第五篇技术笔记：线上到底在传什么？4对和1对，差的不只是数量

一、一个一直绕过去的问题国之利器055“驶向深蓝”我“驶向车载以太网的深海”。它在海上劈波斩浪我在知识海洋里劈波斩浪学到现在我以为自己懂了不少。但那天突然想到一个问题4对线和1对线线上传的东西到底有啥不一样4对线传得多、1对线传得少——这个我知道。但线上传的到底是什么是0和1是电流还是电压我答不上来。这个问题其实一直都在只是每次学到那里我就绕过去了——觉得太基础、太底层不好意思深究。这次不绕了。从根上挖。二、先搞清楚线上到底在“传”什么说实话一开始我以为这东西多高深。其实了解后就是初中的物理知识——电压在线上跑呗。这里最直接的答案就是电压。网线上传的不是0和1是电压的变化。发送端把0和1转换成电压比如5V代表10V代表0接收端检测电压的高低再转换回0和1。所以“传数据”的本质是“传电压”。那问题来了一对线上只能传一个电压正极和负极之间的电压差。那一对线怎么同时传那么多数据答案是分时。就像一个人说话一次只能发一个音但连起来就能说一句话。一对线也是一样一次只能传一个“符号”比如代表1或0的电压但一秒钟传几百万次就变成了一串数据。一对线能传百兆、千兆不是因为一次传得多而是因为传得快。三、那4对线是怎么传的4对线就是4条“车道”。每对线独立传输数据互不干扰。4对线同时传相当于4个人并排说话。传统百兆以太网100BASE-TX4对线只用其中2对一对发、一对收每对跑100兆传统千兆以太网1000BASE-T4对线全用每对跑250兆加起来1000兆所以4对线传的东西和1对线传的东西本质上是一样的——都是电压变化。区别在于4对线是4条车道同时传1对线是1条车道拼命快跑。四、那1对线是怎么跑到千兆的这么个好问题怎么由个41岁的“老人家”提出来的简直是个提问题的天才。不过1对线要跑到千兆是有两种办法的办法一提高频率就像人说话说得越快单位时间内传递的信息越多。但频率不能无限提高——频率越高信号越容易衰减、越容易受干扰。办法二增加“每个符号携带的信息量”这就是车载以太网用的办法。普通以太网百兆每个符号只代表1个比特比如0V代表05V代表1。车载以太网用的PAM3脉冲幅度调制3级每个符号可以代表 log₂(3) ≈ 1.58个比特。更高级的PAM4千兆车载以太网用每个符号代表2个比特。打个比方普通方式一次只能喊“是”或“否”喊一次得一个信息PAM3一次可以喊“是”“否”“不知道”三种状态信息量更大PAM4一次可以喊“是”“否”“不知道”“GUN”四种状态信息量持续增大所以1对线能跑千兆不是因为它比4对线更“快”而是它每个“符号”装的东西更多。五、4对线和1对线的本质差异对比项4对线传统千兆1对线车载千兆车道数4条1条每车道速度250兆1000兆总速度1000兆1000兆每个符号的信息量1比特NRZ编码2比特PAM4技术复杂度低车道多每车道慢高车道少每车道快多电平线束成本高线多低线少芯片成本低高核心结论4对线用“堆车道”的方式换速度线多但芯片便宜1对线用“提高每车道效率”的方式换速度线少但芯片贵这就是工程上的“权衡”——没有绝对的好坏只有适合不适合。六、踩的坑最大的坑以前我以为“线上传的是0和1”。这次才知道线上传的是电压0和1是编码后的解释。想通的那一瞬间是当我意识到——通信的本质不是“传数据”是“传物理量然后解释成数据”。电压、光、电磁波……都是物理量。数据是我们赋予它的意义。第二个坑以前我以为“1对线跑千兆比4对线跑千兆更先进”。这次才知道1对线跑千兆是用更高的技术复杂度PAM4换来的芯片更贵、设计更难。不是“更先进”是“更适合车上减重的需求”。七、一张表总结概念含义类比线上传什么电压变化人说话的声音波形0和1怎么来的接收端把电压高低解释成0和1听到声音脑补成文字4对线怎么传4条车道同时传4个人并排说话1对线怎么传1条车道拼命快跑1个人语速飞快PAM3/PAM4每个符号代表更多比特一次喊多种状态不止“是/否”4对vs1对堆车道 vs 提高效率修4条慢车道 vs 修1条快车道高科技八、下步目标下步准备深入搞搞PAM3/PAM4编码——多电平到底是怎么实现的怎么从电压变成比特如果搞不懂就写一篇《PAM3第四次把我干翻》。九、写在最后这次最大的收获是不再绕过那些“太基础”的问题。以前觉得“线上传什么”这种问题太简单不好意思问。现在发现越是基础的问题越是理解的基石。地基不牢上面飘——这句话我上次写的这次自己先践行了。如果你也在学欢迎留言告诉我你有没有哪个“太基础”的问题一直绕过去了说出来咱们一起挖。惯例一首打油诗线上传的是电压零一只是解释它。四对车道堆速度一对拼命把速加。