首先，物理层考虑的是怎么才能在连接各种计算机的传播媒体上传输数据比特流，而不是具体的传播媒体。物理层的作用就是要统一市面上各种传输媒介和通信手段的差异让数据链路层感受不到这些差异，使得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和通信手段是什么。用于物理层的协议也常称为物理层规程，其实物理层规程就是物理层协议。
可将物理层的主要任务描述为确定于传输媒体的接口有关的一些特性：
（1）机械特性。指明接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。
（2）指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。
（3）指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。
（4）指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
计算机外部一般采用串行的方式（经济），计算机外部一般采用并行的方式。
1.数据通信系统的模型
源系统一般包括以下两个部分：
源点：源点设备产生要传输的数据，如，从计算机的键盘输入汉字，计算机产生输出的数字比特流。源点又称为源站或信源。
发送器：源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。很多计算机使用使用内置的调制解调器（包括协调器和解调器），用户在计算机外面看不见调制解调器。
终点：终点设备从接收器获取传来的数字比特流，然后把信息输出（如把汉子在计算机屏幕上显示出来）。终点又称为目的站。
在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。
通信的目的是传送消息。如语音、文字、图像、视频等都是消息。数据是运送信息的实体。根据RFC 4949给出的定义，数据是使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。这种信息的表示可用计算机或其他机器或人处理或产生，信号则是数据的电器或电磁的表现。
信号分为两种：
1.模拟信号，或连续信号——代表信息的参数的取值是连续的，用户家中的调制解调器到电话端上传输的就是模拟信号。
2.数字信号，或离散信号——代表消息的参数取值是离散的，在使用二进制时，只有0和1两种码元。
2.信道的基本概念
信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接受信道。
信道的双方的信息交互方式来看，可以由下面三种方式：
单向通信，又称为单工通信，即只能由一个方向的通信而没有反方向的通信。无线电传播或有限电广播及电视广播就是这种。
双向交替通信，又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送，双方都可以接收但不能同时接收。只能是一方发送一方接收，过一段时间后再全反过来。
双向同时通信，又称为全双工工薪，即通信的双方都可以同时发送和接收信息。
单向通信需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条通道（每个方向一条）。显然，双向同时通信的传输效率最高。
来自信源的信号常称为基带信号（即基本频带信号）。像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系带信号。系带信号往往包含有较多的低频成分，甚至由直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为解决这一问题，就必须对基带信号进行调制。
调制分为两种：基带调制和带通调制。
仅仅对基带信号的波形进行变换，是它能够与信道特征相适应。变换后仍是基带信号。称为基带调制。由于这种调制方式是把数字信号转为另一种形式的数字信号，因此大家更愿意称这种过程为编码。
另一种需要用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号，即仅在一段频率范围内能够通过信道，而是用载波调制的方式称为带通调制。
调幅AM：即载波的振幅随基带的数字信号而变化。如0代表无载波1代表由载波。
调频FM：即随载波的频率随基带数字信号而变化。如0或1分别对应于频率f1或f2。
调相PM：即载波的初始相位随基带数字信号的变化而变化，如0或1，分别对应着相位0度或180度。
3.通道的极限容量
在任何信道中， 码元传输的速率是有上限的， 传输速率超过此上限， 就会出现严重的码间串扰的问题， 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， 那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。
如果信号相对较强， 那么噪声的影响就相对较小。 因此， 信噪比就很重要。 所谓信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。
4.物理层下面的传输媒体
传输媒体也称为传播媒介或传输媒介，他就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通道。分为两类：引导型传输媒体或非引导型传输媒体。在导引型传输媒体中，电磁波被引导沿着固定的媒体传播。而非引导型媒体就是指自由空间，在非导引型传输媒体中电磁波的传输常称为无线传播。
引导型传输媒体：
1.双绞线
也称为双纽线，铜线，扭起来避免了电磁干扰，如电话线。
模拟传输和数字信号传输都可以使用双绞线，起通信距离一般几到几公里。距离过远就要加上放大器放大衰减的模拟信号，或加上中继器对数字信号整形。为了增强电磁干扰会在双绞线外面加一层用金属丝编织成的屏蔽层，称为屏蔽双绞线。
同轴电缆：同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线） 、 绝缘层、 网状编织的外导体屏蔽层（也可以是单股的） 以及保护塑料外层所组成（图2-7） 。 由于外导体屏蔽层的作用， 同轴电缆具有很好的抗干扰特性， 被广泛用于传输较高速率的数据。
在局域网发展的初期层广泛使用，但随着技术进步一般都用双绞线，目前同轴电缆主要用在有线电视网中。
光缆：光钎利用光道纤维传播光脉冲进行通信。有光脉冲相当于1，没有相当于0，由此可见光的频率非常高，因此光钎通信的传输带宽远远大于目前其他各种传播媒体的宽带。
光钎是光纤通信的传播媒体，在发射端由光源，可用发光二极管和半导体激光器，在电脉冲的作用下能产生出光脉冲。在接收端利用光电二极管做成光检测器，检测光脉冲还原电脉冲。
光纤的特点：
传输损耗小，中继距离大，对远距离特别经济。
抗雷电或电磁干扰性能好。这在由大电流电磁干扰的情况下尤为重要。
无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。
体积小，重量轻。
5.宽带
很早以前， 有人认为只要接入到互联网的速率远大于56kbit/s就是宽带。 后来美国联邦通信委员会FCC认为只要双向速率之和超过200kbit/s就是宽带。 以后， 宽带的标准也不断提高。 2015年1月，美国联邦通信委员会FCC又对接入网的“宽带”进行了重新定义， 将原定的宽带下行速率调整至25Mbit/s， 原定的宽带上行速率调整至3Mbit/s。
6.ADSL技术
非对称数字用户线ADSL技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，是它能够承载宽带数字业务。虽然标准模拟电话信号的频带被限制在300-3400HZ的范围，但用户线本身实际可通过的信号频率却超过1MHz。ADSL把0-4khz低端频谱留给传统电话线使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
因为用户一般都用来下载文件，一般上传文件都不多，因此ADSL的下行速度远远大于上行，非对称这个词就是这么来的。
ADSL的传输距离取决于数据率和用户线的路径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大。）因此，ADSL所得到的最高数据传输速率还与实际的用户线上的信噪比密切相关。
ADSL在用户端（铜线）两端各安装一个ADSL调制解调器，把40khz-1.1Mhz的高端频谱划分为许多自通道，其中25个用于上行通信，249个用于下行通信。并使用不同的载波进行数字调制。由于用户线的具体条件相差很大，因此ADSL采用了自适应调制技术使得用户线能够传输尽量高的数据率。当ADSL启动时，用户线两端的ADSL调制解调器就测试可用的频率，各子信道受到的干扰情况，以及在每一个频率上测试信号的传输质量。这样就使得ADSL能够选择合适的调制方案以获得尽量高的数据率。可见对质量很差的用户线甚至没法工作，而且ADSL也不能保证固定的数据率，需要电信局定期的检查用户线的质量，以保证向用户承诺的最高数据率。
ADSL最大的好处是利用现有的电话线（铜线），它的接口是一个较大的接口RJ45，较小的是RJ11插口，用来和电话分离器相连，电话分离器更小巧，用户只需要讲三个RJ11接口的连线接好就能使用，非常方便。
最后：ADSL借助用户线两端安装的ADSL调制协调器（ATU-R和ATU-C）对数字进行调制，使得调制后的数字信号适合在原来的用户线上传输，用户线本身没有变化，但给用户的感觉就是：加上ADSL调制解调器的用户好像能够直接把用户计算机产生的信号给远方的ISP，因为如此，原来的用户线加上两端的调制解调器就变成了可以传送数字信号的数字用户线DSL。
新的ADSL2+技术，规定最低下限为16Mbit/s，而上行速度达到800kbit/s。
7.HFC光纤同轴混合网
光纤同轴混合网是在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网，除可传送电视节目外，很能提供电话、数据和其他宽带交互型接入网。最早的有线电视网是树型拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单项广播传输。但以后有线电视网进行了改造，变成了现在的光纤同轴混合网。特点是：
把原有线电视网中的同轴电缆传送到每个用户家庭，从头端到用户家庭所需要的放大器数目也就仅减少了4-5个。连接到一个光纤结点的典型用户数是500左右，但部超过2000.
光纤结点和用户的距离不能超过2-3km，以前仅能用户电视信号的下行传输。现在的
HFC具有双向传输功能，而且扩展了传输频带。
要使用模拟电视机信号接受数字电视信号，就需要把机顶盒连接在同轴电缆和用户的电视机之间。但为了使用户能够利用HFC连入互联网，以及在上行通过中传送交互数字电视所需要的一些信息，我们还需要加入一个为HFC网使用的调制解调器，它又称为电缆调制解调器。电缆调制解调器可以做成一个单独设备（类似ADSL调制器），也可以做成内置式的，安装在电视机机顶盒里面。用户只要把自己的计算机接入电缆调制解调器里面，就可以方便上网了。
它不需要成对使用，只需要安装在用户端就可以了，ADSL在上网时所上网时，用户电话线专用的，因此用户线能够达到的最高数据率是确定的的，与其他ADSL用户是否上网无关。但使用HFC电缆调制解调器时，在同轴电缆的这一段用户所想用的最高数据率是不确定的，因为某个用户所能享用的最高数据率是不确定的，因为某个用户所能享用的数据率大小取决于这段电缆现有多少个用户正在传输数据。有线电视运营商往往宣传通过电缆调制解调器能够达到比ADSL更高的数据率，但只有在很少人上网的时候才会这样，若很大用户同时上网，那么每个用户实际的上网速率可能会低到难以忍受的地步。
8.FTTx技术
由于互联网已经有大量的视频信息资源，因此近年来网络上网的普及率增长很快，但为了更快地下载视频文件，以及更加流畅地欣赏网络的各种高清节目，尽快的把用户的上网速率进行升级就成了ISP的重要任务。从技术上来讲，光纤到户FTTH应当是最好的选择，这也是广大网络最终向往的。所谓光纤到户就是把光线一直铺到用户家庭，只有在光纤进入用户的家门后，才把光信号转换为电信号，这样就可以使用户得到最高的上网速率。但光纤到户由两个问题：
1.价格还不够便宜
2.一般用户没有这样高的数据率要求，要流畅的观看视频节目，数兆比特的数据率就可以了，不一定用100Mbit/s或更高的数据率。
这种情况下就出现了多种宽带光纤接入方式，称为FTTx，其实就是把到户延伸到离家门口有一定距离的地方。其实，现在信号在陆地上长距离的传输，基本上都已经实现了光纤化。前面的ADSL和HFC宽带接入方式中，用于远距离的传输媒体也早都使用了光缆，只是临近用户家庭的地方，才转化为铜缆。我们知道，一个家庭用户远远用不了一跟光纤的通信容量，为了有效的利用光纤资源，中间铺设了一段中间转化装置即光配置网，使数十个家庭能够共享一根光纤干线。
因为它为无源，基本上不需要有人去维护。光线路OLT是连接到光纤干线的终端设备，
OLT把收到的下行数据发往无源的1：N光分路器，然后用广播方式向所有用户端的光网络单元ONU发送。典型的光分路器使用分路比为1:32，有时可使用多级光分路器。每个ONU到用户距离自己设定，OLT给ONU分配适合的光功率，如果ONU在用户家中，那就是FTTH了。
现在已有很多种不同的FTTx。 除了光纤到户FTTH外， 还有光纤到路边FTTC（C表示Curb） 、 光纤到小区FTTZ（Z表示Zone） 、 光纤到大楼FTTB（B表示Building） 、 光纤到楼层FTTF（F表示Floor） 、 光纤到办公室FTTO（O表示Office） 、 光纤到桌面FTTD（D表示Desk） ，等等。 从ONU到用户的个人电脑一般使用以太网连接， 使用5类线作为传输媒体。 究竟选择何种接入方式最为合适， 也就是说， 究竟把光网络单元ONU放在什么地方， 则应当通过详细的预算对比才能确定。 从总的趋势来看， 光网络单元ONU越来越靠近用户的家庭， 因此就有了“光进铜退”的说法
