A fizikai réteg célja az, hogy egy bitfolyamot szállítson az egyik géptől a másikig. A tényleges átvitelhez különféle fizikai közegeket használhatunk fel. Mindegyiknek megvan a maga alkalmazási területe, sávszélesség, késleltetés, költség, a telepítés, valamint a karbantartás nehézsége szerint. A közegeket durva közelítéssel két csoportba oszthatjuk: vezetékes közegekre, mint például a rézvezeték vagy az üvegszál, és vezeték nélküli közegekre, mint például a levegőben terjedő rádió vagy lézer. A vezetékes átviteli közegeket a 2.2. alfejezet tárgyalja, a vezeték nélküli közegeket a következő, 2.3. szakaszban vizsgáljuk meg.
Az adatok egyik számítógéptől a másikig való szállításának egyik leggyakoribb módja, hogy mágneses szalagra vagy valamilyen lemezre (például írható DVD-re) írjuk őket, majd fizikailag elszállítjuk a szalagokat vagy lemezeket a célgéphez, és ott újra beolvassuk az adatokat. Bár ez a módszer közel sem olyan kifinomult, mint ha egy geoszinkron kommunikációs műholdat használnánk, de gyakran költséghatékonyabb megoldás. Ez kiváltképp az olyan alkalmazásoknál igaz, ahol a nagy sávszélesség vagy a kis bitenkénti költség kulcsfontosságú tényező.
Egyszerű fejszámolással is beláthatjuk ezt az érvet. Az iparban szabványos Ultrium kazetta 800 gigabájtos kapacitású. Egy 60 × 60 × 60 cm-es dobozban körülbelül 1000 db ilyen kazetta elfér, amely összesen 800 terabájt vagy 6400 terabit (6,4 petabit) kapacitást jelent. Egy kazettákkal teli dobozt a Federal Express vagy más vállalat 24 órán belül bárhova kiszállít az Egyesült Államokon belül. Ennek az átvitelnek a tényleges sávszélessége 6400 terabit/86 400 s, vagyis kicsit több mint 70 Gb/s. Ha a címzett csak egy órányi autóútra van, akkor a sávszélesség több mint 1700 Gb/s-ra növekszik. Nincs olyan számítógép-hálózat, amely ezt akár csak megközelíteni tudná. Természetesen a hálózatok egyre gyorsabbakká válnak, de a kazetták tárolási sűrűsége is egyre növekszik.
Ha egy pillantást vetünk az árra, hasonló képet láthatunk. Egy Ultrium kazetta körülbelül 40 dollárba kerül, ha nagy tételben vesszük. Egy kazettát legalább tízszer lehet újra használni, így a kazetták költsége talán 4000 dollár dobozonként és használatonként. Adjunk ehhez még hozzá 1000 dollárt a szállításért (bár ez valószínűleg sokkal kevesebb), és így körülbelül 5000 dolláros költséggel szállítunk 800 TB-ot, vagyis a szállítás gigabájtonként alig valamivel drágább, mint fél cent. Ez bármilyen hálózattal szemben verhetetlen. A történet tanulsága:
Soha ne becsüld le egy olyan furgon sávszélességét, amely kazettákkal telepakolva száguld az autópályán!
Bár sávszélesség szempontjából a mágnesszalag kiváló, sajnos a késleltetése igen jelentős. Az adatátviteli időt percekben vagy órákban lehet mérni, nem pedig milliszekundumokban. A legtöbb alkalmazás esetén online összeköttetésre van szükség. A legrégebbi, de még ma is a legelterjedtebb átviteli közeg a sodrott érpár (twisted pair). A sodrott érpár két szigetelt rézhuzalból áll, melyek tipikusan kb. 1 mm vastagságúak. A huzalok a DNS-hez hasonlóan spirálszerűen egymás köré vannak sodorva. A sodrás oka az, hogy két párhuzamos huzal kiváló antennaként működik. Amikor a vezetékeket összesodorják, az egyes sodrott huzalokból érkező hullámok kioltják egymást, tehát az eredményül kapott huzal kevésbé sugároz. A jel általában az érpár két huzalának feszültségkülönbségeként kerül átvitelre. Ez kevésbé érzékeny a külső zajra, hiszen a zaj mindkét huzalt ugyanolyan mértékben befolyásolja, viszont a különbséget változatlanul hagyja.
A sodrott érpárt leggyakrabban a telefonrendszerekben használják. Szinte majdnem minden telefonkészüléket sodrott érpár köt össze a telefontársaság (telco) telefonközpontjával. Mind a telefonhívások, mind pedig az ADSL-internetforgalom szintén ezeken a vonalakon keresztül bonyolódik. A sodrott érpár akár több kilométeres szakaszon is erősítés nélkül használható, de nagyobb távolságok esetén már szükség van erősítőkre. Amikor hosszabb távolságon keresztül több sodrott érpár fut egymás mellett (például amikor egy épületből az összes vezeték a telefonközpontba megy), akkor a sodrott érpárokat egy kötegbe fogják, és ezt a köteget mechanikai védelemmel látják el. Ha az érpárok nem lennének sodorva, akkor a kötegen belül biztosan zavarnák egymás forgalmát. A világ azon részein, ahol a telefonvonalakat telefonpóznákon vezetik, még ma is gyakran láthatunk ilyen több centiméter átmérőjű érpárkötegeket.
A sodrott érpár alkalmas mind analóg, mind digitális jelátvitelre. A vezetékek sávszélessége a vastagságától és az áthidalt távolságtól függ, de sok esetben néhány Mb/s sebességet is el lehet velük érni pár kilométeres távolságon belül. Megfelelő teljesítményüknek és alacsony áruknak köszönhetően a sodrott érpárokat széles körben használják, és ez várhatóan így marad még jó néhány évig.
A sodrott érpárnak számos változata van. A sok irodaházban telepített közönséges változatát 5-ös kategóriájú (Category 5) vagy „Cat 5”-ös kábelezésnek nevezzük. Az 5-ös kategóriájú sodrott érpár két finoman egymás köré sodrott, szigetelt vezetékből áll. Általában négy ilyen érpárt fognak össze egy műanyag köpennyel, ami védi, és egyben tartja a nyolc vezetéket. Ezt az elrendezést a 2.3. ábra szemlélteti.
A különféle LAN-szabványok különbözőképpen használják a sodrott érpárokat. Például a 100 Mb/s-os Ethernet két párat használ (a négyből), irányonként egy-egy párat. A nagyobb sebesség érdekében az 1 Gb/s-os Ethernet mind a négy párat egyidejűleg használja mindkét irányba; ez azt igényli a fogadótól, hogy a helyben átvitt jelet alkotóelemeire bontsa.
Néhány általános terminológia ezzel rendben is volna. Azokat az összeköttetéseket, amelyeket egyidejűleg két irányba is lehet használni, mint egy kétsávos utat, duplex (full-duplex) adatkapcsolatnak hívjuk. Ezzel szemben, azokat az adatkapcsolatokat, amelyeket bármelyik irányba, de egyszerre csak egyfelé lehet használni, mint egy egyvágányú vasútvonalat, fél-duplex (half-duplex) adatkapcsolatnak nevezzük. A harmadik csoportba azok az adatkapcsolatok tartoznak, amelyek csak egy irányba teszik lehetővé az adatforgalmat, hasonlóan egy egyirányú utcához. Ezeket szimplex (simplex) adatkapcsolatnak hívjuk.
Visszatérve a sodrott érpárokhoz, a Cat 5 a korábbi 3-as kategóriájú (Cat 3) kábeleket váltotta fel, hasonló kábellel és ugyanolyan csatlakozóval, de méterenként több sodrással. A több sodrás kevesebb áthallást és nagyobb távolságokon is jobb minőségű jelet eredményez, így ezek megfelelőbbek a nagy sebességű számítógépes kommunikációhoz, különösen a 100 Mb/s-os és 1 Gb/s-os Ethernet LAN-okhoz.
Az új vezetékezések valószínűleg Cat 6 vagy Cat 7 kategóriájúak. Ezeknek a kategóriáknak még szigorúbb a specifikációja a nagyobb sávszélességű jelek kezelésére vonatkozóan. Néhány 6-os és magasabb kategóriájú vezeték 500 MHz-es jelekre kalibrált, és alkalmas a hamarosan telepítésre kerülő 10 Gb/s-os adatkapcsolatok támogatására is.
A Cat 6 kategóriáig terjedő vezetéktípusokat gyakran nevezik UTP-nek (Unshielded Twisted Pair – árnyékolatlan sodrott érpár), mivel egyszerűen vezetékekből és szigetelésekből állnak. Ezzel szemben a 7-es kategóriájú (Cat 7) kábelek esetén az egyes sodrott érpárokat árnyékolják, csakúgy, mint a teljes kábelt (de még a műanyag védőköpenyen belül). Az árnyékolás csökkenti a szomszédos vezetékek közötti külső interferenciával és az áthallásokkal szembeni érzékenységet annak érdekében, hogy megfeleljenek az elvárt teljesítőképességre vonatkozó előírásoknak. A kábelek emlékeztetnek azokra a kiváló minőségű, de vastag és drága árnyékolt sodrott érpáros kábelekre, amelyeket az IBM vezetett be az 1980-as évek elején, és amelyek később az IBM telephelyein kívül sehol sem bizonyultak népszerűnek. Kétségkívül itt az ideje az újabb próbálkozásnak.
Egy másik, széles körben használt átviteli közeg a koaxiális kábel (coaxial cable), amit a kedvelői egyszerűen csak „koax”-nak hívnak. Mivel ez jobb árnyékolással rendelkezik, mint a sodrott érpár, ezért nagyobb sebességgel nagyobb távolságot lehet vele áthidalni. Kétfajta koaxiális kábel létezik. Az egyik az 50 
-os kábel, amelyet elsősorban digitális átvitelhez használnak. A másik a 75 
-os kábel, amelyet elsősorban analóg átvitel esetén és a kábeltelevíziózásban használnak. A kettő közötti eltérésnek inkább történelmi, semmint műszaki okai vannak (például a korai dipól antennáknak 300 
-os impedanciájuk volt, és könnyű volt hozzájuk 4 : 1 arányú impedanciaillesztő transzformátort építeni). A 90-es évek közepétől a kábeltelevízió-szolgáltatók elkezdtek internet-hozzáférést biztosítani kábelen keresztül, ami az adatátvitelhez tette fontosabbá a 75 
-os kábelt.
A koaxiális kábel közepén tömör rézhuzalmag van, amelyet szigetelő vesz körül. A szigetelő körül sűrű szövésű hálóból álló rézvezető található. A külső rézvezetőt műanyag burkolattal vonják be mechanikai védelem céljából. A koaxiális kábel szerkezetét a 2.4. ábrán láthatjuk.
A koaxiális kábel kialakítása és árnyékolása a nagy sávszélesség és a kiváló zajérzéketlenség jó kombinációját adja. Az elérhető sávszélesség a kábel minőségétől és hosszától függ. A mai modern kábelek sávszélessége néhány GHz. A koaxiális kábeleket régen gyakran használták a telefonrendszeren belüli nagy távolságokat áthidaló vonalakon, de ezeket manapság már nagyrészt lecserélték üvegszálakra. A koaxot azonban még mindig széleskörűen alkalmazzák a kábeltelevíziózásban és a nagyvárosi hálózatokban.
A telefon- és kábeltelevízió-hálózatok nem az egyetlen forrásai azoknak a vezetékeknek, amelyek adatkommunikációs célra újrahasznosítanak. Létezik egy még sokkal elterjedtebb vezetékezés: az elektromos hálózat vezetékei. Az erősáramú vezetékek elektromos áramot szállítanak a házakhoz, ahol azt elektromos vezetékezéssel osztják szét a fali csatlakozókhoz.
Az erősáramú vezetékek adatkommunikációra történő használata régi gondolat. Az áramszolgáltató vállalatok sok éve használják kis sebességű kommunikációhoz az erősáramú vezetékeket, mint például távméréshez vagy háztartási eszközök távvezérléséhez (például X10 szabvány). Az utóbbi években újra feltámadt az érdeklődés az ezeken a vezetékeken történő nagy sebességű kommunikáció iránt, mind házon belül – mint például a LAN –, mind a házon kívül, a széles sávú internet-hozzáféréshez. Mi a leggyakoribb forgatókönyvet tekintjük át: az elektromos vezetékek házon belüli használatát.
Az erősáramú vezetékek hálózatként való használatának kényelme világos. Egyszerűen csak be kell dugni a tv-készüléket és a vevőt a konnektorba, ahogy egyébként is tennénk, hiszen áramra van szükségük, majd az elektromos vezetékeken keresztül filmek küldhetők és fogadhatók. Ez az összeállítás látható a 2.5. ábrán. Nincs szükség egyéb csatlakozóra vagy antennára. Az adatjel a kis frekvenciás tápjelre van ráültetve (az aktív, vagy „forró” vezetéken), és mindkét jel ugyanazt a vezetéket használja egy időben.
A háztartási elektromos vezetékek hálózatként való használatának nehézsége az, hogy a vezetékeket eredetileg áramjelek elosztására tervezték. Ez a feladat merőben más, mint az adatjelek továbbítása, amiben a háztartási vezeték nagyon gyengén teljesít. Az elektromos jelek 50-60 Hz-en továbbítódnak és a vezetékezés csillapítja a nagy sebességű adatkommunikációhoz szükséges, lényegesen nagyobb frekvenciájú (MHz-es) jeleket. A vezetékek elektromos tulajdonságai házanként eltérőek, valamint a készülékek ki- és bekapcsolásával is módosulnak, ami az adatjelek összevissza változását okozza. A készülékek ki- és bekapcsolásakor a tranziens áram széles frekvenciatartományon okoz elektromos zajt. A sodrott érpárok gondos sodrása nélkül az elektromos vezetékek antennaként működnek, külső jeleket szednek fel, és saját jeleiket sugározzák le. Ez a tulajdonság azt jelenti, hogy az előírt követelményeknek való megfelelés érdekében az adatjel nem eshet az engedélyezett frekvenciatartományba, mint például az amatőr rádiós hullámsávba.
Mindezen nehézségek ellenére az a praktikus, ha legalább 100 Mb/s sebességgel továbbítanak normál háztartási elektromos vezetéken olyan kommunikációs módszerek alkalmazásával, amelyek ellenállnak a lecsökkentett frekvenciának és a hibacsomóknak. Az erősáramú vezetékek hálózatként való használata során sok termék alkalmaz különféle egyedi szabványt, ezért a nemzetközi szabványok kidolgozása folyamatban van.
A számítógépiparban sokan rettenetesen büszkék arra, hogy a Moore-törvénynek megfelelően milyen gyors az iparág fejlődése, ami nagyjából kétévenként a chipenkénti tranzisztorszám megduplázódását jósolja [Schaller, 1997]. Az eredeti (1981-es) IBM PC 4,77 MHz-es órajellel működött. Huszonnyolc évvel később a PC-k négymagos CPU-i már 3 GHz-en működtek, ami 2500-szoros növekedést jelent, vagy 16-szoros növekedést évtizedenként. Lenyűgöző.
Ugyanebben az időszakban a nagy kiterjedésű adatkommunikáció sebessége 45 Mb/s-ról (a T3 vonal a telefonrendszerben) 100 Gb/s-ra nőtt (modern távolsági vonalnál). Ez a növekedés nem kevésbé lenyűgöző – több mint 2000-szeres és megközelíti a 16-szoros növekedést évtizedenként, miközben ezzel egyidejűleg a hibaarány bitenként 
-ről majdnem nullára zuhant. Továbbá, az egyes CPU-k kapacitása kezdi megközelíteni a fizikai határokat, ez az oka annak, hogy mostanában a CPU-k chipenkénti számát növelik. Ezzel ellentétben, az üvegszálas technikával az elérhető legnagyobb sávszélesség több mint 50 000 Gb/s (50 Tb/s), és ennek a határnak még csak a közelében sem vagyunk. Az adatsebesség mai, körülbelül 100 Gb/s-os gyakorlati felső határa abból ered, hogy képtelenek vagyunk gyorsabban átalakítani a villamos jeleket optikai jelekké és vissza. Nagyobb kapacitású adatkapcsolatok kialakítása érdekében egyszerűen több csatorna kerül párhuzamosan kialakításra egy szálban.
Ebben a bekezdésben arról lesz szó, hogy az üvegszálon történő adatátvitel hogyan működik. A számítástechnika és a kommunikáció jelenleg is zajló versenyében még a kommunikáció áll nyerésre az optikai hálózatok miatt. Ebben burkoltan benne van egy lényegében végtelen sávszélességű vezeték és egy új, szokásos bölcsesség, miszerint az összes számítógép reménytelenül lassú, ezért a hálózatoknak mindenáron meg kell próbálni elkerülni a rajtuk végzett számítást, nem érdekes, hogy ez mekkora sávszélességvesztéssel jár. Időbe fog telni, míg ezt a változást a rézvezeték sávszélességét korlátozó Shannon-tétel szellemében nevelkedett informatikusok és mérnökök új generációja elfogadja.
Természetesen ez a forgatókönyv nem a teljes történetet meséli el, hiszen nem tartalmazza a költségeket. A fogyasztók eléréséhez szükséges utolsó mérföldnyi üvegszál telepítésének és a kis sávszélességű és korlátozott elérésű vezetékek kikerülésének költsége óriási. Továbbá, több energiát igényel a bitek szállítása, mint kiszámítása. Mindig lesznek persze az egyenlőtlenségnek olyan szigetei, ahol a számítás vagy a kommunikáció lényegében ingyenes. Az internet szélein például feldolgozási és tárkapacitással próbáljuk megoldani a tartalom tömörítését és ideiglenes tárolását, csupán azért, hogy jobban kihasználhassuk az internetes kapcsolatokat. Az interneten belül éppen az ellenkezőjét tehetjük, olyan cégekkel, mint például a Google, amely hatalmas mennyiségű adatot továbbít a hálózaton keresztül oda, ahol olcsóbb tárolni és számolni vele.
Az üvegszálakat a hálózatok gerincében nagy távolságú átvitelre, nagy sebességű LAN-ok (habár eddig a réznek mindig sikerült felzárkózni) és gyors internet-hozzáférések, mint amilyen például az FttH (Fiber to the Home – üvegszál a lakásig) esetén használják. Egy üvegszálas adatátviteli rendszernek három fő komponense van: a fényforrás, az átviteli közeg és a fényérzékelő (detektor). A fényimpulzus megléte szokás szerint a logikai 1 bitet jelenti, míg az impulzus hiánya a logikai 0 bitet. Az átviteli közeg egy rendkívül vékony üvegszál. Ha a detektorba fény jut, akkor a detektor villamos jelet állít elő. Ha az üvegszál egyik végére fényforrást, a másik végére pedig detektort teszünk, akkor egy olyan egyirányú adatátviteli rendszert kapunk, amely villamos jeleket fogad, átalakítja azokat fényimpulzusokká, továbbítja a fényimpulzusokat, majd a kábel másik végén a fényimpulzusokat visszaalakítja villamos jelekké.
Az ilyen adatátviteli rendszerek a fény elszivárgása miatt csak a fizikusok számára jelentenek érdekességet, a gyakorlati életben azonban használhatatlanok. Amikor a fény az egyik közegből átlép egy másikba, mondjuk üvegből a levegőbe, akkor az üveg és a levegő találkozásánál a fény megtörik, ahogy ez a 2.6.(a) ábrán is látható. Az ábra egy olyan fénysugarat mutat, amely 
szögben érkezik meg a határfelülethez, és 
szögben halad tovább. A visszaverődés mértéke függ a két közeg fizikai jellemzőitől (elsősorban azok törésmutatójától). Ha a beesési szög nagyobb egy bizonyos határértéknél, akkor a fény nem lép ki a levegőre, hanem visszaverődik az üvegbe. Így ha a fénysugár beesési szöge egyenlő a határszöggel vagy nagyobb annál, akkor a fénysugár az üvegszálon belül marad, ahogy ezt a 2.6.(b) ábra is szemlélteti, és akár több kilométert is megtehet gyakorlatilag veszteség nélkül.
A 2.6.(b) ábrán csak egyetlen fénysugár látható, mivel azonban a határszöggel azonos vagy annál nagyobb szögben beeső sugarak mind az üvegszálon belül maradnak, ezért egyszerre sok, különböző szögben visszaverődő fénysugár halad az üvegszálban. Minden egyes sugárnak más és más az ún. módusa, ezért az ilyen üvegszálat többmódusú szálnak nevezik.
2.6. ábra - (a) Egy üvegszál belsejében a fénysugár három különböző szögben érkezik az üveg és a levegő határához. (b) Teljes belső visszaverődés miatt a fénysugár az üvegszálon belül marad
Ha viszont az üvegszál átmérőjét néhány fényhullámhossznyira lecsökkentjük, akkor az üvegszál hullámvezetőként viselkedik, és a fény visszaverődés nélkül, egyenes vonal mentén terjed a vezetékben. Az ilyen üvegszálat egymódusú szálnak nevezik. Az egymódusú szálak jóval drágábbak, viszont nagyobb távolságok áthidalására használhatók. A jelenleg kapható egymódusú üvegszálak másodpercenként 100 gigabitet képesek 100 km-re továbbítani erősítés nélkül. Laboratóriumi körülmények között még ennél nagyobb sebességeket is értek el rövidebb távolságok esetén.
Az üvegszál üvegből készül, az üveg pedig homokból. A homok olcsó és a természetben korlátlan mennyiségben fellelhető anyag. Az üveggyártást már az egyiptomiak is ismerték, bár ők még nem tudtak 1 mm-nél vékonyabb átlátszó üveget készíteni. Az ablaknak is alkalmas, átlátszó üveget a reneszánsz korban fejlesztették ki. A mai üvegszálakban az üveg annyira átlátszó, hogy ha az óceánt víz helyett ezzel az üveggel töltenénk meg, akkor az óceán fenekét olyan tisztán lehetne látni, mint ahogy tiszta időben a földfelszínt egy repülőgép fedélzetéről.
A fényerősség csökkenését az üvegben a fény hullámhossza (valamint az üveg néhány fizikai tulajdonsága) határozza meg. Ezt a bemenő jel és kimenő jel teljesítményének hányadosával határozzuk meg. Az optikai kábelnek használt üvegszálban a csillapítás a 2.7. ábrán látható módon alakul, decibel per üvegszál folyókilométer egységben.
Ha például a jel teljesítményének csökkenése kétszeres (a felére csökken), a 
csillapításnak felel meg. Az ábra a spektrum infravöröshöz közeli részét mutatja, amelyet a gyakorlatban is használnak. A látható fény hullámhossza ennél valamivel kisebb, 0,4-től 0,7 mikronig terjed 
. Az SI-rendszer igazi elkötelezettjei 400 nm-ként és 700 nm-ként hivatkoznának ezekre a hullámhosszokra, de mi inkább ragaszkodunk a hagyományos szóhasználathoz.
Az optikai kommunikáció jelenleg három hullámhossz-tartományt használ leginkább, amelyek középpontja 0,85, 1,30 és 1,55 mikronnál van. Mindhárom sáv szélessége a 25 000 és 30 000 GHz közötti tartományba esik. A 0,85 mikronos sávot használták először. Ebben nagyobb a csillapítás, ezért rövidebb távolságokra lehet alkalmazni, de ennél a hullámhossznál a lézer és az elektronika készülhet azonos anyagból (gallium-arzenidból). Az utóbbi két sávban jók a csillapítási tulajdonságok (kevesebb mint 5 százalék kilométerenként). Az 1,55 mikronos sávot manapság széleskörűen használják erbium-adalékolású erősítőkkel, amelyek közvetlenül az optikai tartományban működnek.
A szálon végigküldött fényimpulzusok hosszanti irányban szétszóródnak terjedés közben. Ezt a szóródást kromatikus diszperziónak (chromatic dispersion; „a színek szétszóródása”) nevezik, és mértéke a hullámhossztól függ. Az egyik lehetséges módszer a szétszóródott impulzusok átfedésének megakadályozására az, hogy növeljük a közöttük hagyott távolságot, de ezt csak a jelzési sebesség csökkentésével lehet elérni. Szerencsére felfedezték, hogy ha az impulzusokat egy bizonyos alakúra formáljuk (ez a koszinusz hiperbolikusz reciprokával függ össze), akkor szinte minden szóródási hatást kiejthetünk. Így lehetségessé válik, hogy ezer kilométerekre küldjünk impulzusokat bármilyen észrevehető jelalaktorzulás nélkül. Ezeket az impulzusokat szolitonoknak (soliton) nevezték el. Tekintélyes mennyiségű kutatás folyik annak érdekében, hogy a szolitonok a laborokból kikerüljenek a hétköznapi életbe.
Az üvegszálas optikai kábel hasonlít a koaxiális kábelre, a szövött árnyékolástól eltekintve. A 2.8.(a) ábra oldalnézetben mutat egyetlen üvegszálat. Középen található az üvegmag, amelyben a fény terjed. Többmódusú szál esetén a mag 50 mikron átmérőjű, azaz körülbelül olyan vastag, mint egy emberi hajszál. Egymódusú szál esetén a mag 8–10 mikron átmérőjű.
Az üvegmagot olyan üvegköpeny veszi körül, amelynek a törésmutatója kisebb mint a magé, így a fénysugár a magon belül marad. A szálat kívülről műanyag védőburkolattal látják el a köpeny védelme érdekében. A fénykábelben általában több üvegszálat fognak össze, és azokat egy műanyag csőbe helyezve védik a külső behatásoktól. A 2.8.(b) ábrán egy háromszálas kábel keresztmetszetét láthatjuk.
A szárazföldi fénykábeleket általában egy méter mélyre fektetik, ahol gyakran okoznak kárt a markológépek és a rágcsálók. A tengeri kábeleket a partok közelében vízi eke segítségével beszántják a tengerfenék alá, míg a mélyebb vizekben egyszerűen csak leengedik a kábeleket a tengerfenékre, ahol a halászhajók és a cápák időnként megtépázzák azokat.
Az üvegszálak háromféleképpen csatlakoztathatók egymáshoz. Az egyik módszer az, hogy az üvegszál végeit megfelelő csatlakozókkal látjuk el, és ezeket dugjuk össze. A csatlakozók 10–20% veszteséget okoznak, viszont megkönnyítik a rendszer újrakonfigurálását.
A második lehetőség, hogy a szálakat mechanikusan egymáshoz illesztjük. Ennek a módszernek az a lényege, hogy mindkét szálat meghatározott szögben óvatosan lemetsszük, majd a metszett végeket összeillesztjük, és egy szorítóval összefogjuk. Az illesztés pontossága úgy javítható, hogy az egyik üvegszálba belevilágítunk, és a két szálat finoman addig mozgatjuk, amíg a kijövő jel intenzitása a lehető legnagyobb nem lesz. A mechanikai összeillesztést egy rutinos szakember akár 5 perc alatt is el tudja végezni, és ez a csatlakoztatási mód csak 10% veszteséget okoz.
A harmadik lehetőség a két szál összehegesztése. A hegesztett szál majdnem olyan jó, mint egy gyárilag húzott szál, de azért még itt is van némi csillapítás. Mindhárom csatlakoztatási mód esetén van egy kis visszaverődés az illesztésnél, és a visszaverődött fény interferálhat az eredeti jellel.
A fényimpulzusok előállítására kétféle fényforrást használnak: az egyik a LED (Light Emitting Diode), a másik pedig a félvezető lézer. A két fényforrás sok mindenben különbözik egymástól. A 2.9. ábrán látható táblázatban a leglényegesebb különbségeket foglaltuk össze. A fény hullámhosszát a forrás és az üvegszál között elhelyezkedő Fabry–Perot- vagy Mach–Zehnder-interferométerrel lehet változtatni. A Fabry–Perot-interferométer egy olyan rezonanciaüregből áll, amelyet két, egymással párhuzamos tükör határol. A fény merőlegesen esik be a tükrökbe. Az üreg hosszának változtatásával a fény hullámhosszának egész számú többszöröseit lehet előállítani. A Mach–Zehnder-interferométer a fénysugarakat két olyan nyalábra osztja, amelyek az interferométeren belül közel azonos távolságot tesznek meg, majd a kimeneti ponton összefókuszálják őket, így csak bizonyos hullámhosszak esetén lesznek azonos fázisban.
Az üvegszál másik végén egy fotodióda található, amely elektromos impulzusokat állít elő, ha fény esik rá. A fotodióda tipikus késleltetése 1 ns körül van, ez korlátozza az adatsebességet kb. 1 Gb/s-ra. A termikus zaj szintén problémát jelent, ezért a fénysugárnak elegendő energiával kell rendelkeznie ahhoz, hogy detektálni lehessen. Ha a fényimpulzusok elég nagy energiával rendelkeznek, akkor a bithibaarány tetszőlegesen kicsi lehet.
Igencsak tanulságos lehet az üvegszál és a rézvezeték összehasonlítása. Az üvegszálnak rengeteg előnye van. Rögtön azzal kezdjük, hogy az üvegszálnak jóval nagyobb a sávszélessége, mint a rézvezetéknek. Ez önmagában véve még csak a nagy sebességű hálózatok esetén jelentene előnyt. Tekintettel azonban a kis csillapításra, a hosszú vonalakon csak 30 km-enként van szükség ismétlőkre, szemben a rézvezetékkel, ahol kb. 5 km-enként. Ez bizony jelentős megtakarítást jelent. Az üvegszál másik nagy előnye, hogy nem érzékeny az áramimpulzusokra, az elektromágneses zavarokra és az elektromos hálózati kimaradásokra. A levegőben található korrodáló hatású vegyületek sem ártanak neki, ezért ideális megoldást jelent erősen korrodáló ipari környezetben.
A telefontársaságok rendkívüli módon kedvelik az üvegszálakat, méghozzá két dolog miatt: egyrészt mert vékonyak, másrészt mert pehelykönnyűek. Számtalan kábelcsatorna már most is teljesen tele van, így nincs hely újabb vezetékek számára. Az összes rézvezeték fényvezető kábelre történő kicserélésével ki lehetne üríteni a kábelcsatornákat, és jó pénzért el lehetne adni a rézvezetékeket a színesfém-feldolgozóknak, tekintettel magas réztartalmukra. Az üvegszál könnyebb is, mint a rézvezeték. Ezer darab 1 km hosszú sodrott érpár súlya 8000 kg. Két üvegszálnak nagyobb a kapacitása, ugyanakkor csak 100 kg-ot nyom. Ez jelentősen csökkenti a szállítás költségeit, mivel kevesebb szállítóeszközt kell fenntartani. Üvegszálas hálózatokban új útválasztók üzembe helyezésének költségei is jóval kisebbek.
Végül az üvegszálból nem szivárog el fény, és megcsapolni is igen nehéz azt. Ez kiváló védelmet jelent a potenciális lehallgatók ellen.
A két rossz hír az, hogy az üvegszál kevésbé ismert megoldás és olyan ismeretek is szükségesek hozzá, amelyekkel nem minden mérnök rendelkezik, valamint hogy a szálak könnyen megsérülhetnek, ha túlságosan meghajlítják őket. Mivel a fényvezetős átvitel természeténél fogva egyirányú, a kétirányú kommunikációhoz vagy két szálra, vagy egy szálon két frekvenciasávra van szükség. Végül, az üvegszálak interfészei többe kerülnek, mint az elektromos interfészek. Mindezek ellenére a néhány méternél nagyobb távolságokat áthidaló, helyhez kötött (nem mobil) adatkommunikáció jövője nyilvánvalóan az üvegszálban van. Az üvegszálak és a belőlük épített hálózatok részletes tárgyalását lásd Hecht [2005] könyvében.