物理层的基本概念

简单来说，就是指在各种传输媒介上如何传输数据比特流的问题。
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。
物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，包括：

机械特性：指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现电压的范围、抗阻匹配、传输速率和距离限制等。
规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序、数据传输方式等。

并行传输和串行传输

并行传输

数据在计算机内部多采用并行传输方式，这样可以提高数据的传输速率和效率。
并行传输是指数据以一组或整个字符的方式在多条并行信道上同时传输。并行传输一般适用于计算机和其它高速数据系统的近距离传输。

串行传输

数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般是串行传输（出于经济上的考虑）。
串行传输是指一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。串行传输的优点是简单、可靠、适用于长距离通信，缺点是速度慢、效率低、需要时钟同步。串行传输可以分为同步和异步两种方式，同步串行传输需要根据一个统一的时间标准进行配合，异步串行传输则无需一个稳定的时间基准。

并行传输和串行传输的区别

传输方式不同：一个是并行，一个是串行
效率不同：并行传输的效率高，一次可以传输多个数据；串行传输一次只能传输一个数据。
速度不同：大多数情况下串行速度会快些。
并行传输适用于短距离；串行传输适用于长距离。
参考：并行传输和串行传输的区别

数据通信的基础知识

数据通信系统的模型

一个数据通信系统可以划分为三大部分。即源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）、和目的系统（或接收端、接收方）。

源系统

源系统一般包括以下两个部分：

源点（source）：源点设备产生要传输的数据。例如，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：通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。现在很多计算机使用内置的调制解调器（包含调制器和解调器），用户在计算机在面看不见调制解调器。

调制和解调是无线通信领域中常见的技术词汇。简单来说，调制就是把输入的信号变换为适合于通过信道传输的波形，解调就是从已调信号中恢复出原始的输入信号。
调制和解调的目的都是为了实现信息的有效传输，提高信道的利用率，增强抗干扰能力，降低传输功率等。

目的系统

目的系统一般包括以下两个部分：

接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它传唤成能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器，它把来自传输线路上的模拟信号进行解调，提取出在发送端置入的信息，还原出发送端产生的数字比特流。
终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。
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。

信号

通信的目的是传送信息（message）。数据（data）是运送消息的实体。信号（signal）是数据的电气或电磁的表现。

根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为两大类：

模拟信号（连续信号）

代表信息的参数的取值是连续的。

数字信号（离散信号）

代表信息的参数的取值是离散的。

模拟信号和数字信号是两种不同的信号表示方式。模拟信号是一种连续变化的物理量，如声音、光纤、温度等，它可以用一个连续的函数来描述。数字信号是一种离散的物理量，如二进制码、脉冲等，它只能取有限个离散的值，通常用0和1来表示。
模拟信号和数字信号之间可以相互转换。模拟信号转换为数字信号的过程叫做模数转换，需要经过抽样、量化和编码三个步骤。数字信号转换为模拟信号的过程叫做数模转换，需要经过解码和重构两个步骤。
模拟信号和数字信号各有优缺点。模拟信号直观、易于实现，但容易受到噪声干扰，难以存储和处理。数字信号抗干扰能力强，易于存储和处理，但需要更多的带宽和更复杂的设备。

信道

信道和电路并不等同。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收信道。
从通信的双方信息交互的方式来看，可以有三种基本方式：

单向通信（单工通信）

即只支持信号在一个方向上传输，不能改变信号的传输方向。

例如，计算机和打印机之间的通信时单项通信，因为只有计算机向打印机传输数据，而没有相反方向的数据传输。
单向通信的优点是简单、易于实现，但缺点是不能进行双方交互，只能实现单方面的信息传递。

双向交替通信（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，也不能同时接收。这张通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后再反过来。

例如。无线对讲机，使用相同的频率进行通信，只允许一方讲话，讲完后要告知对方结束。
双向交替通信的优点是可以实现双方的信息交互，但缺点是不能充分利用信道资源，传输效率低于双向同时通信。

双向同时通信（全双工通信）

即通信的双方可以同时发送和接收信息。

单向通道只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则需要两个信道（每个方向各一条）。显然，双向同时通信的传输效率最高。

编码

来自信源的信道通常被称为基带信号（即基本频带信号）。基带信号是指没有经过调制的原始电信号，其频率范围从零频附近开始，具有低通形式。基带信号直接表达了要传输的信息，如说话的声波就是基带信号。
基带信号往往包含较多的低频分量，甚至有直流分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制。
调制可以分为两大类：

一类是仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。这类调制称为基带调制。由于这种基带调制是把数字信号转换为另一种形式的数字信号，因此也被称之为编码。

另一类调制则需要使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地再模拟信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号（即再一段频率范围内能够通过信道），而使用的载波的调制被称为带通调制。