随笔篇----比特的传输

琐碎的知识又增加了,这是我觉的比较有意思的科普,解开了一些生活中的小疑问。例如:电话,网页,电视,这些信号怎么传递的。人们怎么就成了千里眼,顺风耳。本文目的为,简单科普我们生活周围的信息是如何传递。如果学过通信的朋友可以略过啦哈。

关键词: ADSL ,同轴电缆,光纤

1 比特介绍

举两个古老的信息传递的例子,古时长城的烽火狼烟,或者以烟花为信号,人们根据事先约好的规定,收到什么样的信号,表达某种含义,在近代,例如:摩斯密码,人们通过短音来代表”点“,长音来代表“短划线”,通过这种组合表达暗语,例如 ··· _ _ _ ··· 表示sos,这种操作还可以,用手电光的闪动频率来表示,也可以通过电信号高低来表示。

好啦,在科技日新月异的现代,人们通过,光,电,电磁波,等信号,可以转换为用 0,1 来表示的信号,具体来说: 电–>通电的标志表示1,不通电表示0,电磁波–>高频表示1,低频表示0,光–>亮表示1,熄灭表示0,或者 高频率闪光表示1,低频率闪光表示0,这里仅是大概的比喻。 目的是,理解通过不同的传输媒介,能表达出0,1即可,通过0,1,排列组合可以表示各种不同的信息。

随笔篇----比特的传输

人们称每一个信号 0 ,或者一个 信号1 为一个比特单位(其实严格来说每一个二进制数称为1比特)。

我们抽象总结起来,**只要能传递两个不同标志的信号,就可以通过这两个标志信号,排列组合成无穷多的信息。**无论是在卫星之间发送的激光信号,还是无人机的无线电波,信息底层都是 比特,发送 0,1 这样的二进制信息,各种样的协议 http, tcp ,ip …再再啰嗦点的说互联网上的一切无论是文字,电子邮件,图像,动画视频,娱乐视频,都归结到比特 1 和 比特0排序组成,他们以电子脉冲,光束,无线电波的方式传送,充满了我们的生活,让生活变的更加多彩方便,我们生活中,处处传递着 比特!!

2 网络信息的传递方式

以下将对信号以,电,光,无线电,形式来发送比特做一个简单的介绍。

下面列了三种通过物理传输信号的载体,在生活中相信大家都或多或少的见过:

  • 电话线:用DSL技术(数字用户线路), 这是通过电话线为传输介质的传输技术,是访问互联网的一种比较古老的方法。

(电话线成本低廉,价格实惠,但网络质量相对较弱)

  • 光纤:是一种利用光在玻璃,或塑料制成的纤维中的全反射原理,而达成的光传导工具(现在家里应该都是这个了)

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  • 同轴电缆

同轴电缆的图片我在网上截图了一个:

随笔篇----比特的传输

怎么样有些熟悉吧,其实就是农村中用的那种卫星锅盖电视线。(想起了小时候为了看动画片,使用卫星锅盖不断调整角度希望收到可以看动画片的频道,又常常害怕刮风把它吹歪而担心收不到信号看电视哈哈)

2.1比特率与宽带

我们上网用的宽带,是用比特率衡量的,单位时间内传输的比特数称为比特率,用比特/秒表示,通常简写为bit/s,让我想起了以前,家里明明说的是百兆宽带,但是下载速度为啥达不到每秒百兆,原来对于百兆宽带,是以比特为单位计算的,即 100Mbps = 12.5MB/s。 (注意:8个bit 为1个Byte,平时我们都说字节,而宽带是以bit 位为单位的) 。

3 不同形式的信号传输方式的特点

3.1电

有线电视的电缆举例:

以电传输的物理载体通是电缆,在有线电视普及的地方,通过电缆传递比特进行上网,优点是,每户仅仅在原来的有线电视基础上,添加硬件解调器一个,其实就是扩展了有线电视连接的电缆的功能,可以传输网络数据。缺点是,附近所有的家庭共用一个电缆宽带,网络不好。这种情况我了解一下即可。

DSL(以电话线举例)

DSL表示数字线路,这是一种很古老的方法上网,一般用于家庭,相比较于拨号上网的方式,DSL可以通过电话线,同时传输语音和数据,并且比拨号上网快很多,平均下载速度应该有 5M/s到100M/s不等,

DSL 分几种:ADSL-- Asymmetric Digital Subscriber Line (非对称数字用户线路),SDSL-- Symmetric Digital Subscriber line (对称数字用户线路),VDSL–Very High Bit Rate Digital Subscriber Line (高比特率数字用户线路)

ADSL,SDSL介绍

用一种频分复用技术, 把原来只能传输语音信号的线中,再多传送两个不同信号,用来上网,其中一种信号用来上传数据,另一种用来下载数据,之所以叫非对称数字用户线路是因为,下载数据的信号,的带宽是远大于上传数据的。可以看到选择了不同的频率如下图:

随笔篇----比特的传输

SDSL,顾名思义,它的下载和上传速度是一样的一般用于企业。

VDSL,是相对于ASDL 传输速度大约三倍的一种方式,主要是因为它使用的是铜线,所以只能在很短的距离内使用。

3.2 光

以光纤举例

先介绍一个词:“延迟”

表示1个比特信息,从源设备传输到请求设备,所耗费的总时长。

不一样的传输媒介,延迟是不同的,对于光纤传输信号,光在光纤中以全反射进行传播,光在光纤中传播速度为:亚光速极,约为20万公里/秒,这是一个什么概念?地球赤道的周长大约4万多公里,所以光纤信号传播速度到世界的任何角落仅在毫秒级别,更重要的是信号不会在长距离上真正退化。(当然是我们的光纤足够长的前提)

这种传输的优点:上传下载的速度更快,可达1000Mb/s,传输距离长,DSL和有线电缆在传输过程中会,受到电磁干扰的影响,这会消弱信号,而光纤使用一种很薄的玻璃或塑料制成的纤维,使其不易收到干扰。

缺点是,价格比电缆贵许多。

可能有的朋友会疑惑怎么还依赖有线,现在上网有wifi ,打电话都是无线的,其实这些无线网络信号,最终都是,在有限的区域内才能接收的信号,wifi,的数据传递,通过连接再wifi路由器上的网线来连接,如果是那种无线的,移动插手机卡的热点wifi,他虽然不插网线,但是它会发射电磁波给附近所在的信号塔, 当接收时叫电磁波信号,转成比特,然后再转成可以传输给地下光缆的信号,这依然是通过有线才能实现远距离传输。(我们不讨论卫星与我们地表间的信息传递哈,目前海底早已铺过上千里的光纤)

3.3 无线电

手机怎么就能上网和打电话呢。对于上网,比如当我们发微信的时候,这时要发送的文字,可以使用比特 0,1 排序组合代替,然后通过,发送对应频率的电磁波,给附近的信号塔,当信号塔接收时叫电磁波信号,转成可以传输给地下光缆的信号,继续传送比特,到达目的地,目的地收到信号后,会返回比特给信号塔,信号塔发射无线电给我们的手机。

我们再举一个打电话的例子:

先说信号塔的产生的原因

每个东西的创造必然是为了解决,客观的实际需求,那么信号塔可以解决,电磁波无法传递较远的距离产生的问题,因为电磁波的强度,会因为物理屏障,电子设备以及一些环境因素而减弱,这也就是为什么,人们打电话信号不好的时候,总去高处无遮挡的地方打电话的原因。同时,电磁波是直线传播的那么,曲线的地球,当传输到越远的地方,电磁波距离地面就越高。为了解决这些问题,信号塔出现了。

打电话怎么传递信息的

在移动通信技术中,每块地理区域被分成六边形的单元格,所以我们想象一下,地图就像一个个蜂巢的小格子,拼接起来,每个小格子有自己的信号塔及频率间隙,

当我们打电话时分为2种情况:

1 目标人物 和 我们在同一个信号塔下

则信号塔可以直接发送无线电,探测是否具备通话能力,如果能则电话响铃,并且在通话时,电磁波通过集成电路的转化成电信号最后通过喇叭发声被我们听到。

2 如果不在同个塔下

试想下,通信技术该如何区分每部手机在哪个信号塔下呢?

此时需要再介绍一个东东 “移动交换中心(Mobile Switching Center MSC)”,多个信号塔都连接了一个 MSC ,这是一组移动信号塔的中心点(MSC会有很多个),比如说我买了一个SIM电话卡,会被登记到某一个MSC (称为home MSC) 里,home MSC里还会存储使用SIM卡的手机当前的位置,以及活动状态(开机,关机,是否有信号)等信息,如果离开了所登记的 MSC所管理的这组信号塔区域外,这些信息将被举例最近的MSC(称为foreign MSC)所关注,并且 home MSC 和我们当前所在的foreign MSC 通信,这样,homeMSC 就会一直知道我们走到了哪里。

所以整体打电话流程是:

一个人打电话,信号会发到 自己的homemsc , 然后信号发给目标人物的homesMSC , 接下来目标人物的homesMSC 会去找目标人物当前的真正的地址,如果这个地址刚好就在这个homesMSC 范围,就将呼叫请求发送到他的手机, 先确认是否关机,和是否正在通话中,如果目标再其他的msc管理的区域内就,让呼叫请求转发给他当前所在的msc。

以上仅仅是粗略的概述了一下通信过程,其实还要很多细节是没有提到了,通信技术并不简单,比如说当信号塔发送电磁波的时候,电磁波在空间发送,也就代表任何的手机都能接收到这个电磁波,空间中同时有那么多的电磁波,到底该接收哪个?难道每个用户分配一个专属频率么?显然不行我们手机用户已经达到几十亿量级,无法做到每个用户分配适当的频率,所以频谱资源很重要。如果在继续挖掘下去,我们又会发现更多的技术:例如 频隙技术,多址技术(FDMA TDMA CDMA 多址技术可以看这个视频讲的很好:https://haokan.baidu.com/v?pd=wisenatural&vid=3752439993345762114)等等技术

最后最后,如果文中有些地方描述不妥当的地方请大家帮助更正。

其实写这篇完全是我在看关于一本网络基础介绍的书中看到,某些名词,发散出来查了一下具体内容,结果不小心越查越多,一个技术,当学习的时候会发现需要了解其他的技术或者知识来帮助理解,并且思维越发散越容易偏离,这很容易跑题了,应当适当的刹车,不要太过发散。

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