物理层的概念
物理层是计算机网络的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
物理层规定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，电气的，功能的和规程的特性，主要关心如何传输信号。
比如说我们通常知道数字信号其实是由0和1组成的，那么我们是怎么规定0和1的（电压大小），如何确保0和1在传输过程中种种干扰的准确性（传输媒体、编码方式等）。其实物理层的相关知识，仅仅包含通讯信号的特性（机械特性、电气特性、 功能特性、过程特性），但传输媒体实体并不属于物理层。
物理层要解决的主要问题
- 物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。
- 给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。
- 在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。
物理层主要功能
- 为数据端设备提供传送数据的通路，数据通路可以是一个物理媒体，也可以是多个物理媒体连接而成。一次完整的数据传输，包括激活物理连接，传送数据，终止物理连接。所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与，都要在通信的两个数据终端设备间连接起来，形成一条通路。
- 传输数据，物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。一是要保证数据能在其上正确通过，二是要提供足够的带宽（带宽是指每秒钟内能通过的比特（BIT）数），以减少信道上的拥塞。传输数据的方式能满足点到点，一点到多点，串行或并行，半双工或全双工，同步或异步传输的需要。
- 完成物理层的一些管理工作。
物理层的接口特性
- 机械特性：
也叫物理特性，指明通信实体间硬件连接接口的机械特点，如接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。这很像平时常见的各种规格的电源插头，其尺寸都有严格的规定。 - 电气特性：
规定了在物理连接上，导线的电气连接及有关电路的特性，一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、信号的识别、最大传输速率的说明、与互连电缆相关的规则、发送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电气参数等。 - 功能特性：
指明物理接口各条信号线的用途（用法），包括：接口线功能的规定方法，接口信号线的功能分类--数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线4类。 - 规程特性：
指明利用接口传输比特流的全过程及各项用于传输的事件发生的合法顺序，包括事件的执行顺序和数据传输方式。
- 以上4个特性实现了物理层在传输数据时，对于信号、接口和传输介质的规定。
信道的基本概念
信道一般表示向一个方向传输信息的媒介。所以通信线路往往包含一条发送信息的信道和一条接收信息的信道。
- 单向通信(单工通信)——只能有一个方向的通信，没有反向交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。
- 双向交替通信(半双工通信)——通信的双方都可以发送信息，但是不能双方同时发送或接收。
- 双向同时通信(全双工通信)——通信的双发可以同时发送和接收。
基带信号和带通信号
- 基带信号：(基本频率信号)——来自信源的信号，例如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。基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如说我们说话的声波。
- 带通信号：把基带信号经过载波调制后（载波频率高），把信号的频率范围迁移到较高的频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道)。
- 因此在传输距离较近时，采用基带传输方式(衰减不大，信号内容不会变化)，传输距离较远时，采用带通传输方式。
调制与编码
奈氏准则
- 在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，也就是没有噪声的干扰，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的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
- 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（在频分复用处可以体现出频带越宽，能够通过的频率上下界限越大，所携带的信息越多），那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。
香农公式
- 香农(Shannon)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。
- 信道的带宽或信道中的信噪比(S/N)越大，则信息的极限传输速率C就越高。
- 只要信息传输速率小于信道的极限传输速率C，就一定能实现某种无差错传输。
- 若带宽W或信噪比(S/N)没有上限，则极限传输速率C也没有上限(实际中不可能)。实际上，信道最高传输速率要比C低不少。
物理层下面的传输媒体
- 导向传输媒体和非导向传输媒体