前置知識
一、電信號
網線（如以太網線）中傳輸的信號主要是 電信號，它攜帶著數字信息。這些信號用于在計算機和其他網絡設備之間傳輸數據。下面是一些關于網線傳輸信號的詳細信息：
1. 電信號傳輸
在以太網中，數據是通過電流的變化（即電信號）來傳輸的。當你通過網線發送數據時，計算機或網絡設備的網卡會把數字數據（例如，0 和 1）轉換為電信號，并通過網線發送出去。
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二進制信號：網線傳輸的是二進制數據（0 和 1），這些數據通常通過 電壓變化 來表示。例如，電壓較高代表 1，較低代表 0。
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信號編碼：為了使信號在電纜中更有效地傳輸，并避免誤差，通常會采用一些編碼技術（如 曼徹斯特編碼 或 NRZ 編碼）。這些編碼技術會將數據轉換成特定的電壓波形，以便于接收端的解碼。
2. 信號調制與編碼
在高速網絡（例如，千兆以太網和10G以太網）中，電信號還可能經過更復雜的調制與編碼過程。以下是幾種常見的方式：
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曼徹斯特編碼（Manchester Encoding）：這種編碼方式在每個位周期內使用電壓的變化來表示 1 或 0。例如，一個比特的傳輸周期中，電壓從高到低表示 1，從低到高表示 0。這種編碼有助于時鐘同步和抗干擾。
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四相編碼（4B/5B Encoding）：將每 4 個比特編碼成 5 個比特。這種編碼技術在高速網絡中用來減少錯誤并提高傳輸效率。
3. 電流與電壓
網線中傳輸的電信號通過銅導線傳輸，通常使用 差分信號。例如，千兆以太網（Gigabit Ethernet）中，采用 雙絞線 傳輸信號。每根線對上面傳輸的是不同的電壓信號，它們相互補償，增強信號的可靠性。
4. 網絡協議
傳輸的電信號承載的是通過 網絡協議棧（如 TCP/IP）定義的數據包。這些數據包中包含了數據本身，以及控制信息，如目標地址、源地址、錯誤檢查碼等。
5. 以太網標準
不同速度的以太網采用不同的信號編碼方式和傳輸方法：
- 10BASE-T：10 Mbps 速度的以太網，使用曼徹斯特編碼。
- 100BASE-TX：100 Mbps 速度的以太網，使用 4B/5B 編碼。
- 1000BASE-T：千兆以太網，使用多對差分信號，并結合復雜的信號調制技術，如 PAM-5（5電平脈沖振幅調制）來提高數據傳輸速率。
6. 數據傳輸的工作方式
網線中傳輸的信號不是單純的“傳輸數據”，它們是按照網絡協議進行分幀、包交換和錯誤檢測的。每個數據包包含了源和目的地的地址、數據本身以及校驗碼等信息，以保證數據能在網絡上正確、無誤地傳輸。
7. 以太網的鏈路層
以太網協議屬于 數據鏈路層（OSI模型的第二層），它定義了如何通過物理媒體（如電纜）進行數據傳輸。每個數據包由源MAC地址、目標MAC地址、數據和校驗序列等組成。網絡中的設備（如交換機、路由器）根據這些信息來決定如何轉發數據。
8. 物理層傳輸
在 物理層，網線傳輸的信號是通過電流的變化表示的，具體的電壓波形代表了數據中的每一位。這些電流會通過 電纜的銅導線（如 Cat5e、Cat6 電纜）進行傳輸。
總結
網線里傳輸的信號實際上是 電信號，這些電信號代表數字數據，通過電壓的變化（通常是高電壓表示 1，低電壓表示 0）來傳輸信息。數據是根據網絡協議進行封裝的，網線主要負責傳輸這些電信號，而最終的數據解碼和錯誤校驗則由網絡設備處理。
光纖傳輸的信號是 光信號，具體來說是通過 光的強度變化、相位變化、或 波長變化 來表示數字數據。這些光信號通過光纖（主要是由玻璃或塑料制成的細長纖維）進行傳輸。光纖通信的原理基于 全反射，即光信號通過光纖內部的反射路徑傳播，避免了外部干擾。
二、光信號
1. 光強度調制（Intensity Modulation，IM）
這是最常見的一種光信號調制方式。在光纖通信中，光的強度（也就是光波的亮度）可以用來表示二進制數據：
- 高強度 表示數字 1。
- 低強度 表示數字 0。
通過調節發光二極管（LED）或激光器的亮度，光信號能夠被傳輸到接收端。在接收端，光信號通過光電探測器轉換為電信號，然后進行解調。
這種方式最簡單，也最常見，尤其適用于短距離的光纖通信。
2. 相位調制（Phase Modulation，PM）
相位調制是通過改變光波的相位來表示信息。這種方法通常在更高階的光通信系統中使用，尤其是在對帶寬要求較高的情況下。
- 相位改變：通過改變光波的相位（即光波的周期性偏移），傳輸信息。例如，兩個不同的相位狀態可能分別表示 0 和 1。
相位調制通常需要更高的精度和更復雜的設備，但它可以更有效地利用光纖的帶寬，尤其是在高速傳輸中。
3. 頻率調制（Frequency Modulation，FM）
在頻率調制中，光信號的頻率會發生變化來表示不同的數據。這種方式相比于強度和相位調制更加復雜，且不如常見，因為頻率調制對光源的要求較高。
4. 波長調制（Wavelength Division Multiplexing，WDM）
在現代光纖通信中，波長調制主要用于波分復用（WDM）技術。不同的光信號通過不同的波長（光的顏色）進行傳輸。這樣可以在同一根光纖上并行傳輸多個信號，提高光纖的帶寬利用率。
- 波長調制：通過不同波長的光來表示不同的數據流，多個信號在同一根光纖中通過不同的光波長進行傳輸，接收端通過波長選擇器解開每個信號。
這在光纖長距離、大容量的應用中尤其重要，能夠顯著提高傳輸效率。
5. 時域分復用（TDM）與光纖傳輸
在高速光纖通信中，時分復用（TDM）技術也經常與光纖傳輸結合使用。數據在傳輸時通過將傳輸信道劃分成多個時間片段來實現多個數據流的并行傳輸。
- 每個時間片段內傳輸不同的數據流。
- 在接收端通過時鐘同步解開每個時間片段的數據流。
光纖傳輸的核心設備：
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光源：光源通常是 激光器（Laser） 或 發光二極管（LED），它們將電信號轉化為光信號。激光器一般用于高速度、高距離的應用，而 LED 多用于短距離、低速率的通信。
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光探測器（光電探測器）：接收端使用光探測器（如 光電二極管）來將接收到的光信號轉換為電信號，再進行解碼。
光纖通信的優勢：
- 高速率：光纖能夠支持非常高的傳輸速率，可以達到數千兆比特每秒（Gbps）甚至更高。
- 遠距離傳輸：光信號在光纖中衰減非常小，適合長距離傳輸。
- 抗干擾性：光纖不受電磁干擾（EMI），相比銅線更穩定，傳輸過程中的信號衰減也較少。
- 高帶寬：光纖提供的帶寬遠高于銅線，適合承載大量數據。
總結：
光纖中傳輸的是光信號，通過不同的調制方式（如強度調制、相位調制、頻率調制等）來傳輸數字數據。光信號通過光纖傳輸時，可以采用多種技術（如波分復用、時分復用等）來提高傳輸速率和帶寬利用效率。光纖通信廣泛應用于高速、長距離的通信系統中，并且具有極高的帶寬和抗干擾能力。
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