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基本概念
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流
常见的传输媒体有看得见的光纤和看不见的微波（wifi）等，物理层为不同的介质制定协议实现传输比特流的功能
物理层协议主要任务是规定各种传输介质和接口与传输信号相关的一些特性：
- 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
- 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
- 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
- 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
物理层协议有全双工通信标准IEEE802.3XX、蓝牙链接协议、WIFI协议等，它们都包含上述4个特性的具体内容
物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异，使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务而不必考虑网络具体的传输媒体是什么
传输方式
物理层传输方式主要以下面三种不同的角度划分：
- 串行传输和并行传输
- 同步传输和异步传输
- 单向通信（单工）、双向交替通信（半双工）和双向通信（全双工）
串行、并行
串行传输中比特依次发送，而并行传输中一次发送 N 个比特。一般网络上数据是串行传输，而计算机内部（如CPU与内存之间通过16位总线通信）是并行传输
同步、异步
在逐位传送的串行通信中，接受端必须能识别每个二进制位从什么时刻开始，这就是位定时。通信中一般以若干位表示一个字（或字符），除了位定时外还需要在接收端能识别每个字符从哪位开始，这就是字符定时
同步传输把许多字符组织成一个数据块（即帧），除在数据块的起始处同步外，还要在后边维持固定的时钟
同步传输同步时钟方式有两种：
- 外同步：在收发双方之间添加一条单独的时钟信号线（如先发送
SYN信号） - 内同步：发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输（如
曼彻斯特编码）
异步传输则是把每个字符看做一个独立的信息，在每个字符起始处同步，但各个字符之间的间隔时间是可以变化的
异步传输简单但效率低，比如传送8位的字就需要额外的首位2位作为起止位，增加了20%的的额外开销，同步传输一次传送一大块数据，数据越多起始控制符的占比就越小，效率越高
单工、半双工、双工
单工即发送端和接收端角色固定，数据只能从发送端到接收端，例如广播和收音机
半双工，通信双方都能发送或接收数据，但是双方不能同时进行发送或接收，例如对讲机
全双工，通信双方能同时发送或接收数据，例如电话
编码与调制
我们需要发送的消息通常以文字、图片、视频等形式存在，它们在计算机中是一堆堆的01比特，发送消息（计算机通信）其实就是将这些01比特发送出去。在物理层，这些比特将以某种电磁形式被发送，数据的电磁表现被称为信号，信源（如网卡 ）发出的原始信号被称为基带信号
基带信号分为数字信号（如CPU与内存之间发送的信号）和模拟信号（如麦克风录音产生的信号），信号传输的信道又分为数字信道和模拟信道
在不改变信号性质的前提下，仅对数字基带信号的波形进行变换，称为编码，产生数字信号，在数字信道传输。把数字基带信号的频率范围搬移到较高的频段，称为调制，产生模拟信号，在模拟信道传输
同理，对模拟基带信号的处理也有编码和调制两种处理方式
下图是常用编码，在不归零编码中使用高低电平表示比特1和0，但是当出现连续的0或1时接收方无法从连续的高或低电平中准确区分到底有几个比特。在归零编码中有一半的带宽用于传输归零，编码效率低
下图是常用调制方法，方法名都挺形象的，调幅就是调节波形的幅度，调频就是调节波形的频度（如图中表示1的波形比表示0的波形有更多的起伏）。调相可能抽象点，但从图中也能看出明显的不同
还有将相位和振幅结合起来调制的，称为正交振幅调制QAM，本文不做介绍
