物理层
物理层考虑的是怎样连接不同传输媒体上的传输比特流，是对连接的考虑，而不是传输媒体本身
一. 描述方法：
（1）机械特性：接口所用接线器的尺寸大小，外形规格
（2）电气特性：接口电缆上出现的电压范围
（3）功能特性：某条线上，某个电压值表示什么意义
（4）过程特性：各种可能事件的出现次序
二. 数据通信的基本知识
数据与信号
（1）数据：运送消息的实体
（2）信号：数据的电气或电磁表现
i. 模拟信号：连续信号，消息的参数取值使连续的
ii. 数字信号：离散信号，消息的参数取值是连续的
使用事件域的波形表示数字信号时，代表不同离散值的基本波形称为码元。使用二进制编码时，只有两种码元，0状态和1状态信道
（1）信道不同于电路，是有方向的，用来表示某一方向传送信息的实体。一条通信线路通常包含2个信道：1条发送信道和1条接受信道
（2）双方信息交互方式的分类：
单向通信：只有一个方向的通信信道（单工通信），发送方和接受方的角色不能互换。eg：无线电广播，电视广播
双向交替通信：通信双方右2个方向的通信信道，收发角色可以互换，但是统一时刻不能即做发送方，也做接收方（半双工通信）
双向同时通信：通信双方有2个方向的通信信道，节点可以同时接受和发送信息，效率最高（全双工通信）基带信号：
（1）定义：来自信源，没有经过调制的原始电信号。eg：计算机输出的代表各种文字，图像文件的数据信号
（2）基带信号使原始信号，往往带有低频和直流成分，这2中成分在传输过程中衰减的厉害，因此需要对基带信号进行调制调制：
（1）基带调制：调整基带信号的波形，调整后的信号还是基带信号
（2）带通调制：调整基带信号的频率，振幅等。利用载波进行调制，调制后的信号是带通信号
（3）带通调制的三中种方法：
i. 调幅：载波振幅随数字信号而变化。eg：0,1分别对应无载波和有载波
ii. 调频：载波频率随数字信号而变化。 eg：0,1分别对应频率f1和f2
iii. 调相：载波相位随数字信号而变化。 eg：0,1分别对应于相位0度和180度
（4）正交振幅调制QAM：采用更为多元的振幅相位混合调制
三. 信道极限容量
任何信道都不是理想的，在传输信号时会缠身各种失真。而数字通信的优点是：只要接收端可以从是真的波形中还原出原来的信号，这种失真就对通信质量没有影响
- 限制码元在信道上传输速率的2个因素
（1）信道的频率范围
任何波形，都是由不同频率的正弦波叠加而来。这些组成信号的正弦波就叫频率分量。信号中很多高频分量旺旺由于传输过程中的衰减而不能通过信道。而高频分量正是区分每个码元的标志，高频信号衰减，使得接收端收到的波形，前沿和后沿不是那么陡峭，每个码元所占时间界限也就不是很明确。这种现象叫做码间串扰。为了避免码间串扰，耐奎斯特提出了奈氏准则：理想低通信道下，码元的传输速率不能超过2w波特，否则会出现码间串扰。（1波特表示没面传输一个码元，w是带宽）而对于理想带通信道的最高码元传输速率为1w波特。奈氏准则限制了码元的传输速率，却没有限制比特位的传输速率，要想提高比特传输速率，就要使每个码元表示多个比特位信息。
（2）信噪比
i. 信噪比：信号S的平均功率和噪声N的平均功率之比$\frac{S}{N}$
ii. 分贝：10log($\frac{S}{N}$)
即：信噪比为1000时，分贝为30分贝
iii. 香农公式：在计算噪声的情况下，信道的极限数据传输速率为C=$W\log{_2}{(1+\frac{S}{N})}$(b/s)，其中W为带宽赫兹
V. 香农定理阐述了传输比特流的最大速率，是理想情况下的最大数据传输速率。而由于码元的传输速率受到奈氏准则的限制，要想接近香农提出的最大比特传输速率，就要让1个码元，携带更多的比特信息。eg：假设基带信号101011000110111010...如果直接传输，每个码元携带1bit信息。如果把3个bit合为一组，提供8种排列，每种排列表示一种码元，这8中码元采用不同振幅，或不同频率，或不通相位进行调制。则上面的18个码元信号就变成了6个码元信号 vi. 香农定理在推倒过程中，没有考虑脉冲干扰，传输失真等因素，因此实际的最大传输值，还要小得多。
四. 物理层下面的传输媒体
传输媒体是指，数据传输系统中，在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体分为导向传输媒体和费导向传输媒体。
导向传输媒体：电磁波沿着固体媒体传播（铜线，光纤） （1）双绞线：
两根绝缘的铜导线扭在一起。传输距离可达到几到十几公里，距离太长家要加放大器或中继器。放大器用来放大模拟传输的信号，中继器用来对失真的数字信号进行整形。传输速率可达到几百b/s （2）同轴电缆：
带宽可达1GHz （3）光纤非导向传输媒体
五. 信道复用技术
每2个端点进行通信通常都要使用一个单独的信道，如果在发送端使用一个复用器，就可以让大家合起来共享通信信道。
频分复用，时分复用，统计时分复用
（1）频分复用（Frequency Division Multiplexing）：FDM
所有用户使用不同的频度范围，用户只能使用特定范围的频度进行传输
（2）时分复用（Time Division Multiplexing）：TDM
i. 将时间划分为等长的时分复用帧，称为TMD帧。每一个时分复用用户在每一个TMD帧里占用一段时间。
ii. 时分复用是各用户在不同时间占用相同频率宽度
（3）统计时分复用（Statistic TDM）
i. 集中器通常使用这种统计时分复用：各用户有了数据会随时发往集中器的输入缓存，然后按顺序一次扫面每个端口的缓存数据，一次吧缓存中的数据放入STDM帧，当一个帧的数据放满了，就把信号发送出去。
ii. STDM并不是给用户分配固定的时隙，而是动态的分配时隙。在输出线路上，用户所占时隙并不是周期性的出现波分复用（Wavelength Division Multiplexing）：光的频分复用
在光纤传播介质中，人们用载波的频分复用概念，提出了波分复用。由于光的频率很高，所以一般使用波长而不是频率来描述光波。起初，人们只能在一根光纤上复用两路载波信号，现在以能做到一根光纤上复用80路或更多的光载波信号。于是有了密集波分复用DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）码分复用（Code Division Multiplexing）：CDM 码分多址复用CDMA：Code Division Multiple Access.每一个用户可以同时使用同一个频带进行通信。其频谱类似于白噪声，不易被人发现。