须采取一些措施使这种形式上和标志字段一言的比特组合不出现在信息字段中。
如：
当PPP使用异步传输时，它把转移符定义为0x7D，并使用字节填充。
当PPP使用同步传输时，使用零比特填充。
四、 物理层的数据传输类型
在传输介质上传输的信号分为2种类型：
1. 模拟信号：电平幅度连续变化的电信号，例如人的语音，电话线路就是用来传输模拟信号的
2. 数字信号：两种不用的电平表示0，1比特序列电压跳变的脉冲信号
调制：将发送端的数字信号变换为模拟信号
解调：将接收端的模拟信号变换为数字信号
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在上网时，连接电脑的网线传输的是数字信号（里面估计用电压高低表示信号），网线经过路由器：
如果后面接的是光猫则后面是用光信号调制的数字信号，
如果后面接的是电话猫则后面是用电信号调制的模拟信号。
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下文将会讲到数字与模拟信号的互相转换
五、基带传输技术：数字数据编码为数字信号
计算机里面传输的是二进制数据，在传输给网线时会在物理层进行编码，这时编码的数字数据需要转换成数字信号。这个就是网卡的作用了。
通常来说，直接以数字信号传输时比较常用的传输技术。在数据通信中，表示数字信号的波形是典型的矩形脉冲信号（就是高电平和低电平）
基带传输技术：在数字信道上直接按照数字信号原有的波形（脉冲形式）在信道上直接传输，不需要调制，但是需要编码和解码。
编码：发送端把二进制代码数据转化为在信道中传输的脉冲信号
解码：接收端把脉冲信号转换回二进制代码数据
数字数据编码方法
数字数据编码的方法有：非归零码，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码
1. 非归零码
非归零码比较简单，使用高电平表示1，低电平表示0
但是非归零码的缺点是无法判断一位的开始和结束，使得收发双发无法同步，这时 就引入同步时钟，在发送非归零码的同时，在另一个信道发送同步信号。
2. 曼彻斯特编码（Manchester）
曼彻斯特编码的规则
1. 每比特的周期T分为前T/2和后T/2
2. 前T/2传送该比特的反码，后T/2传送该比特的原码（造成该规则是原因是用数据和时钟信号做“异或运算”）
曼彻斯特编码的特点
1. 每个比特中间有一次电平跳变，两次电平的跳变间隔可以为T/2或者T
2. 效率低，如果信号传输速率为100Mbps，则发送时钟信号速率为200MHz
3. 差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）
差分曼彻斯特编码的规则
1. 每比特的中间跳变仅用做同步
2. 如果每比特开始处如果发生电平跳变，则表示传输二进制“0”；如果不发生电平跳变，则表示传输二进制“1”
六、频带传输技术：数字信号调制为模拟信号
计算机产生的是二进制数字信号，有时候我们的线路是模拟线路不能直接传输数字信号，例如电话线，这时就需要模拟信号和数字信号的转换。
频带传输技术：利用模拟通信信道传输数字信号的方法，这一过程是通过调制器和解调器来完成的。
1. 调制方法
设模拟信号的正弦信号为：
u(t) = μ * sin(ωt + φ)
μ为振幅，ω为角频率，φ为相位，可以通过变化这三个变量，来实现模拟信号信号的编码。
具体的调制方法有以下几个：
（1）振幅键控（ASK）
振幅键控通过改变振幅μ来表示数字信号的1，0
其表达式为：
u(t) = μ * sin(ω0 t + φ0) ：数字1
u(t) = 0 ：数字0
ASK信号实现容易，技术简单，但是抗干扰能力差
（2）移频键控（FSK）
振幅键控通过改变角频率ω来表示数字信号的1，0
其表达式为：
u(t) = μ0 * sin(ω1 t + φ0) ：数字1
u(t) = μ0 * sin(ω2 t + φ0) ：数字0
FSK信号实现容易，技术简单，但是抗干扰能力较强，是最常用的调制方法之一
（3）移相键控（PSK）
振幅键控通过改变相位值φ来表示数字信号的1，0，其中用相位的绝对值表示数字信号1，0，称为“绝对调相”；用相位的相对偏移值表示数字信号1，0，称为“相对调相”
绝对调相
其表达式为：
u(t) = μ0 * sin(ω0 t + 0) ：数字1
u(t) = μ0 * sin(ω0 t + π) ：数字0
相对调相
最简单的相对调相是：两信号接口处遇0，相位不变；接口处遇1，相位偏移π
2. 调制速率和数据传输传输速率
波特率B：即调制速率，指模拟线路信号的速率，以波形每秒的振荡数来衡量
比特率S：即数据传输速率，在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，指每秒钟传送的二进制代码比特数（注意是主机向传输介质发送数据的速率）
S = 1 / T（bps）
例如发送1比特的0，1信号需要1ms，则S = 1 / (1/1000) = 1000bps
波特率B，比特率S，调制相数k的关系：
S = B * log2（k）
七、基带传输技术：模拟信号编码为数字信号
前面说到了数字信号调制为模拟信号，二进制数据编码为数字信号，那么由于数字信号传输失真小，误码率低，速率高，因此在网络中，除了计算机直接产生的数字以外，模拟语音，图像信息的数字化也成了必然的趋势。
脉冲编码调制（PCM技术）： 将模拟信号编码为数字信号
发送端通过PCM编码器将语音信号或图像信号，转换为数字信号，通过通信信道传输到接收端，接收端通过PCM解码器将它还原成语音信号或图像信号
八、总结以上三种转换技术
三种调制器的区别：
各种转换技术的区别：
九、传输信道的传输速率和带宽的关系
在计算机网络中，传输信道的传输速率一般用 带宽 来表示，带宽和速率的关系可以用奈奎斯特准则和香农定理来解释。
1. 奈奎斯特准则
奈奎斯特准则：在有限带宽，无噪声的理想情况下，最高速率和带宽的关系。
最大数据传输速率Rmax， 理想信道带宽B（单位Hz）：
Rmax = 2B（bps）
2. 香农定理
香农定理：有限带宽，有随机热噪声情况下，信道的最大传输速率和信道带宽、信号噪声功率的关系。
最大数据传输速率Rmax， 理想信道带宽B（单位Hz），信噪比S/N：
*Rmax = B log2 （1 + S/N）
十、多路复用技术
前面提到的，只是停留在发送主机通过信道发送信号到接受主机，但是实际上不存在这种两台主机直接通过1个信道传输信号的情况，原因有如下两点：
1. 信道的架设费用非常高
2. 带宽会被浪费，例如一条线路的带宽为10Mps，而两台计算机通信需要的带宽为100Kps，如果这两个计算机独占了10Mps的信道，然而却只使用100Kps的带宽，这样会导致带宽浪费
于是，多路复用技术就出现了
多路复用技术：发送端将多个用户的数据通过多路复用器汇集到一条通信线路（这条通信线路的带宽应该尽可能高），发送到接收端，接收端通过分用器把数据分离成各路数据，分发给接收端的多个用户
多路复用技术可以分为四类：
1. 时分多路复用
2. 频分多路复用
3. 波分多路复用
4. 码分多路复用和正交频分复用
1. 时分多路复用
时分多路复用将信道用于传输的时间划分为若干个时间片，每一个用户获得一个时间片，用户在其占有的时间片内使用信道的全部带宽
1.1 同步时分多路复用
同步时分多路复用：若有n条信道复用一条通信线路，则可把通信线路的单位传输时间分成n个时间片。每个周期内，将第1个时间片分配给第1路信号，将第2时间片分配给第2路信号，依次。
1.2 统计时分多路复用
统计时分多路复用：时间片与信道号不存在固定关系，只分配给需要发送数据的信道。例如把T分成4个时间片，第12个时间片给主机A，第34个时间片给主机C
2. 频分多路复用
频分多路复用是指在一条通信线路设置多个通信信道，每个信道的中心频率不同，各个信道的频率互不重叠。
3. 波分多路复用
光纤通道（fiber optic channel）技术采用了波长分隔多路复用方法，即在一根光纤上复用多路光载波信号。
十一、接入技术简介
成千上万的住宅，办公室，家庭和移动终端设备的等接入Internet，不同的设备接入技术也不同。
用户接入分为：家庭接入、校园接入、机关与企业接入
接入技术分为：有线接入、无线接入
按照接入技术来分：
参考自：
https://blog.csdn.net/jeffleo/article/details/53929338
https://blog.csdn.net/leiflyy/article/details/50623963
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