參考資料：https://www.bilibili.com/video/BV1c4411d7jb
一、物理層的主要任務
物理層考慮的是：怎樣才能在連線各種計算機的傳輸媒體上傳輸資料位元流。
物理層為資料鏈路層遮蔽了各種傳輸媒體的差異，使資料鏈路層只需要考慮如何完成本層的協議和服務，而不必考慮網路具體的傳輸媒體是什麼。
二、傳輸媒體
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引導型傳輸媒體
- 同軸電纜
- 雙絞線
- 光纖
- 電力線
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非導引型傳輸媒體
- 無線電波
- 微波
- 紅外線
- 可見光
1. 同軸電纜
如下圖所示：
- 基帶同軸電纜(50Ω)
數字傳輸，過去用於區域網 - 寬頻同軸電纜(75Ω)
模擬傳輸，目前主要用於有線電視
同軸電纜價格較貴且佈線不夠靈活和方便，隨著集線器的出現，在區域網領域基本上都是採用雙絞線作為傳輸媒體。
2. 雙絞線
絞合的作用：
- 抵禦部分來自外界的電磁波干擾
- 減少相鄰導線的電磁干擾
以下引數的雙絞線瞭解即可：
3. 光纖
光纖的優缺點：
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優點
- 通訊容量大（25000~30000GHz的頻寬）
- 傳輸損耗小，遠距離傳輸時更加經濟。
- 抗雷電和電磁干擾效能好。這在大電流脈衝干擾的環境下尤為重要。
- 無串音干擾，保密性好，不易被竊聽。
- 體積小，重量輕。
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缺點
- 割接需要專用裝置
- 光電介面價格較貴
當光從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時，其折射角將大於入射角;
因此，如果入射角足夠大，就會出現全反射，即光碰到包層時，就會反射回纖芯。
多模光纖和單模光纖：
4. 電力線
三、傳輸方式
1. 並行傳輸與序列傳輸
示意圖如下所示：
計算機網路採用的傳輸方式是序列傳輸，這是因為如果採用序列傳輸的話成本會成倍增加，而且不利於維護；而常見的並行傳輸有馮諾依曼計算機體系結構中的匯流排：
2. 同步傳輸和非同步傳輸
這裡的同步與非同步是針對傳輸資訊的位元組而言的。
同步傳輸
非同步傳輸
3. 單工、半雙工和全雙工
四、編碼與調製
資料的編碼與調製過程如下所示：
2. 碼元
3. 常用編碼
3.1 不歸零編碼
3.2 歸零編碼
3.3 曼徹斯特編碼
例如向上跳變表示邏輯0，向下跳變表示邏輯1，也可能是反過來。
3.4 差分曼徹斯特編碼
例如碼元開始處發生變化表示邏輯1，沒發生變化表示邏輯0，也可能是反過來。而碼元中間的跳變表示時鐘。
例題
4. 調製
基本調製方法
即01位元訊號可以分別採用調幅、調頻和調相三種方式表達出來。
混合調製
常用的混合調製方法為QAM-16：
- QAM-16
- 12種相位
- 每種相位有1或2種振幅可選
- 可以調製出16種碼元(波形)
- 每種碼元可以對應表示4個位元
- 碼元與4個位元的對應關係採用格雷碼，任意兩個相鄰碼元只有1個位元不同
| 相位振幅在座標系中的表示 | 各相位振幅的碼元和位元的對應關係 |
|---|---|
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五、通道的極限容量
1. 訊號失真問題
失真因素：
- 碼元傳輸速率
- 訊號傳輸距離
- 噪聲干擾
- 傳輸媒體質量
2. 奈氏準則
在假定的理想條件下，為了避免碼間串擾，碼元傳輸速率是有上限的。
實際的通道所能傳輸的最高碼元速率，要明顯低於奈氏準則給出的這個上限數值。
3. 夏農公式
夏農公式是用於計算頻寬受限且有高斯白噪聲干擾的通道的極限資訊傳輸速率的公式。
結論：通道頻寬或通道中訊雜比越大，資訊的極限傳輸速率越高。
不足：在實際通道上能夠達到的資訊傳輸速率要比該公式的極限傳輸速率低不少。這是因為在實際通道中，訊號還要受到其他一些損傷，如各種脈衝干擾、訊號在傳輸中的衰減和失真等，這些因素在夏農公式中並未考慮。
在通道頻寬一定的情況下， 根據奈氏準則和夏農公式，要想提高資訊的傳輸速率就必須採用多元制（更好的調製方法）和努力提高通道中的訊雜比。
4. 例題
使用奈氏準則：
使用夏農公式：
綜合應用：
