据我理解，这张图：
1 用电压 3 表示，0 用电压 0 表示。
我可以想象，一根电缆上一次只能存在一种电压（因此，在同一介质上不可能同时存在 2 个电压和 3 个电压）。
例如，传输速率为 1 Gbit/s 的电缆中电压真的会变化 10 亿次吗？上图与当今的铜缆（双绞线）有多接近？
答案1
例如，传输速度为1 Gbit/s 的电缆中的电压真的会变化10亿次吗？
总体来说，是的。
实际上它稍微复杂一些，但也不是太复杂。如果你有多条线路可用，你可以用它们同时发送多个信号（增加吞吐量或降低频率）。
您还可以使用它们来减少干扰 - 如果您有双绞线，您可以通过一根线发送真实信号，通过另一根线发送反转信号。然后在接收端再次反转第二根线并将其与原始线相加 - 干扰将消除。
还使用了附加编码，例如，可以使用 10 位代码传输 8 位值。这会降低吞吐量，但可以进行错误检测/纠正。代码的设计方式也使您可以使用它们进行时钟同步。
答案2
铜介质中的数据传输真的只是通过改变电压来实现的吗？
取决于传输信息所采用的调制方式。
“改变电压”的正确名称是振幅调制。
信息也可以通过频率调制、相位调制或某种组合来传输。
TTL 使用幅度调制。但 TTL 几乎只用于板载逻辑连接，很少用于通信或距离超过几英尺或半米的通信。（Centronics 打印机接口或 IEEE 1284 是一个罕见的例外。）
据我理解，这张图为：
...
1 表示电压 3，0 表示电压 0。
你看到的是理想化的 TTL 波形。实际上，这些漂亮的方波在现实生活中看起来可能相当粗糙。
我可以想象，一根电缆上一次只能存在一种电压（因此，在同一介质上不可能同时存在 2 个电压和 3 个电压）。
瞬间，电线上只有一个电压值，但它可能是一个或多个信号电压的总和，因为它取决于调制，并且信号存在于模拟世界中。
之所以称为“数字”信号，是因为信息是数字的，即量化为两种状态。
但这种“数字”信号必须存在于模拟世界中。这意味着信号电平是连续波形的一部分，不能只存在于两个电平上。
对于 TTL，这两个“级别”实际上是两个电压范围，高状态的上限电压范围（例如，3.3V 逻辑的 2.4V 至 3.3V）和低状态的下限电压范围（例如，3.3V 逻辑的 0V 至 0.4V）。
例如，传输速度为1 Gbit/s 的电缆中的电压真的会变化10亿次吗？
这又取决于调制。
对于 TTL 来说，这是正确的。但由于带宽要求和信号完整性，通信信号很少使用 TTL。
以太网通常使用 PAM（脉冲幅度调制）。例如，使用四个电压电平，每个脉冲可以编码两 (2) 位。因此，在您的示例中，只需要五亿次电压变化。
数字电视可以使用QAM256，即正交幅度调制，它利用相位和幅度。每个符号可以编码八位。
而不是“电压变化”（这意味着只需要离散级别）使用的通信指标是带宽，它表示为正弦波的频率。傅立叶分析会告诉您，问题中描述的方波需要无限高的带宽介质。
（请注意，上面的照片是高带宽、10 千兆样本/秒的数字示波器。）
上面的图形与今天的铜缆（双绞线）有多接近？
在现实生活中，你永远无法用示波器捕捉到如此完美的波形；它们根本不存在。
它的标签是“纯数字信号”是假的，因为它显示了级别之间的转换。真正的“数字信号”不是连续的，而是只有不连续的状态。
答案3
让我们更清楚地了解一些事情——虽然与以太网本身无关，但通常如何“在铜线上”（以及“在空中”）完成这一点。
我可以想象，一根电缆上一次只能有一个电压（所以在同一介质上不可能同时有 2 个电压和 3 个电压）。
实际上，您可以在电缆中设置任意数量的“电压”（仅受导体带宽和发射器/接收器设备质量的限制）。为了实现这一点，您只需为其提供多个正交频率。当然，这将产生单个“电压”输出（波形怪异），但它们在另一端可以重新分离。
例如，传输速度为1 Gbit/s 的电缆中的电压真的会变化10亿次吗？
对于频率/相位调制信号 (FM/PM)，实际电压变化比产生的数字比特率本身快很多倍。例如，在 DVB-C 电视信号中，净比特率约为 50 Mb/s（每 8 MHz 信道），而载波频率介于 100 MHz 和 1 GHz 之间。使用 QAM256 调制，一个符号编码 8 位，因此 50 Mb/s 产生约 6250 kS/s（每秒 625 万个符号）。这意味着一个符号在 160 ns 内传输（实际上这更复杂，但我们保持简单）。使用 100-1000 MHz 载波传输 6.25 MS/s。允许的频带内有大约 100 个 8 MHz 宽度的独立信道，因此您可以通过同轴电缆发送约 5 Gb/s，同时所有“电压”都在变化。每秒500亿次（短尺度）（估算为：500MHz平均载波频率乘以100个通道）。
对于 DVB-T 模式来说，这甚至更加复杂，因为每个通道包含 ~2000 或 ~8000 个子载波（COFDM），所以实际“电压”的值改变速度比实际比特率快 20000~80000。
答案4
由于您询问了有关铜缆千兆以太网-1000BASE-T的具体问题：
1000BASE-T 同时在两个方向上使用所有四条双绞线。千兆数据流被分成四条 250 Mbit/s 的通道。使用 PAM-5（5 种不同的电压电平）的稍微复杂的编码（四维网格码调制）将符号率提高到 125 MBaud - 这与 100BASE-TX 相同，因此对 Cat-5e 电缆的要求相同，但每条通道传输的信息量是原来的 2.5 倍。