物理层的基本概念(物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点？)
在计算机网络体系结构中，我们知道，采用分层结构是为了减少计算机网络通信的复杂度，每一层都有特定的任务，各层之间都互不影响，同时，处于计算机网络体系结构中下层结构会上层结构提供接口服务。
物理层处于OSI模型中的最底层，它主要负责如何在连接各种计算机的传输媒介上传输数据比特流。举个例子，我们知道，在现实应用中，两台计算机设备之间的连接所使用的传输媒介，可以选择的种类是非常繁多的，双绞线，电缆，光缆等等，同时，通讯手段也是多种多样的。但是在实际的使用过程中，我们并不会去关注这中间到底使用了什么传输媒介，通讯手段，作为用户，我们只关注网络通信是否正常。而物理层，它处理的正是这样一个问题，屏蔽掉因为选择不同传输媒介、通讯手段而产生的差异，并向上层(数据链路层)提供接口，使得数据链路层不用去考虑实际应用中选择的传输媒介，只需要专注于完成本层规定的服务和协议。注意，我们这里所说的“屏蔽差异”，并不是真的什么都不做，忽略这个问题，而是对上层(数据链路层)屏蔽，将兼容各种传输媒介，通讯手段的方法放到物理层实现，从而形成一个“独立”的效果(即下层改动并不会影响到上层)。
我们可以将物理层的主要任务描述为以下四个特性：
- 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、固定和锁定装置等等。
- 电气特性 指明接口电缆上各条线上出现的电压范围
- 功能特性 指明出现的各种电压代表的意义(0或者1)
- 过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
另外，在计算机中，数据的传输通常使用并行传输的方式，这是为了获得更好的性能。但是，在计算机网络底层的通信线路中，数据的传输采用的是串行传输的方式，这则是为了成本方面的考虑。如何在降本的同时提高通信速率，这个会在后续讨论。
数据通信系统的模型以及各部分组成构件的作用
要充分理解计算机网络之间通信，首先我们需要对整个系统有个大概的认知。这里我们可以举个例子来说明下在计算机网络中，数据通信系统的基本模型是什么样的。
数据通信系统模型
从图中我们可以看出，一个数据通信系统可以划分为三部分：源系统，传输系统(传输网络)和目的系统。
源系统，由信源和发送器组成。信源，是源点设备产生要传输的源数据。而发送器，是将信源产生的数字比特流编码并对外发送的设备。常见的发送器有调制器。
目的系统，由接收器和信宿组成。接收器，顾名思义，接受传输系统传送过来的信号，并将之转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器。信宿的作用就是接收接收器传送过来的数字比特流，并把信息输出给用户。
这里再简单介绍下学习计算机网络中常会遇到的一些术语
- 消息
通信的目的是为了传送消息。像话音，文字，图像都可以称为消息。
- 数据
数据是运送消息的实体。
- 信号
信号则是数据的电气或电磁表现
- 模拟信号
连续的信号
- 数字信号
离散的信号
有关信道的几个基本概念
通信双方的信息交互方式，主要分为三种：
- 单工通信
- 半双工通信
- 全双工通信
这三者的区别如下：
我们把从来自信源的信号称为基带信号。由于基带信号含有很多低频成分，甚至有直流成分，许多信道并不能传输这种低频分量或直频分量。因此，我们需要对基带信号进行调制。
调制的方法主要有两种，一种叫基带调制，另外一种叫带通调制(载波调制)。基带调制是对基带的波形进行变换，使它能和信道特性相适应。调制后的信号仍然是基带信号。而载波调制，则是把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，以便信号能在信道中传输。经过载波调制后的信号，我们称之为带通信号。
常见的带通调制的方法主要有三种：
- 调幅(AM) 载波的振幅随数字信号的变化而变化
- 调频(FM) 载波信号的频率随数字信号的变化而变化
- 调相(PM) 载波信号的初始相位随数字信号的变化而变化
有时，为了达到更高的信息传输速率，有时候会选择采用更为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
我们知道，实际上，信号在传输的过程中，总是会受到各种因素的干扰，而干扰则会导致信号的失真。由于信道一般都具有抗干扰的特性，一定程度上的失真并不会导致数据的丢失。但是，若干扰很大导致信号很大程度上失真的话，则会导致数据的丢失。
在上图中，我们可以看到，由于信道干扰，会导致接收端接收到的波形前沿后沿变得不那么陡峭，这样会使得扩散的码元波形所占的时间变得更宽。接收端的波形信号失去了码元之间的清晰界限，这种现象叫做码间干扰。在任何信道中，码元传输的速率是由上限的，传输速率若超过此上限，会出现严重的码间串扰问题，使得接收端对码元的识别成为不可能。
信噪比，就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。(S/N)，单位db
香农公式：
信道的极限信息传输速率C
其中，W为信道的带宽(以Hz为单元)；S为信道内所传信号的平均功率；N为信道内部的高斯噪声功率。
由香农公式可以看出，信道的带宽越大，或信噪比越大，则信道的极限信息传输速率更大。
