在計算機網絡中，物理層作為OSI模型與TCP/IP協議棧的最底層，承擔著數據傳輸的基礎職能。本筆記基于湖南科技大學計算機網絡微課堂內容，系統梳理物理層在連接網絡科技與計算機系統中的關鍵作用。
一、物理層定義與功能
物理層負責在傳輸介質上實現原始比特流的傳輸，涉及信號編碼、調制解調、傳輸速率控制等核心功能。其核心目標是在不同設備間建立、維持和釋放物理連接，確保數據通過有線或無線介質可靠傳遞。
二、物理層組件與技術
- 傳輸介質：包括雙絞線、同軸電纜、光纖等有線介質，以及無線電波、紅外線等無線介質。湖南科技大學實驗課程中重點演示了雙絞線與光纖的物理特性對比。
- 信號編碼：將數字數據轉換為電信號或光信號，常見技術包括不歸零編碼、曼徹斯特編碼等，確保接收方能準確解析數據。
- 接口標準：如RS-232、USB接口規范，定義了連接器的機械尺寸、電氣特性和信號功能，實現計算機與網絡設備的物理互聯。
三、物理層在網絡科技中的應用
隨著網絡科技發展，物理層技術持續演進：
- 5G技術通過毫米波與大規模MIMO提升無線傳輸容量
- 光纖到戶（FTTH）實現千兆級接入帶寬
- 物聯網（IoT）設備依賴低功耗廣域物理層協議（如LoRa）
四、與計算機系統的協同
計算機通過網卡（NIC）實現物理層功能，將CPU處理的數字信號轉換為傳輸介質可承載的格式。操作系統中的設備驅動程序直接控制物理層硬件，完成幀的發送與接收。
物理層作為網絡通信的基石，其技術進步直接推動著計算機與網絡科技的融合創新。掌握物理層原理，有助于深入理解從數據比特到全球互聯網的整體運作機制。
