【物理层设备】
中继器
中继器，又称转发器，其通过信号再生的原理，来将信号整形并放大再转发出去，以消除信号由于经过长段线缆因噪声而造成的失真和衰减，使信号波形与强度达到所需要求，从而扩大传输距离
中继器仅作用于信号的电气部分，不考虑数据中是否存在错误数据或不适用于网段的数据
中继器是局域网环境下用来扩大网络规模的最简单、最廉价的互联设备，其有两个端口，两端的网络部分是网段，因此使用中继器连接起来的网段仍为一个局域网，但由于中继器工作在物理层，因此其不能连接两个具有不同速率的局域网，同时，中继器两端的网段必须为同一协议
从理论上来将，中继器的使用数目是无限的，网络也因此可以无限延长，但由于网络标准中对信号的延迟范围作出具体规定，因此中继器只能在该规定范围内工作，以避免引起网络故障
中继器使用数目遵循 5-4-3 规则，即使用中继器连接最多不超过 $5$ 个网段，最多有 $4$ 个物理层设备，只有 $3$ 个网段可以有设备
集线器
集线器（Hub），本质上是一个多端口中继器，其在网络中只起到信号放大与转发的作用，不具备信号定向传送能力，即信号传输方向是固定的，
集线器是一个标准的共享设备，当一个端口收到数据后，将其从除输入端口外的所有端口转发出去，由其组成的网络是共享式网络，由集线器连接的网络在拓扑结构上属于星形拓扑结构，每个端口连接的网络部分是同一个网络的不同网段，同时其只能在半双工方式下工作
由于多台计算机同时通信的情况必然会发生，因此集线器无法分割冲突域，集线器的所有端口都属于同一个冲突域，也就是说，如果同时有两个或多个端口输入，那么在输出时将会出现冲突
故而集线器在一个时钟周期内只能传输一组信息，如果一台集线器连接的机器数目较多，且多台机器经常需要同时通信，那么将会导致信息的碰撞，使得工作效率极差
同时，连接在集线器上的工作主机会平分带宽，例如一个带宽为 $10Mb/s$ 的集线器上连接了 $8$ 台主机，那么当这 $8$ 台主机同时工作时，每台主机真正拥有的带宽为：
【物理层接口特性】
物理层考虑的是如何在连接各个计算机的传输媒体上传输比特流，不考虑具体的传输每天，因此物理层应尽可能屏蔽各种物理设备的差异，使数据链路层只需要考虑本层的协议和服务
物理层的主要任务可以描述为确定与传输媒体的接口有关的特性，即：
- 机械特性：定义物理连接的边界点，规定物理连接时所采用的规格、引线的数目、引脚的数量、排列情况等
- 电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率、距离限制等
- 功能特性：指明某条线上出现某一电平的电压表示何种意义，接口部件的信号线的用途等
- 规程特性：定义各条物理线路的工作规程和时序关系
【传输介质】
概述
传输介质，又称传输媒体，其是发送设备与接收设备之间的物理通路
传输介质可以分为导向传输介质和非导向传输介质，导向传输介质中电磁波被导向沿着固体媒介传播，非导向传输介质可以是空气、真空、海水等
双绞线
双绞线是最古老、最常用的传输介质，其由两根采用一定规则并排绞合、相互绝缘的铜导线组成，其带宽取决于铜线的粗细与传输距离
为减少对相邻导线的电磁干扰，常采用绞合的方法，同时，可在双绞线外加一层由金属丝编织成的屏蔽层，即屏蔽双绞线（STP），无屏蔽层的双绞线就被称为非屏蔽双绞线（UTP）
双绞线价格便宜，是最常用的传输介质之一，常用于局域网和传统电话网中
在模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几公里到数十公里，距离太远时，对于模拟传输，要用放大器放大衰减信号，对于数字传输，要用中继器将失真的信号整形
同轴电缆
同轴电缆由铜质导体芯线、绝缘层、网状编织屏蔽层、塑料外层构成，其具有良好的抗干扰特性，被广泛应用于传输较高速率的数据，传输距离更远，但价格要比双绞线贵
根据阻抗数值的不同，通常讲讲同轴电缆分为 $50\Omega$ 同轴电缆和 $75\Omega$ 同轴电缆，其中 $50\Omega$ 同轴电缆主要用于传送基带数字信号，又称基带同轴电缆，常用于局域网中；$75\Omega$ 同轴电缆主要用于传送宽带信号，又称宽带同轴电缆，常用于有线电视系统中
光纤
光纤，即光导纤维，其通过传递光脉冲来通信，有光脉冲表示 $1$，无光脉冲表示 $0$
光纤主要由纤芯和包层构成，光波通过纤芯进行传导，包层相较于纤芯有较低的折射率，当高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角大于入射角，因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层会折射回纤芯，这个过程不断重复，光就沿着光纤传输下去
只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生全反射，因此，可以存在多条不同入射角度的光线在同一条光纤内传输，这种光纤被称为多模光纤，其光源为发光二极管，光脉冲在其中传输时会逐渐展宽，造成失真，因此多模光纤只适用于近距离传输
若光纤的直径减小到只有一个光的波长，光纤就像一根波导一样，使光纤一直向前传播，不会产生多次反射，这样的光纤被称为单模光纤，其光源为定向性极好的激光二极管，衰耗较小，适合远距离传输，但其制造成本很高
无线传输介质
无线电波
无线电波具有较强的穿透能力，可以传输很长的距离，目前被广泛应用于手机通信、无线局域网（WLAN）等
其是将信号向所有方向散播，这样在有效距离范围内的接收设备就无须正对某一方向来的无线电波发射者进行通信连接
视线介质
视线介质，是指高带宽无线通信中的微波、红外线、激光，他们都需要在发送方和接收方间有一条视线通路，有很强的方向性，均是沿直线传播
不同的是，红外通信和激光通信都要将传输信号分别转换为各自的信号格式，即红外光信号、激光信号，再直接从空间中传播
微波通信的频率较高、频段范围也很宽，信道容量很大，其在地面传播距离有限，超过一定距离后要用中继站来接力
卫星通信就是利用地球同步卫星来作为中继站转发微波信号，可以克服地面微波通信距离的限制，三颗相距 $120^\circ$ 的同步卫星几乎能覆盖整个地球表面，基本能实现全球通信，其通信容量大、距离远、覆盖广，但端到端的传播延迟较长
