1. 基本概念
用于物理层的协议也被称为物理层规程；就是物理层协议；只是在协议这个名词出现之前，一直使用规程；
1.1. 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：
- 机械特性：接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等；各种规格的接插件都有严格的标准化规定；
- 电气特性：接口电缆的各条线上出现的电压范围；
- 功能特性：某条线上出现某一电平的电压的意义；
- 过程特性：对于不同功能的各种可能事件的出现顺序；
除此之外，数据在计算机内部多采用并行传输方式，到了通信线路上，一般都是串行传输，因此还需完成传输方式的转换；
2. 数据通信的基础知识
2.1. 数据通信系统的模型
一个数据通信系统可以划分为三大部分：源系统、传输系统和目的系统；
- 源系统：
- 源点：源点设备产生需要传输的数据；
- 发送器：源点生成的数字比特流要经过发送器编码之后才可以在传输系统内部传输；典型的就是解调器；
- 目的系统：
- 接收器：接收传输系统传送来的信号；
- 终点：终点设备从接受器获取传送来的数字比特流，再把信息输出；
通信的目的是传送消息，数据是运送消息的实体；信号则是数据的电器或电磁表现；
信号：
- 模拟信号（连续信号）
- 数字信号（离散信号）
2.2. 有关信道的几个基本概念
2.2.1. 通信的双方信息交互方式
- 单向通信（单工通信）：即只有一个方向的通信，没有反方向的交互；
- 双向交替通信（半双工通信）：双方都可以发送，但不可同时发送；
- 双向同时通信（全双工通信）：通信双方可同时发送和接受信息；
对于单向通信来说，只需要一条信道，但是对于双向交替通信或双向同时通信，则需要两条信道；
2.2.2. 调制
来自信源的信号称为基带信号；基带信号包含较多的低频分量，甚至直流分量，许多信道无法传输这种分量；为解决这种问题：则需要对基带信号进行调制；
- 基带调制：仅对基带信号的波形进行变化，让它可以与信道特性相适应；变换后的信号仍然是基带信号；这种调制是把数字信号转换成另一种形式上的数字信号，所以更愿意称这个过程为编码；
- 带通调制：使用载波进行调制，将基带信号的频率范围搬移到较高频段，并转换成模拟信号，以便更好地在模拟信道中传输；这种载波调制后信号称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道）；
2.2.3. 常见编码方式
- 不归零制：正电平代表 1，负电平代表 0；
- 归零制：正脉冲代表 1 ，负脉冲代表 0；
- 曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变为 0，向下为 1；（反过来定义也可以）
- 差分曼彻斯特编码：在每一位中心处都有跳变；位开始边界有跳变则为 0 ；无跳变则为 1；
不归零制没有自同步能力；
2.2.4. 基本的带通调制方法
- 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；（0 或 1 分别对应相位 0 度或 180 度；）
为了达到更高的信息传输速率，会采用技术上复杂的多元制的振幅相位混合调制方法；例如：QAM（正交振幅调制）；
2.3. 信道的极限容量
码元传输的速率越高、信号传输的距离越远、噪声干扰越大、传输媒体质量越差，在接收端的波形失真越严重；
2.3.1. 信道能够通过的频率范围
-
码间串扰
具体的信道能够通过的频率范围总是有限的；其中许多高频分量往往不能通过信道；如图，他包含高频分量，在传输过程中高频分量收到衰减，导致在接收端接受后，波形前沿和后沿不陡峭了，时间界限也不明确了；这种在接收端收到的信号波形市区了码元之间的清晰界限；这种现象叫做码间串扰；
-
奈氏准则
带宽为 W (Hz) 的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是 2W(码元/秒)；传输速率超过此上线，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的识别称为不可能；
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信噪比
噪声存在于所有的电子设备及通信信道中，且随机，瞬时值有时很大；噪声的影响也是相对的，如果信号相对较强，那么噪声的影响相对较小；因此，信噪比很重要；即：信号的平均功率和噪声的平均功率之比；常记作 S/N；通常用分贝 (dB) 作为度量单位；
即：信噪比(dB) = 10 log10(S/N) (dB);
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香农公式
信道的极限信息传输速率 C = W log2(1+S/N) (bit/s)
W: 信道的带宽（单位：Hz)；
信噪比越大，其对应的传输速率越高！
2.3. 物理层下面的传输媒体
2.3.1. 导引型传输媒体
- 双绞线
- 同轴电缆
- 光缆
2.3.2. 非导引型传输媒体
- 无线传输
- 星链技术
2.4. 信道复用技术
2.4.1. 频分复用、时分复用、统计时分复用
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频分复用 FDM（Frequency Division Multiplexing）
N路信号需要传输，使用调制方法，将其搬到适当频率位置，使其彼此之间不干扰；实现各路信号在同样的时间内占用不同的带宽资源；
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时分复用 TDM (Time Division Multiplexing)
用户在不同时间占用同样的频带宽度；时分复用更利于数字信号的传输；
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频分多址接入FDMA (Frequency Division Multiple Access)
基于 FDM 和 TDM；让 N 个用户使用一个频带，或者让更多用户轮流使用这 N 个频带；
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时分多址接入TDMA (Time Division Multiple Access)
基于 FDM 和 TDM；让 N 个用户使用一个时隙，或者更多用户轮流使用多个时隙；
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统计时分复用STDM（Statistic TDM）
一种改进的时分复用；
统计时分复用，采用 STDM 帧，但是每个 STDM 帧的时隙数少于连在集中器中的用户数；各用户有数据就随时发往集中器的输入缓存，集中器按照顺序依次扫描输入缓存，将输入数据放入 STDM 帧中；没有数据就跳过，放满就发送；所以 STDM 并非固定分配时隙，而是按需；可以提高线路的利用率；故称为异步时分复用；普通的时分复用是同步时分复用；
注意：这里统计时分输出线路上的数据率小于各输入线路数据率的总和，但从平均角度看，二者是平衡的，如果所有用户不间断的向集中器发送数据，那么集中器肯定无法应付，内置缓存将溢出；故：集中器可以正常工作的前提是各个用户都是间歇的工作；
使用统计时分复用的集中器，也称为智能复用器；
2.4.2. 波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)
波分复用其实就是光的频分复用；同理，光复用器，光分用器；
2.4.3. 码分复用CDM (Code Division Multiplexing)
当码分复用信道为多个不同地址的用户所共享时，就称为：码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)；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；有很强抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现，最初用于军事；现在多用于民用移动通信中；CDMA 可提高通信的语音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量（GSM 的 4-5倍），降低手机的平均发射功率等；
2.5. 宽带接入技术
- ADSL 技术 ：以前的电话线改造的；
- 光纤同轴混合网 （HFC 网）
- FTTx 技术（例如光纤到户 FTTH，光纤到小区FTTZ，光纤到大楼 FTTB，其中x是省略，类似xx；）