网络中发送和接收位流的电路

Question

据我所知，数字信号是通过连续的EM信号传输的。在接收机端，当振幅超过某一阈值时检测到位1，当幅度降到某一信号以下时检测位0。

但是在网络上的比特流中，数据包是通信发生的过程，而数据包只是一个比特流，.This数据包包含了与协议、源和目的地相关的各种信息。

在硬件级别，如何发送和接收这个比特流？

如果是根据EM信号的幅度进行比特检测，那么比特的收集是否包括在不同的时间间隔内检查信号的幅度？

我认为我可以更具体、更详细。让我更详细地解释一下我所需要的：

我们什么时候能检测到一点1？当信号幅度超过某一阈值时，对吗？现在一个包会有像1，0-1，0这样的位流.但是如何检测到这个比特流。是否有一个电路检测一个起始位，然后继续在频繁的时间间隔内收集振幅，直到结束位，从而构造一个比特流？因此，硬件是否有一个时间限制来执行这个振幅过程的收集？

Answer 1

针对不同的特殊情况，有大量的行编码方案。我只想谈谈最简单的问题。

在基础上，不要把它当作软件来看待：“我们一直在检查它是否会改变”。电子设备更像是一个弹簧，当一个事件发生时，例如超过某一水平的电压，它就会被解开。或者把东西从桌子上推下来:它不会“不停地检查”它下面是否有什么东西:有一种力阻止它向下移动。当力被移除时，力就会下降。

通常使用的最简单的行编码是NRZ (“不返回到零”，这个名称在您了解它之前没有多大帮助)。这是用于RS-232和许多其他事情。一条线路处于某种电压下，比如说5V。当它低于1V时，我们启动一个计时器。假设比特是每秒一个:我们启动一个定时器半秒钟--我们应该在这个字节的“开始位”中间。在这半秒之后，我们再等一秒钟:现在我们处于第一位的中间，我们只是检查电压。再等一下，检查一下电压，我们就有第二位了。做八次直到我们有一个字节。

您将看到，该过程由三种机制组成：

• 等待事件发生(电压降到值以下)
• 等待一段固定的时间(半位或整位时间)
• 在给定的时刻取样

这个过程通常发生在硬件中，但有时在固件中。所有细节都各不相同:电压、速度、高压是1还是0、第一位是低值还是高值位。有关更多，请参阅维基百科。

的确，其中的第一个(等到信号很低)可以通过处理器快速采样来完成。但是它更多的是由电路来完成，它在事件发生后执行一个动作，也许是通过信号输入一个锁存器，这个锁存器在复位时保存了一些定时器芯片。

一旦我们有了字节，就会有一些方案来获得帧，其中最简单的方案是SLIP (串行线协议)，其中，一个特定的字节值本质上表示一个帧的开始。没有什么比阅读真正定义互联网的RFCs更好了，而定义这一点的则是特别简单的RFC1055。

还有许多用于帧的其他方案，如“长时间无信号”(用于DMX)或“根本没有电压的方式不在帧内”(用于同轴以太网)。

以太网类似于所描述的机制，但要复杂得多。尤其是速度更快的品种，它们要复杂得多。目前使用最简单的是10 10baseT，它使用“曼彻斯特编码”(曼彻斯特编码)(以开发它的大学命名)。基本思想是一样的:等待一种特定类型的过渡，然后等待一段时间，取一个样本，重复。但每个细节都是不同的。维基百科有一篇好文章。

正如评论中所说，整本关于编码问题的书:全博士。

高性能的帧和编码方案都是关于

• 错误--当噪音或其他问题意味着接收到的信号不是预期的时候会发生什么
• 带宽
• 钱--如何用最便宜的材料做这件事？
• 可靠性-如何使用不断裂的部件

认真地说:如果你理解RS-232，NRZ，SLIP，以及正确的网络是更复杂的，你知道足够一个网络的人。知道哪种网络有链路检测比知道它们的工作细节要重要得多。

如果您想要更详细的电路如何工作，electronics.stackexchange.com可能是一个比这里更好的赌注，但我们是好的事情，如帧和CRC错误和类似的。

Answer 2

网络线路代码不是那么容易开始。他们的设计至少几十米以上(或多或少)简单的电缆。这需要为高比特率比铜(和非常高的波德率，甚至对光纤)的详细编码方案。通常，网络链路不使用单独的时钟信号，因此线路代码需要自时钟和自同步。

网络中使用的最简单的代码是用于10 Mbit/s以太网的曼彻斯特代码:高-低=1和低-高= 0。当然，这会浪费大量的带宽，但是您可以很容易地为它构建自定义硬件。

100 Mbit“快速”以太网使用4b/5b块代码。由于125 Mbit/s对于第5类双绞线铜(100BASE-TX)来说太高了，还有另一个带有MLT3的子层编码(基本上跨越不同的电压级别，而不是跳过两个)。定制硬件是可行的，但已经很难构建了。

千兆以太网采用8b/10b块码作为基本行码，与4b/5b相似，但具有一些优点。1000 stream用于双绞线将流分成四个车道，使用额外的PAM5编码和扰码来处理电缆限制。如果可能的话，定制硬件是非常难构建的--一个数据位转换为1纳秒。

10G+以太网通常使用更高效的64b/66b大块代码。双绞线需要一个非常精细的多层编码方案，包括Tomlinson预编码、PAM16和DSQ128“棋盘”模式，以实现铜的传输。即使你能够为1000BASE-T定制硬件，10 10GBASE在任何情况下都需要一个复杂的ASIC -我们有100皮克秒/比特。

除了最新的速度，光纤一般只使用基本的行码，而且比铜更容易编码和解码--但仍然如此。

所有这些只是覆盖了物理层。网络标准通常也涵盖数据链路层，因此您需要围绕实际数据(网络层有效负载)构建框架。然而，这可以在软件中完成，只需少量的硬件支持。