一、物理层
物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互联设备，为数据传输提供可靠的环境。OSI物理层协议的实现就是对网络中的计算机之间的通信制定相应的规则，确切地说就是实现协调位传输的规则。该层主要定义物理网络结构、所使用的传输介质的机械和电气特性、位传输编码和计时规则。尽管通信媒体不属于物理层，但一般的做法是将其放在物理层一起讨论。要传递信息就要利用这些物理媒体，主要的媒体有双绞线、同轴电缆、光纤等有线通信线路或微波、通信卫星等无线通信线路，物理层的主要任务就是为它的上一层提供一个物理连接，也可以把它的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即机械特性、电气特性、功能特性以及规程特性，如规定了使用电缆和接头的类型、传送信号的电压等，在这一层，数据还没有被组织，仅作为原始的位流或电气电压处理。单位是bit。
物理层特指的通信用的互联设备是DTE和DCE间的互联设备。DTE即数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。而DCE则是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。数据传输通常是经过DTE—DCE，再经过DCE—DTE的路径。互联设备指将DTE、DCE连接起来的装置，如各种插头、插座。LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接头、插头、接收器、发送器、中继器等都属物理层的媒体和连接器。
与物理层相关的问题主要有连接类型、网络的物理拓扑结构、数字信号与模拟信号、位同步等。
（一）连接类型
网络是由点到点和多点连接而构成的，从这两种类型的连接，可以看到有多少设备连到一根电缆或一段传输媒介上。
点到点的连接就是两台设备之间的直接连接。因为仅有两台设备共享一个点到点的连接，所以保证了每一个站点都得到足够的传输容量或带宽。
多点连接是指3台设备或更多设备之间的连接。多点连接共享同一带宽，因此，整个容量被分配给连接到传输媒介上的每一个设备。
（二）物理拓扑结构
所有的计算机网络都是建立在点到点或多点连接的基础上的，一般把传输媒介的物理结构叫做“物理拓扑结构”。选择拓扑结构时，应注意以下特性：
（1）安装的相对难易程度。
（2）进行再配置的难易程度。
（3）维护的相对难易程度。
（4）传输媒介发生故障，最多会有多少设备受影响。
构成网络的物理拓扑结构有很多种，根据网络类型，局域网的物理拓扑结构主要有总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和网状型拓扑等；广域网的物理拓扑结构主要有树型网络、网状型网络等。
（三）数字信号与模拟信号
网上计算机通过传送电子脉冲或电磁波来产生信号。这种利用电子能量进行通信的方法叫做信号，将一个信号进行改变来表示数据的过程叫做调制或编码。信号有两种形式：数字信号和模拟信号。两种类型的信号都是通过控制电子或电磁特性来表示数据。这些特性或状态如何改变，决定了一个信号是数字的还是模拟的。数字信号通过离散状态来表示。模拟信号通过连续状态来表示。
在计算机网络中，数字信号的产生是由光或电压脉冲来完成。脉冲的状态变化表示数据的二进制形式，见第二章图2-3（a）。
网络设备怎样改变信号以实现二进制数据，依赖于使用的调制或编码机制，分别是当前状态和状态改变。
当前状态策略是测量一个状态或信号特征的出现或消失，网络设备监视传输媒介，并周期性地测量特定状态。在这种情况下，一个电压电平表示二进制1，而另一个电压电平表示二进制0，只要电压时刻变化，数据就能调制或编码到信号上。下列数字信号编码机制使用当前状态测量法：①单极性；②双极性；③归零制；④双相制。
状态转换也可将数据编码到信号上，例如：不去测量电缆上的绝对电压，而是测量两电压之间的转变。同样，网络设备也是监视着媒介并作周期性的测量。从一个状态到另一个状态的一次转换就表示一个二进制数据。在这种情况下，电压转变表示二进制1，不转变表示二进制0。下列数字信号编码机制可以用于状态转变量化法：①双极交替标识转换（AMI）；②不归零编码（NRZ）；③曼彻斯特编码；④差分曼彻斯特编码；⑤双向制间隔（FM—0）。
模拟信号依赖于波形的连续变化状态。使用在模拟信号中的电磁波，通常用正弦波表示。信号波形模拟着信息的变化而变化，如图2-2所示的信号称为模拟信号。其特点是幅度连续（连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值）。图2-2（a）所示的信号是模拟信号，其信号波形在时间上也是连续的，因此它又是连续信号。图2-2（b）所示的信号是对图2-2（a）所示的模拟信号按一定的时间间隔T抽样后的抽样信号，由于其波形在时间上是离散的，它又叫离散信号，但此信号的幅度仍然是连续的，所以仍然是模拟信号。电话、传真、电视信号都是模拟信号。
测量电磁波常常使用以下3个特性，分别是振幅（amplitude）、频率（frequency）和相位（phase）。和对数字信号一样，也可以对模拟信号进行调制或编码来表示二进制数据。模拟信号也使用当前状态方法和状态转换方法对信号进行调制。
（四）位同步
在物理层的通信的基本单位是位，而数据位是通过特定信号特性的状态改变而编码到模拟或数字信号上去的。接收方通过对其特性的测量来对信号进行解释。因此，接收方必须知道应该在何时去测量，然后将信号解码，从中得到信号的位。对测量计时时钟的控制称作位同步。所有数据的传输都要求某种类型的位同步。实现位同步有不同的方法，每种方法要求不同的传输媒介节宽和额外开销。
有两类位同步：
1.异步（asynchronous）
异步位系统使用间歇信号来传送每一位，当无数据传送时，在传输媒介信道上就无信号或状态变化，当有数据传送时，设备用一个内部硬件时钟来确定应该何时测量信号。在要发送数据前一时刻，发送设备发出一个信号起始位（或状态变化）到传输媒介上去，接收设备在收到起始位以后，起动它们的内部时钟，并开始继续测量信号。这通常持续很短一段时间，直到收到停止位为止。下一个数据信号可能会在任何时候发生，并也以它自己的起始位打头。
2.同步（synchronous）
同步位流使用另外一些方法来提供一个时钟与设备时钟进行同步，使得正确计时。下列技术应用于同步位流：
（1）确保状态改变（guaranteed statechange）。这种计时的方法是把一个计时信号嵌入在数据信号中。它保证在事先决定的时间间隔内传输信号将进行一次发送。接收方期待着这种变化，并不断调整它的内部时钟。确保状态改变方法常与数字信号一起使用。
（2）独立时钟信号（separateclock signal）。有些通信系统有两个独立的数字或模拟传输媒介信道，用来发送数据的信号流。一个信道传输真正的数据位，另一个信道提供一个时钟。时钟信号通知接收方应在何时测量数字信号。这种策略对于短距离传输最有效，例如：RS-232并行打印机电缆和设备间的信号传输。但是，提供一个独立时钟信号非常不经济，因为它要求两倍的传输媒介带宽。另外，两个信号有时能在长距离情况下（或者它们的传输媒介路径非常不同的情况下）失去同步。
（3）过量取样（over sampling）。通过使用过量取样而不用增加任何附加传送，也可以来决定时钟。过量取样的意思是：接收方以比数据传输速度更快的速度对信号取样。例如，如果数据信号以10Mbit/s的速度发送，那么，接收方将以1G bit/s的速度测量信号。在每10次测量中，有一次是提供数据位信息的，另外9次是用于决定信号的时钟和接受方的时钟是否同步。
物理层的具体功能如下。第一，为数据端设备提供传送数据的通路，数据通路可以是一个物理媒体，也可以是多个物理媒体连接而成。一次完整的数据传输，包括激活物理连接，传送数据，终止物理连接。所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与，都要在通信的两个数据终端设备之间连接起来，形成一条通路。第二，传输数据。物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。一是要保证数据能在其上正确通过；二是要提供足够的带宽，以减少信道上的拥塞；三是要实现物理层传输的数据（即位）要同步。传输数据的方式能满足点到点，一点到多点，串行或并行，半双工或全双工，同步或异步传输的需要。第三，完成物理层的一些管理工作。