信号在线传输的物理工作范例

信号在线传输的物理工作范例

可能重复:
网卡的物理工作原理是怎样的?

你好,

这可能更像是一个物理问题,所以如果有任何不便之处,请原谅我。

当我学习计算机网络时,我经常读到这样的内容

为了表示信号,我们在电线的一端放置一些电压,另一端将检测该电压,从而检测信号。

所以我想知道信号究竟是如何通过电线的

这是我根据我对电子学的正式知识得出的当前理解:

首先我们需要一个关闭电路用来限制/保持电场。当我们在电路的某个 A 处施加电压时,电路介质内将开始建立电场,这个过程应该和光速一样快。随着电场的建立,电路介质内的电子被移动,从而产生电子电流,一旦电子电流强度足以被检测到那么,在完整电路中的某处 B,B 就知道在 A 处发生了什么,这样,A 和 B 之间就实现了通信。

以上只是讲了发送一个单身的电压通过电线。如果有比特流,我们需要发送一系列电压,我不确定以下哪项是正确的:

  • 只有在 B 处检测到第一个电压后,才应从 A 发送第二个电压,时间间隔是在介质中激发电子场并在 B 处形成可检测的电子电流所需的时间。

  • 几种不同的电压可以依次送到导线上,导线上将存在不同的电子电流值同时并到达B依次

我希望我已经表达清楚了并且其他人也曾经思考过这个问题。

(我用网络标记这个问题,因为我不知道是否有更好的选择。)

谢谢,

山姆

答案1

我来试试。首先,开路和闭路的概念只适用于直流电和信号波长明显长于电路尺寸的频率。在更高的频率下,电压和电流的行为变得更加复杂。

至于通过一对线发送比特流,您的两种选择都是正确的。IEEE 488 总线(又名 GP-IB 或以前的 HP-IB)使用您的第一种方法。数据传输过程使用 8 条数据线和 3 条握手线。发送方在 8 条数据线上施加电压,等待足够长的时间让电压到达接收器,然后在其中一条握手线上施加电压,告诉接收器数据已存在。当接收器看到该握手线上的电压时,它会测量数据线上的电压并确定这些电压代表的 8 个二进制值。然后,接收器在另一条握手线上施加电压,以告诉发送方它已收到数据并且发送方可以发送接下来的 8 位。(握手比这稍微复杂一些,但对于本次讨论来说已经足够了。)

所有这些等待都需要时间,并限制了总线上的数据速率。此外,随着发送方和接收方之间的距离增加,最大数据速率会降​​低,因为电压变化在发送方和接收方之间传递需要更长的时间。

长距离通信链路和现代计算机网络的工作方式更像第二种方法。发送方将许多位作为一对电线上的电压序列一起发送。发送方改变电线上电压的速率受到电线对的带宽、发送方的发送电路和接收方的接收电路的限制。当组件的带宽使得电压可以快速改变,并且发送方和接收方之间的距离很大时,发送方可以在接收方看到第一位之前按顺序发送许多位。

除了用一个电压表示“1”、用另一个电压表示“0”之外,还有许多方法可以在一对导线上发送二进制值。例如,您可以使用 4 个不同的电压,分别表示二进制值“00”、“01”、“10”和“11”。在一对允许电压每秒仅改变一定次数的导线上,使用 4 个电压(而不是 2 个)可以让您在给定的时间间隔内发送两倍的位值。

答案2

你有两个问题

一连串的电信号沿着电线传输,是否像多节小火车车厢同时沿着铁轨移动一样?还是像两个人推着一根木杆的两端一样?

做一个简单的思想实验——让我们重新发明千兆以太网。

我们的以太网电缆将长 300 米。它将是一个完美的导体,我们将忽略任何阻止信号以光速传播的物理定律。因此,当我将电线的一端连接到我的 PP3 电池时,信号将在一微秒内(300/(3*10^8))传输到 300 米外的另一端。千兆位意味着每秒 10^9 位,所以在一微秒内我需要发送 1000 位,因此当第一位到达另一端时,这 1000 个电压变化必须全部出现在 300 米电线的某个地方。

电信号如何通过电线

在导线的两端施加电场。电场吸引或排斥附近的电荷载体,使它们缓慢移动一小段距离。对于金属导线,电荷载体是电子;对于其他导体,它们可能是带正电的离子,或同时向相反方向移动的带正电和带负电的离子混合物。导线上稍远的电荷载体会受到其邻居微小移动的影响。尽管电荷载体的物理移动非常缓慢,但对邻居的影响却发生得非常快(想想牛顿摆)。这样,电荷载体位置的微小扰动就会沿着导线传播,直到到达另一端。

这部分问题最好问https://physics.stackexchange.com/

答案3

通过有线介质发送信息信号的方式有很多种。三种方式是 a) 改变电压,b) 改变电流,c) 改变相位。

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