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计算机网络中，无论上层有多少种不同的协议，但底层都需要通过硬件电路转化为光、电信号发送出去，因为信息依托真实的物理载体而存在。而物理层就是让内存中的二进制编码经过编码、调制等过程变成可靠、方便的光电信号，在信道上进行传输。
物理层这一部分更偏向通信原理的课程，但由于本人还未曾学习，所以本文只是简单了解，关于公式的推导、记忆等大家可以参考更权威的资料。
一、传输媒介和信道
（1）传输媒介
所谓的传输媒介就是在两台物理机中的数据通路，即网线。这种有物理实体的网线我们称为引导型传输媒介；除此之外，随着现代WiFi无线技术的发展，逐渐延伸出非引导型媒介。而在计算机网络中，我们主要关注引导型传输媒介即可。
现代常见的引导型传输媒介有双绞线（网线）和光纤。其中双绞线上传输的是0、1电信号；而光纤上传递的是不同波长的光波，速度更快，传播距离更远。
其中，双绞线上传递的是经过编码后的数字信号，而光纤上传递的是调制后的模拟信号。简单来说：路由器起到编码作用；光猫起到调制作用。
注意：虽然这里我们说光纤上传递的是模拟信号，但他本质是由极其高频的数字信号构成的，而由于微积分思想，当频率趋近于0时就能完全看做模拟信号了。
（2）信道
信道通常指的是数字信号还是模拟信号，表示的是数据的表示方式。
而信道中的传输方式通常有3种：单向通信、半双工通信、全双工通信。
（1）单项通信：
只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。 例如，无线电广播、电视广播就属于这种类型。
（2）半双工通信：
通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收信息，此时需要两条信道。一条是发送信道，一条是接收信道。（不过可以发送和接收信道共用一条物理导线）
（3）全双工通信：
通信双方可以同时发送和接收信息，也需要两条信道。信道的极限容量是指信道的最高码元传输速率或信道的极限信息传输速率。
二、信号传输过程中的常见概念
（1）码元
在数字信号中，通常使用高低电平表示1、0信号，但是你有没有想过：这个高电平到底是多高？低电平到底是多低？其实这个答案是不确定的，在不同的系统中，电平的界定点都不同，不过如果只有高低电平的区分，则称为二进制传输。
但如果一共有4种电平信号，则每发送一次电平，可以表示0-3一共4种数据，这种则称为4进制传输。
这种每次传递1个电平信号，我们称为码元。从上的例子可以看出：电平信号越多，1码元蕴含的bit位数据也就越多（比如4种电平表示了4个数，而电脑二进制表示4个数需要2bit位，则4进制码元每一位都蕴含了2bit位）
不过我们上述说的都是常规的码元、bit位之间的转换，即1码元=Nbit，而在计算机网络领域用的更多的是曼彻斯特编码方式：一高一低两个电平才表示1bit位，即该编码方式有一定的编码开销，1码元=1/2bit。
（2）波特率
波特率又称码元传输速率，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数(也可称为脉冲个数或信号变化的次数)，单位是波特(Baud)。 1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。码元可以是多进制的，也可以是二进制的，码元速率与进制数无关。
在二进制传输中，波特率和比特率的概念是完全相同的。其他的得看你具体1码元=多少bit。
（3）比特率、带宽
比特率也称速率、数据率，指的是数据传输速率，表示单位时间内传输的bit数量。比如一台设备的数据传输速率为100kb/s，表示一台机器一秒内可以传输100kbit的信息。
带宽则分为模拟信道带宽和数字信道带宽。
模拟信道带宽：指信号具有的频带宽度，单位是赫兹(Hz)。比如中国移动公司的中值信号频率是f = 1000MHz，移动公司的带宽是10MHz，意味着中国移动公司的信号频率f满足如下规则：995MHz<= f <= 1005MHz，则其中从995MHz到1005MHz这段频段叫做带宽W。
数字信道带宽：用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时内从网络中的某一点到另一点所能通过的"最高数据率"。单位是b/s，kb/s或mb/s。其实也就是比特率的另一种说法。
三、编码与调制
（1）编码与调制的定义
编码是路由器将电脑发送过来的0、1二进制高低电平信号编码成曼彻斯特码发往光猫；然后光猫再对曼彻斯特码进行调制，变成光波信号通过光纤传送出去。不过现代有些路由器可能已经集成了光猫的作用，称为光纤路由器。
（2）编码的常见方式
编码是路由器干的事情，它通过译码器等设备将0、1电平信号转换成新规则的数字信号。
（1）不归零制:正电平代表1，负电平代表0。
（2）归零制:正脉冲代表1，负脉冲代表0。
（3）曼彻斯特编码:位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1。但也可反过来定义。
（4）差分曼彻斯特编码:在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。
注意:以太网使用的编码方式就是曼彻斯特编码。
这一块我感觉和后续计算机网络编程方面的理解没有什么联系，了解一下即可。不过考研、期末考中可能会涉及这几种编码方式的记忆考察。
然后本节还有几个定理：香农定理、奈氏准则大家自己看看资料就行了，他们都是用于计算带宽的公式，其中奈氏准则是在无信号干扰下的理想情况；而香农定理则是考虑了信号干扰等问题，更加接近实际。而调制也有多种调制方式，具体可以看看通信专业的课程，我还没怎么学过。
四、信道复用
信道复用的核心思想就是在有限的物理传输媒介中，尽可能的连接更多主机。通过技术手段让多个用户 "共享" 同一条信道，从而大幅提高传输介质的利用率。一般有4种复用方式：1.频分多路复用2. 时分多路复用3. 波分多路复用4. 码分多路复用。
其中频分和波分原则上是相同事物的不同描述方式，因为频率和波长本身就可以通过物理定律相互转换。但在计算机网络中，波分通常特指光纤中的复用方式，因为光波中波长的区别比频率的差异更加明显。
（1）频分：频分复用的所有用户在同样的时间内占用不同的带宽（频率带宽）资源，类似于操作系统中的并行技术。
（2）波分：类似于频分多路复用，波分多路复用就是光的频分多路复用，在一根光纤中传输不同波长（频率）的光信号，由于波长（频率）不同，所以各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来。
（3）时分TDM：将时间划分为⼀段等⻓的时分复⽤帧(TDM帧) 。每⼀个时分复用的用户在每⼀个TDM帧中占用固定序号的时隙， 所有用户轮流占用信道。
（4）码分：以线性代数的知识传递数据，这一点我的数学不好，并未理解。
STDM时分：
各用户有了数据就随时发往集中器的输⼊缓存，然后集中器按顺序依次扫描输⼊缓存，把缓存中的输入数据放⼊STDM帧中，⼀个STDM帧满了就发出 。STDM帧不是固定分配时隙， ⽽是按需动态分配时隙。
