物理层负责在不同计算机之间的传输媒体上传输数据比特流，并尽可能地屏蔽不同传输媒体和通信手段的差异。物理层的主要任务包括确定传输媒体接口的机械、电气、特种和过程特性。数据通信系统由源系统、传输系统和目的系统组成，信号分为模拟信号和数字信号，码元是信息传输的基本单位。信道包括单向通信、双向交替通信和双向同时通信，信道容量受限于频率范围和信噪比。香农公式计算信道的极限信息传输速率，实际信道上的传输速率低于理论上限。传输媒体包括双绞线、同轴电缆和光纤，光纤分为多模光纤和单模光纤，各有优点。