使用TCP/IP传输电信号:包在传输过程中是独立的,双绞线解决传输过程中存在噪声干扰

转发设备会根据包头部中的控制信息,在转发设备内部一个写有转发规则的表中进行查询,以此来判断包的目的地,然后将包朝目的地的方向进行转发。因此,无论包里面装的是应用程序的数据或者是TCP协议的控制信息,都不会对包的传输操作本身产生影响。所有的包在传输到目的地的过程中都是独立的,相互之间没有任何关联。

TCP控制信息也叫TCP头部,但从以太网和IP传输网络包的角度来看,TCP头部并不算是“头部”,只能算是“数据”。


网卡中的PHY(MAU)模块负责将包转换成电信号,信号通过RJ-45接口进入双绞线,然后,信号会通过网线到达集线器的接口。以太网信号的本质是正负变化的电压,可以认为网卡的PHY(MAU)模块就是一个从正负两个信号端子输出信号的电路。

但是,信号到达集线器的时候并不是跟刚发送出去的时候一模一样。集线器收到的信号有时会出现衰减。信号在网线的传输过程中,能量会逐渐损失。网线越长,信号衰减就越严重。

即便线路条件很好,没有噪声,信号在传输过程中依然会发生失真,如果再加上噪声的影响,失真就会更厉害。如果本来就已经衰减的信号再进一步失真,就会出现对0和1的误判,这就是产生通信错误的原因。


为了抑制噪声的影响,双绞线横空出世。“双绞”即以两根信号线为一组缠绕在一起,局域网网线使用的是双绞线。

那么双绞线为什么能够抑制噪声呢?首先,我们来看看噪声是如何产生的。产生噪声的原因是网线周围的电磁波,当电磁波接触到金属等导体时,在其中就会产生电流。因此,如果网线周围存在电磁波,就会在网线中产生和原本的信号不同的电流。由于信号本身也是一种带有电压变化的电流,其本质和噪声产生的电流是一样的,所以信号和噪声的电流就会混杂在一起,导致信号的波形发生失真,这就是噪声的影响。

影响网线的电磁波分为两种。一种是由电机、荧光灯、CRT显示器等设备泄漏出来的电磁波,这种电磁波来自网线之外的其他设备,让我们来看看双绞线如何抑制这种电磁波的影响。首先,信号线是用金属做成的,当电磁波接触到信号线时,会沿电磁波传播的右旋方向产生电流,这种电流会导致波形发生失真。如果我们将信号线缠绕在一起,信号线就变成了螺旋形,其中两根信号线中产生的噪声电流方向就会相反,从而使得噪声电流相互抵消,噪声就得到了抑制。

另一种电磁波是从网线中相邻的信号线泄漏出来的。由于传输的信号本身是一种电流,当电流流过时就会向周围发出电磁波,这些电磁波对于其他信号线来说就成了噪声。这种内部产生的噪声称为串扰(crosstalk)

要抑制这种噪声,关键在于双绞线的缠绕方式。在一根网线中,每一对信号线的扭绞间隔(节距)都有一定的差异,这使得在某些地方正信号线距离近,另一些地方则是负信号线距离近。由于正负信号线产生的噪声影响是相反的,所以两者就会相互抵消。


本文摘取自周自恒翻译的户根勤编写的《网络是怎样连接的》

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