物理層
| 物理層 |
物理層（Physical Layer）是計算機網絡OSI模型中最低的一層，位於OSI參考模型的最底層，它直接面向實際承擔數據傳輸的物理媒體（即通信通道），物理層的傳輸單位為比特（bit），即一個二進制位（「0」或「1」）。
實際的比特傳輸必須依賴於傳輸設備和物理媒體，但是，物理層不是指具體的物理設備，也不是指信號傳輸的物理媒體，而是指在物理媒體之上為上一層（數據鏈路層）提供一個傳輸原始比特流的物理連接。物理層規定：為傳輸數據所需要的物理鏈路創建、維持、拆除，而提供具有機械的，電子的，功能的和規範的特性。簡單的說，物理層確保原始的數據可在各種物理媒體上傳輸。
目錄
目錄
基本介紹
主要功能
編程方法
通信硬件
接口協議
基本介紹
物理層是OSI的第一層，它雖然處於最底層，卻是整個開放系統的基礎。物理層為設備之間的數據通信提供傳輸媒體及互連設備，為數據傳輸提供可靠的環境。如果您想要用儘量少的詞來記住這個第一層，那就是「信號和介質」。
主要功能
透明的傳送比特流；所實現的硬件：集線器（HUB）。
互連設備
物理層的媒體包括架空明線、平衡電纜、光纖、無線信道等。通信用的互連設備指DTE和DCE間的互連設備。DTE即數據終端設備，又稱物理設備，如計算機、終端等都包括在內。而DCE則是數據通信設備或電路連接設備，如調製解調器等。數據傳輸通常是經過DTE──DCE，再經過DCE──DTE的路徑。互連設備指將DTE、DCE連接起來的裝置，如各種插頭、插座。LAN中的各種粗、細同軸電纜、T型接、插頭，接收器，發送器,中繼器等都屬物理層的媒體和連接器。
主要性能
⑴為數據端設備提供傳送數據的通路，數據通路可以是一個物理媒體,也可以是多個物理媒體連接而成。一次完整的數據傳輸，包括激活物理連接，傳送數據，終止物理連接。所謂激活，就是不管有多少物理媒體參與，都要在通信的兩個數據終端設備間連接起來，形成一條通路。
⑵傳輸數據，物理層要形成適合數據傳輸需要的實體，為數據傳送服務。一是要保證數據能在其上正確通過，二是要提供足夠的帶寬(帶寬是指每秒鐘內能通過的比特(BIT)數)，以減少信道上的擁塞。傳輸數據的方式能滿足點到點，一點到多點,串行或並行，半雙工或全雙工，同步或異步傳輸的需要。
⑶完成物理層的一些管理工作。
重要內容
信號的傳輸離不開傳輸介質，而傳輸介質兩端必然有接口用於發送和接收信號。因此，既然物理層主要關心如何傳輸信號，物理層的主要任務就是規定各種傳輸介質和接口與傳輸信號相關的一些特性。
1．機械特性
也叫物理特性，指明通信實體間硬件連接接口的機械特點，如接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等。這很像平時常見的各種規格的電源插頭，其尺寸都有嚴格的規定。
圖列出了各類已被ISO標準化了的DCE接口的幾何尺寸及插孔芯數和排列方式。
一般來說，DTE(DataTerminalEquipment，數據終端設備，用於發送和接收數據的設備，例如用戶的計算機)的連接器常用插針形式，其幾何尺寸與．DCE(DataCircuit-terminatingEquipment，數據電路終接設備，用來連接DTE與數據通信網絡的設備，例如Modem調製解調器)連接器相配合，插針芯數和排列方式與DCE連接器成鏡像對稱。
圖常用連接機械特性(單位：mm)
2．電氣特性
規定了在物理連接上，導線的電氣連接及有關電路的特性，一般包括：接收器和發送器電路特性的說明、信號的識別、最大傳輸速率的說明、與互連電纜相關的規則、發送器的輸出阻抗、接收器的輸入阻抗等電氣參數等。
3．功能特性
指明物理接口各條信號線的用途(用法)，包括：接口線功能的規定方法，接口信號線的功能分類--數據信號線、控制信號線、定時信號線和接地線4類。
4．規程特性
指明利用接口傳輸比特流的全過程及各項用於傳輸的事件發生的合法順序，包括事件的執行順序和數據傳輸方式，即在物理連接建立、維持和交換信息時，DTE/DCE雙方在各自電路上的動作序列。
以上4個特性實現了物理層在傳輸數據時，對於信號、接口和傳輸介質的規定。[1]
重要標準
物理層的一些標準和協議早在OSI/TC97/C16分技術委員會成立之前就已制定並在應用了,
OSI也制定了一些標準並採用了一些已有的成果.下面將一些重要的標準列出,以便讀者查閱.
ISO2110:稱為"數據通信----25芯DTE/DCE接口連接器和插針分配".它與EIA(美國電子工業
協會)的"RS-232-C"基本兼容.
ISO2593:稱為"數據通信----34芯DTE/DCE----接口連接器和插針分配".
ISO4092:稱為"數據通信----37芯DTE/DEC----接口連接器和插針分配".與EIARS-449兼容.
CCITTV.24:稱為"數據終端設備(DTE)和數據電路終接設備之間的接口電路定義表".其功
能與EIARS-232-C及RS-449兼容於100序列線上.
特性
反映在物理接口協議中的物理接口的4個特性是機械特性、電氣特性、功能特性與規程特性。：
（1）機械特性，指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等。這很像平時常見的各種規格的電源插頭的尺寸都有嚴格的規定。
（2）電氣特性，指明在接口電纜的各條線上出現的電壓的範圍。
物理層的電氣特性規定了在物理連接上傳輸二進制位流時線路上信號電壓高低、阻抗匹配情況、傳輸速率和距離的限制等．早期的電氣特性標準定義物理連接邊界點上的電氣特性，而較新的電氣特性標準定義的都是發送器和接收器的電器特性，同時還給出了互連電纜的有關規定．比較起來，較新的標準更有利於發送和接收線路的集成化工作．物理層接口的電氣特性主要分為三類：非平衡型，新的非平衡型和新的平衡型。
非平衡型的信號發送器和接收器均採用非平衡方式工作，每個信號用一根導線傳輸，所有信號共用一根地線．信號的電平是用+5V～+15V，表示二進制"0"，用-5V～-15V，表示二進制"1"．信號傳輸速率限於20Kbps以內，電線長度限於15M以內．由於信號線是單線，因此線間干擾大，傳輸過程中的外界干擾也很大。
在新的非平衡型標準中，發送器採用非平衡方式工作．接收器採用平衡方式工作（即差分接收器）．每個信號用一根導線傳輸．所有信號共用兩根地線，即每個方向一根地線．信號的電平使用+4v~+6v表示二進制"0"，用－4V～－6V表示二進制"1"．當傳輸距離達到1000M時，信號傳輸速率在3kbps以下，隨着傳輸速率的提高，傳輸距離將縮短．在10M以內的近距離情況下，傳輸速率可達300kbps.由於接收器採用差分方式接收，且每個方向獨立使用信號地，因此減少了線間干擾和外界干擾．
新的平衡型標準規定，發送器和接收器均以差分方式工作，每個信號用兩根導線傳輸，整個接口無需共用信號就可以正常工作，信號的電平由兩根導線上信號的差值表示．相對於某一根導線來說，差值在+4V～+6V表示二進制"0"，差值在－4V～－6V表示二進制"1"．當傳輸距離達到1000M時，信號傳輸率在100kbps以下；當在10m以內的近距離傳輸時，速率可達10Mbps.由於每個信號均使用雙線傳輸，因此線間干擾和外界干擾大大削弱，具有較高的抗共模干擾能力。
（3）功能特性，規定了接口信號的來源、作用以及其他信號之間的關係。即物理接口上各條信號線的功能分配和確切定義。物理接口信號線一般分為數據線、控制線、定時線和地線.
DTE/DCE標準接口的功能特性主要是對各接口信號線作出確切的功能定義，並確定相互間的操作關係。對每根接口信號線的定義通常採用兩種方法：一種方法是一線一義法，即每根信號線定義為一種功能，CCITTV24、EIARS-232-C、EIARS-449等都採用這種方法；另一種方法是一線多義法，指每根信號線被定義為多種功能，此法有利於減少接口信號線的數目，它被CCITTX.21所採用。
接口信號線按其功能一般可分為接地線、數據線、控制線、定時線等類型。對各信號線的命名通常採用數字、字母組合或英文縮寫三種形式，如EIARS-232-C採用字母組合，EIARS-449採用英文縮寫，而CCITTV.24則以數字命名。在CCITTV.24建議中，對DTE/DCE接口信號線的命名以1開頭，所以通常將其稱為100系列接口線，而用於DTE/ACE接口信號線命名以2開頭，故將它稱做200系列接口信號線。
（4）規程特性，定義了再信號線上進行二進制比特流傳輸的一組操作過程，包括各信號線的工作順序和時序，使得比特流傳輸得以完成。
DTE/DCE標準接口的規程特性規定了DTE/DCE接口各信號線之間的相互關係、動作順序以及維護測試操作等內容。規程特性反映了在數據通信過程中，通信雙方可能發生的各種可能事件。由於這些可能事件出現的先後次序不盡相同，而且又有多種組合，因而規程特性往往比較複雜。描述規程特性一種比較好的方法是利用狀態變遷圖。因為狀態變遷圖反映了系統狀態的變遷過程，而系統狀態遷移正是由當前狀態和所發生的事件（指當時所發生的控制信號）所決定的。
不同的物理接口標準在以上4個重要特性上都不盡相同。實際網絡中比較廣泛使用的是物理接口標準有EIA-232-E、EIARS-449和CCITT的X.21建議。EIARS-232C仍是目前最常用的計算機異步通信接口。
編程方法
物理層
PC機的異步串行通信編程方法內容包括DOS、WINDOWS和BIOS級PC通信、基於異步通信與器的系統的PC通信以及通信編程方法。
DOS級通信
PC機一般常有兩個異步串行端口，分別稱作COM1和COM2，它們都符合RS-232C標準。在DOS操作系統中，COM1、COM2被作為I/O設備進行管理，COM1、COM2便是它們的邏輯設備名。據此，DOS便可通過對COM1、COM2操作實現異步串行通信。DOS的MODE命令可用以設置異步串行端口的參數，DOS的COPY命令允許將異步串行端口作為一個特殊的"文件"，進行數據傳輸。下面舉一個利用DOS的MODE、COPY命令，進行雙機鍵盤輸入字符傳輸的例子。MODE命令的格式如下:
MODE端口名:速率，校驗方式，數據位數，停止位位數
其中端口名為COM1或COM2;傳輸速率可選110、150、300、600、1200、2400、4800或9600bps;校驗方式為E（偶校驗）、（奇校驗）或N（無校驗）;數據位數為7或8位;停止位位數為1或2位。通信雙方設置的參數應一致，如雙方都打入如下命令:MODECOM1:1200，E，7，1則表示雙方以COM1為異步通信端口以1200bps、偶校、7位數據位、1位停止位的設置參數進行通信。DOS中有一標準控制台COM，實際上作輸入時CON即鍵盤，作輸出時CON即顯示器。
準備發送的PC機執行如下命令:COPYCON:COOM1:表示將從鍵盤收到的信息通過COM1串行口發送。
準備接收的PC機執行如下命令:COPYCOM1:CON:則表示將接收來自COM1串行口信息，並在顯示器上顯示。
兩台PC機分別執行完上述命令後，在發送方鍵盤上輸入的字符便會在接收方顯示器上顯示出來。上面介紹的是用DOS的MODE、COPPPY命令實現的最簡單的PC通信。在MS-DOS的高版本中（例如MS-DOSV6.0）還提供了一條命令，叫作INTERLNK，實際上它是一個通信程序。使用INTERLNK命令和一根連接兩台PC機串行端口的電纜，可以使一台PC機從另一台PC機的磁盤驅動器中存取數據並運行程序，無需再使用軟盤去拷貝文件。用以鍵入命令的PC機叫客戶機（Client），與客戶機相連的PC機叫服務器（Server）。客戶機使用服務器的驅動器和打印機，服務器顯示兩台PC機的連機狀態。
當兩台PC機被INTERLNK連接以後，服務器上的驅動器便以擴驅動器的形式映象到客戶機上，若兩台PC機原來均有A、B、C三個驅動器，則連接後客戶機除了自身的三個驅動器外，又多了E、F、G（服務器驅動器映象）三個擴展驅動器，客戶機可以象使用自己的驅動器一樣使用這些擴展驅動器。使用INTERLNK時，每台PC機上至少要有一個空閒的串行口，還要一根3號線或7號線的零調製解調器（NullMODEM）串行電纜線，客戶機上至少有16K空閒內存，服務器上至少有130K空閒內存。
在客戶機的CONFIG系統配置文件.SYS中添加如下命令：devive=c：\dos\interlnk.exe/drives：5
再重新啟動客戶機，便可裝入INTERLNK。這裡假設interlnk.exe存於客戶機C驅動器的DOS子目錄中，/drives:5參數用於映象5個服務器驅動器，缺省情況下為3個驅動器。服務器上啟動INTERLNK不需要其CONFIG.SYS作任何改動，只需在DOS命令提示符下鍵入intersvr即可。此時，屏幕底部出現一行狀態信息，顯示INTERLNK的連接狀態。
PC的通信
MicrosoftWindows的應用程序Terminal允許用戶PC機與其它計算機連接並交換數據，也可仿真為將與之交換數據的遠程計算機所要求的終端類型。下面給出一台PC機應用WINDOWS的Terminal從具有連機服務的遠程系統讀取文件的通信過程。
打開終端
使用設置（Settings）菜單設置參數
查閱文件
使用傳輸（Transfers）菜單接收一個文件
與遠程計算機脫機
使用phone菜單掛起調製解調器
使用文件（File）菜單存儲文件
退出終端
BIOS級通信
在PC機的基本輸入輸出系統（BIOS）中的中斷14H提供了異步串行端口的服務功能，通過INT14H提供的四種功能，可訪向串行通信端口，實現連機通信。INT14H的串行口功能為:
功能號功能
00通信端口初始化
01向通信端口寫字符
02從通信端口讀字符
03返回通信端口狀態
INT14H的一般調用順序如下：
MOVAH，〈功能號〉
MOVDX，〈端口號〉
（在其它寄存器裝入與功能有關的值）
INT14H
（1）初始化通信端口
用以設置通信端口參數。
調用：AH=00H
AL=初始化參數
DX=端口號（COM1為0，COM2為1）
返回：AH=通信端口狀態
AL=調製解調器狀態
物理層圖2.23
例.置COM1為9600bps，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗，則調用如下。
MOVAH,0
MOVAL,0E3H
MOVDX,0
INT14H
初始化參數字節、通信端口狀態字節及調製解調器狀態字節的定義見圖2.23。
(2)向通信端口寫字符
用以向指定端口輸出一字符。
調用：AH=01H
AL=所要輸出的字符
DX=端口號
返回：AH的第7位=0，表示成功，AL內容不變；
AH的第7位=1，表示失敗，AL的0￣6位給出端口狀態。
例.若要向COM1端口寫一ASCII字符「*」，可調用如下。MOVAH,01H
MOVAL,'*'
MOVDX,0
INT14H
(3)從通信端口讀字符
用以從指定端口輸入一字符。
調用：AH=02H
DX=端口號
返回：AH的第7位=1，表示成功，AL=讀入的字符；
AH的第7位=1，表示失敗，AL的0￣6位給出端口狀態。
例.從COM1中讀一字符，假設已有字符自對方PC傳到本地PC。
MOVAH,02H
MOVDX,0
INT14H
(4)取通信端口狀態
用以讀取指定端口狀態。
調用：AH=03H
DX=端口號
返回：AH=端口狀態
AL=調製解調器狀態
例.從COM1中讀一字符,若該字符末收到便等待。
WAIT:
MOVAH,3;讀端口狀態功能
MOVDX,0;對COM1
INT14H;調用BIOS
ANDAH,1;測試數據是否就緒
JZWAIT;若末就緒,轉回繼續測試
MOVAH,2;就緒則開始讀取
MOVDX,0;對COM1
INT14H;調用BIOS
ANDAH,08EH;檢查有無出差
JCERROR;有錯則轉至ERROR處理
通信硬件
通信硬件包括通信適配器（也稱通信接口）和調製解調器（MODEM）以及通信線路。從原理上講，物理層只解決DTE和DCE之間的比特流傳輸，儘管作為網絡節點設備主要組成部分的通信控制裝置，其本身內涵在物理層、數據鏈路層、甚至更高層，在內容上分界並不很分明，但它所包含的MODEM接口、比特的採樣發送、比特的緩衝等功能是確切屬於物理層範疇的。
為了實現PC機與調製解調器或其它串行設備通信，首先必須使用電子線路將PC機內的並行數據轉成與這些設備相兼容的比特流。除了比特流的傳輸之外，還必須解決一個字符由多少個比特組成及如何從比特流中提取字符等技術問題，這就需要使用通信適配。通信適配器可以認為是用於完成二進制數據的串、並轉換及一其它相關功能的電路。通信適配器按通信規程來劃分可分為TTY（TeleTypeWriter，電傳打字機）、BSC(BirarySynchronousCommuication，二進制同步通信）和HDLC（High－levelDatalinkControl，高級數據鏈路控制）三種。
IBMPC異步通信適配器：使用TTY規程的異步通信適配採用RS－232C接口標準。這種通信適配器除可用於PC機聯機通信外，還可以連接各種採用RS－232C接口的外部設備。例如，可連接採用RS-232C接口的鼠標器、數字化儀等輸入設備；可連接採用RS-232C接口的打印機、繪圖儀及CRT顯示器等各種輸出設備。可見，異步通信適配器的用途是很廣泛的。異步通信規程將每個字符看成一個獨立的信息，字符可順序出現在比特流中，字符與字符間的間隔時間是任意的（即字符間採用異步定時），但字符中的各個比特用固定的時鐘頻率傳輸。字符間的異步定時和字符中比特之間的同步定時，是異步傳輸規程的特徵。
物理層
異步傳輸規程中的每個字符均由四個部分組成：
（1）1位起始位：以邏輯「0」表示，通信中稱「空號」（SPACE）。
（2）5～8位數據位：即要傳輸的內容。
（3）1位奇/偶檢驗位：用於檢錯。
（4）1～2位停止位：以邏輯「1」表示，用以作字符間的間隔。這種傳輸方式中，每個字符以起始位和停止位加以分隔，故也稱「起--止」式傳輸。串行口將要發送的數據中的每個並行字符，先轉換成串行比特串，並在串前加上起始位，串後加上檢驗位和停止位，然後發送出去。接收端通過檢測起始位，檢驗位和停止位來保證接收字符中比特串的完整性，最後再轉換成並行的字符。串行異步通信適配器本身就象一個微型計算機，上述功能均由它透明地完成，不須用戶介入。早期的異步通信適配器被做成單獨的插件板形成，可直接插在PC機的系統擴充槽內供使用，後來大多將異步通信適配器與其他適配器（如打印機、磁盤驅動器等的適配器）做在一塊稱作多功能板的插件板上。也有一些高檔微機，已將異步通信適配器做在系統主板上，作為微機系統的一個常規部件。
IBM－PC異步通信適配器主要由一片INS8250大規模集成電路芯片組成，其結構框圖參見圖2.14，所有功能可以通過程序對INS8250進行設置。供編程設置的接口特性有：
（1）數據傳輸速率可在50bps至9600bps之間選擇。
（2）5～8位數據字符比特數的選擇。
（3）奇/偶檢驗位的選擇。
（4）1位、1位半及2位停止位的選擇。
（5）可分別控制發送、接收、線路狀態及數據設備中斷。
（6）MODEM控制功能的選擇。INS8250是美國國家半導體公司（NSC）設計的用於8位微機的異步通信接口芯片，為與16位微機相配合，NSC又設計了NS16450異步通信接口芯片，它是INS8250的改進型，主要是速度方面的性能提高了，以適應高性能CPU的讀/寫時間的要求。但軟件方面NS16450完全與INS8250兼容，且封裝結構和引腳也完全一致。NS16450已經成為微機用異步通信接口芯片的工業標準。從圖2.14可以看出IBM-PC異步通信適配的工作原理。首先，可通過程序對INS8250的傳輸速率、數據格式等進行初始化設置。發送數據時，INS8250便根據設置的參數將要發送的8位並行字符信息轉換成串行比特流，並自動加上起始位、檢驗位和停止位按指定的速率經RS－232C接口發送至外部設備或MODEM。接收數據時，INS8250將外部設備或MODEM發送來的串行比特流數據經RS－232C接口接收並去除起始位、停止位，自動進行奇/偶檢驗，再轉換成8位並行字符數據送給PC機。在整個傳輸過程中，INS8250對傳輸過程中的各種狀態進行檢測，並且PC機可以直接讀取這些狀態或者由這些狀態產生的中斷請求，以便全面地對整個傳輸過程進行控制。
異步通信適配與外部設備或MODEM的連接是通過EIARS－232C標準接口，採用標準的25芯DTE連接器完成的。因為PC機內部使用的信號電平是TTL電平，即0～5伏的正邏輯電平，所以發送和接收時都要進行TTL電平與RS－232C電平的轉換，這一功能由通信適配器中的RS-232C驅動器實現。需要說明的是，IBMPC的異步通信適配器是一種實用技術，它遵循EIARS－232C的標準，但並未用全RS－232C的全部定義。出於實際應用考慮，它沒有選用RS－232C標準接口中定義的輔信道接口功能，而利用空餘出來的接口信號線位置設置了一種稱作「電流環」的接口。電流環也是串行接口中的一種驅動形式，門用於連接具有電流環接口的外部設備。電流環是以其中流動的20mA電流的有、無來表示信號的邏輯狀態的。電流環接口只有數據輸入/輸出部分，沒有MODEM控制信號，無法連接MODEM。與RS－232C接口比較，電流環接口採用了光電耦合技術，具有隔離作用，使直接數據傳輸距離比RS－232C接口長。INS8250中包含一個可編程波特率發生器，外接晶振頻率可取1.8432或3.072MHz，並能夠用1至65525之中的任何除數對它進行分頻，除數以16位二進制形式存放於兩個8位寄存器（即分頻數鎖存器）中，用戶可通過寫入鎖存器的除數來選擇通信適配器的傳輸速率。
接口協議
網絡節點的物理層控制網絡節點與物理通信通道之間的物理連接。物理層上的協議有時也稱為接口。物理層協議規定與建立、維持及斷開物理信道有關特性，這些特性包括機械的、電氣的、功能性的和規程性的四個方面。這些特性保證物理層能通過物理信道在相鄰網絡節點之間正確地收、發比特流信息，即保證比特流能送上物理信道，並且能在一端取下它。物理層僅單純關心比特流信息的傳輸，而不涉及比特流中各比特之間的關係（包括信息格式及其含義），對傳輸差錯也不作任何控制，這就象裝卸工只管裝或卸貨物，但並不關心貨物為何物和作何用一樣。
ISO對OSI模型的物理層所作定義為：在物理信道實體之間合理地通過中間系統，為比特傳輸所需的物理連接的激活、保持和去除提供機械、電氣的、功能性和規程性的手段。比特流傳輸可以採用異步傳輸，也可以採用同步傳輸完成。另外，CCITT在X.21建議第一級（物理級）中也作了類似定義：利用物理的、電氣的、功能和規程特性在DTE和DCE之間實現對物理信道的建立、保持和拆除功能。
DTE（DataTerminalEquipment）指的是數據終端設備，是對屬於用戶所有的連網設備或工作站的通稱，它們是數據的源或目的或既是源又是目的，例如數據輸入/輸出設備、通信處理機或計算機。DTE具有根據協議控制數據通信的功能。DCE（DataCircuit-TerminatingEquipment或DataCommunicationsEquipment）指的是數據電路終接設備或數據通信設備，前者為CCITT所用，後者為EIA所用。
物理層圖2.1DCE是對網絡設備的通稱，該設備為用戶設備提供入網的連接點。自動呼叫應答設備、調製解調器及其它一些中間裝置均屬DCE。圖2.1是DTE/DCE的接口框圖，由圖中可見，物理層接口協議實際上是DTE和DCE或其它通信設備之間的一組約定，主要解決網絡節點物理信道如何連接的問題。物理層協議規定了標準接口的機械連接特性、電氣信號特性、信號的功能特性以及交換電路的規程特性，這樣做的基本目的就是便於不同的設備和製造廠家能夠根據公認的標準各自獨立地製造設備，使各個不同廠家的產品都能相互兼容。物理層圖2.2
機械特性：DTE和DCE之間的接口首先涉及從機械上分界的問題，即規定機械上分界的方法，DTE、DCE作為兩種分立的不同設備通常採用連接器實現機械上的互連，即一種設備的引出導線連接插頭、另一種設備的引出導線連接插座，然後通過插頭、插座將兩種設備連接起來。為了使不同廠家生產的DTE、DCE設備便於連接，物理層的機械特性對插頭和插座的幾何尺寸、插針或插孔芯數及其排列方式、鎖定裝置形式等作了詳細的規定。圖2.2列出了各類已被ISO標準化了的DCE連接器的幾何尺寸及插孔芯數和排列方式。一般來說，DTE的連接器常用插針形式，其幾何尺寸與DCE連接器相配合，插針芯數和排列方式與DCE連接器成鏡象對稱。25芯接頭：ISO－2110標準，EIARS－232C和EIARS－366A等標準均與之相兼容。這種25芯的連接器可用於串/並行音頻調製解調器、公用數據網絡接口、電報（包括用戶電報）接口和自動呼叫設備中。34芯接頭：ISO－2593標準，這種連接器可用於CCITTV.25建議的寬帶調製解調器中。雖然還沒有一個EIA標準與之對應，但這種標準在美國已獲應用。37芯及9芯接頭：ISO－4902標準，用於串行音頻和寬帶調製解調器中，與EIARS－449標準兼容。15芯接頭：ISO－4903標準，這種連接器可用於CCITTX.20、X.21和X.22建議中規定的公用數據網接口中。
電氣特性：DTE與DCE之間有多根導線相連，這組導線中除了地線是無方向性的以外，其它信號線均有方向性。物理層的電氣特性規定了這組導線的電氣連接及有關電路的特性，一般包括：接收器和發送器電路特性的說明、表示信號狀態的電壓/電流電平的識別、最大數據傳輸的說明，以及與互連電纜相關的規則等。DTE與DCE接口的各根導線（也稱電路）的電氣連接方式有非平衡方式、採用差動接收器的非平衡方式和平衡方式三種。
非平衡方式：採用分立元件技術設計的非平衡接口，每個電路使用一根導線，收發兩個方向共用一根信號地線，信號速率小於等於20kbps，傳輸距離小於等於15m。由於共用信號地線會產生比較大的串擾，CCITTV.28建議採用這種電氣連接方式。EIARS－232C標準基本與之兼容。採用差動接收器的非平衡方式：採用集成電路技術設計的非平衡接口，與前一種方式相比，發生器仍使用非平衡式，但接收器使用差動接收器。每個電路使用一根導線，每個方向使用獨立的信號地線，使串擾信號較小。這種方式的信號速率可達300kbps，傳輸距離10m（300kbps時）至1000m（<=3kbps時）。CCITTV.10/X.26建議採用這種電氣連接方式。EIARS－432A標準與之兼容。平衡方式：採用集成電路技術設計的平衡接口，使用平衡式發生器和差動式接收器，每個電路採用兩根導線，構成各自完全獨立的信號迴路，使得串擾信號減至最小。
這種方式的信號速率小於10Mbps，傳輸距離為10m（10Mbps時）至1000m（<=100kbps時）。CCITTV.11/X.27建議採用這種電氣連接方式。EIARS－422A標準與之兼容。圖2.3給出這三種電氣連接方式的結構。
物理層表2.1[1]
物理層的電氣特性還規定了DTE/DCE接口線的信號電平、發生器的輸出阻抗、接收器的輸入阻抗等電氣參數。表2.1給出CCITTV.28、V.10和V.11建議中的接口線信號電平。
表2.1CCITTV.28、V.10、V.11信號電平：物理層協議：「1」電平、「0」電平。
CCITTV.28建議相對於信號地－5～+15伏相對於信號地+5～+15伏
CCITTV.10建議相對於信號地－4～+6伏相對於信號地+4～+6伏
CCITTV.11建議－2～－6伏差動信號+2～+6伏差動信號功能特性：物理層的功能特性是指接口的信號根據其來源、作用以及與其它信號之間的關係而各自具有的特定功能。CCITTV.24建議採用每根接口信號線定義一個功能的方法，這個建議已使用很多年了，是規定接口信號線功能的主要標準之一。而CCITTX.24則建議採用每根接口信號線可定義多個功能的方法，這種多重複用一根接口信號線的方法可以減少接口信號線的數量。EIARS－232和EIARS－499標準採用V.24建議，CCITTX.21接口則採用X.24建議。接口信號線按功能一般可分為數據信號線、控制信號線、定時信號線和接地線等四類。信號線的名稱可以採用數字、字母組合或英文縮寫三種方式來命名。CCITTV.24建議數字命名法。
按CCITTV.24建議的接口信號線命名方法，DTE－DCE接口信號線的名稱的第一位均為「1」，所以也有將其稱作100系列接口信號線的說法。相應的，CCITTV.24建議用於DTE－ACE（AutomaticCallingEquipment，自動呼叫設備）接口信號線的名稱的第一位均為「0」，故又有將這種接口標準稱作200系列接口信號線的說法。其它還有一些常用的接口標準，如X.25（分組型公用數據網DTE－DCE接口標準）、X.20（公用數據網起止式傳輸業務的DTE－DCE接口標準）、X.20bis（連接在公用數據網上的V系列建議起止式傳輸DTE－DCE兼容性接口標準）等。
規程特性：物理層的規程性規定了使用交換電路進行數據交換的控制步驟，這些控制步驟的應用使得比特流傳輸得以完成。一個標準的最後形成，是一個需要經過不斷的探討和逐步完善的過程。有關專家正在考慮是否將物理層規程特性中的部分較高級的功能劃分到OSI模型的第二層即數據鏈路層中去。
由CCITT建議在物理層使用的規程有V.24、V.25、V.54等V系列標準，以及X.20、X.20bis、X.21、X.21bis等X系列標準，它們分別適用於各種不同的交換電路中。物理層中較重要的新規程是EIARS－499及X.21，然而經典的EIARS－232C仍是目前最常用的計算機異步通信接口。