比特 0 和 1，到底怎么从一台机器传到另一台机器？
在电脑内部，它只是二进制数据。但如果要通过网线发送出去，就不能把“0”和“1”这两个字符扔进网线。
所以物理层需要规定：用什么介质传？怎么表示0和1？
例如网线是电信号，光纤是光信号，wifi是电磁波，这些都是物理层层面。不管发送的内容是什么，怎么来，只管怎么发出去。
目录
信号
调制
通信信道
信道极限速率
物理层特性
物理层设备
信号
信号从形态分为两类
模拟信号：取值连续
数字信号：取值离散，可以有两个（就0和1）或者多个离散状态
从处理程度分为两类
基带信号：来自信源的原始信号（可以是数字也可以是模拟。）
带通信号：基带信号经过调制的信号
基带信号保留了原始信号里的“慢变化”，甚至可能包含完全不变化的部分，所以它的频谱会一直延伸到低频甚至0Hz（长时间保持同一电平比如连续发送0或者1）。
很多信道根本不适合传低频甚至接近 0 Hz 的信号，所以需要调制。
比如调剂到2.4gHz。
但这并不意味着真能每秒发送2400000000bit
它实际占用的频率范围可能是：2.402 GHz ～ 2.422 GHz
那它的带宽就是大约：20 MHz，虽然频率上去了，但是信息量没有变
调制
传输需要载体波。根据基带信号调整这个载体的振幅、频率相位之类的，就叫做调制。
调制需要注重同步，要使接收方清楚每一个比特从什么时候开始，到什么时候结束。而在编码里跳变有助于双发对bit的边界感一致。
基带调制（编码），直接改变原始电脉冲的形状
简单分为五种：
不归零NRZ：1为高电平，0为低电平
优点：简单，带宽利用率高。
缺点：没有跳变，同步能力差
比如，如果一直是1，一直为高电平，很难分清是10000个1还是10001个1。
用于早期/简单数字电路、芯片内部、短距离数字信号
归零RZ：每发送一个 bit，电平中途会“归零”。
1：前半段高电平，后半段回到 0
0：前半段低电平，后半段回到 0
哪怕一直是1，也不会一直是高电平，根据跳变次数可判断发送了多少个。
优点：同步能力更强
缺点：需要更快的电平变化，带宽利用率差
用于一些早期通信系统、光通信中的某些脉冲传输
反向非归零NRZI编码：看电平有没有发生翻转
1 → 电平翻转
0 → 电平不变
小例子：
数据：1 0 1 1 0
开始：低
1 → 翻转 → 高
0 → 不翻 → 高
1 → 翻转 → 低
1 → 翻转 → 高
0 → 不翻 → 高
电平：高 高 低 高 高
优点：正负接反也能正常使用（不失为一种幽默）
如果某种 bit 经常出现，同步会很好
缺点：只能解决一部分bit的连续相同问题。
用于USB、某些串行链路、磁记录等
曼切斯特编码：bit 中间一定跳
1：低 → 高
0：高 → 低
优点：同步能力强
缺点：跳变太频繁
用于经典以太网 10BASE-T、RFID、一些工业通信
差分曼切斯特编码：NRZI＋曼切斯特
0 → bit 开头跳变
1 → bit 开头不跳变
优点：同步能力强，不依赖绝对电平
缺点：跳变太频繁
用于经典 Token Ring 等系统
带通调制
直接将信号载到一个高频的波上
调幅：有幅度无幅度表示01
调频：高频低频表示01
调相：不同相位表示01
通信信道
单工通信：单个信道单向传输
半双工通信：两条信道相反传输，不可同时（物理上一条信道可以做到）
全双工通信：两条信道反向传输，可同时
信道极限速率
比特率：bit/s
波特率：码元/s
补充知识：
NRZ、NRZI 比特率=波特率
RZ、曼切斯特，反向曼切斯特：比特率：波特率=1：2
一个码元携带比特数量为,V代表有多少种形态的码元
奈氏准则
理想信道极限传输速率，W代表带宽
为什么前面乘2？因为最快半个正弦周期能安排一个互不干扰的码元
既然一个正弦周期能切两份，为什么不能切成4份、8份？
因为你越想制造更短、更陡的变化，就需要越高的频率成分；而信道带宽有限，高频成分过不去，波形会越来越圆滑，相邻码元最终混在一起。
带宽有限的信道无法产生任意快速的独立变化。
香农定理
如果考虑噪声的场景，极限传输速率为，S代表信号功率，N代表噪声功率
（信息论这一块，两年前学的都忘光了，绝望地蠕动）
| 奈氏 | 香农 | |
|---|---|---|
| 信道 | 无噪声理想信道 | 有噪声信道 |
| 限制来源 | 带宽 + 码元形式 | 带宽 + 信噪比 |
| 意义 | 符号不能无限快 | 加再多编码状态也不能突破容量 |
物理层特性
机械特性：硬件层面，接口外形
电气特性：接口电缆各线的电压范围
功能特性：出现某一电平的电压的意义
过程特性：各种可能事件的出现顺序
物理层设备
中继器：信号整形、放大、再转发
原理是信号再生（数字信号），而非简单的放大
两个接口，一端进，一端出
放大器：直接放大（模拟信号）
集线器：多端口中继器，一端进多端出
不具备定向传送能力
只能半双工
)