【好书精读】网络是怎样连接的 —— 信号在网线和集线器中传输

（ 该图由我使用 AI 绘制 ）

目录

每个包都是独立传输的

防止网线中的信号衰减很重要

“双绞”是为了抑制噪声

集线器将信号发往所有线路

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每个包都是独立传输的

从计算机发送出来的网络包会通过集线器 、 路由器等设备被转发 ， 最

终到达目的地

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

HTTP

请求的方法 ， TCP 的确认响应和序号 ， 客户端和服务器之间的关系 ， 这一

切都与包的传输无关 。 因此 ， 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 。

这里我们假设客户端计算机连接的局域网结构是像图 这样的

网络包从客户端计算机发出之后 ， 要经过集线器 、 交换机
和路由器最终进入互联网 。 实际上 ， 我们家里用的路由器已经集成了

集线器和交换机的功能 ， 像图上这样使用独立设备的情况很少见

防止网线中的信号衰减很重要

从信号流出网卡进入网线开始

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 ， 这部分的放

大图如图的右侧部分所示。 以太网信号的本质是正负变化的电压 ， 大

家可以认为网卡的 PHY （ MAU ） 模块就是一个从正负两个信号端子输出信

号的电路 。

网卡的 PHY （ MAU）模块直接连接图右侧中的 RJ-45 接口 ， 信号

从这个接口中的 1 号和 2 号针脚流入网线 。 然后 ， 信号会通过网线到达集

线器的接口 ， 这个过程就是单纯地传输电信号而已 。

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 。 噪声根据强度和类型会产生不

同的影响 ， 无法一概而论 ， 但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 。

“双绞”是为了抑制噪声

局域网网线使用的是双绞线 ， 其中 “ 双绞 ” 的意思就是以两根信号线

为一组缠绕在一起 ， 这种拧麻花一样的设计是为了抑制噪声的影响

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 。

集线器将信号发往所有线路

当信号到达集线器后 ， 会被广播到整个网络中 。 以太网的基本架构 就

是将包发到所有的设备 ， 然后由设备根据接收方 MAC 地址来判断应该接

收哪些包 ， 而集线器就是这一架构的忠实体现 ， 它就是负责按照以太网的

基本架构将信号广播出去 。 下面来看看它的工作方式 。

首先 ， 在每个接口的后面

装有和网卡中的 PHY （ MAU ） 功能相同的模块 ， 但如果它们像网卡端一样

采用直连式接线 ， 是无法正常接收信号的 。 要正常接收信号 ， 必须将 “ 发

送线路 ” 和 “ 接收线路 ” 连接起来才行。在图中， 集线器中的 PHY

（ MAU ） 模块与接口之间采用交叉接线的原因正是在于此

集线器将信号发送给所有连接在它上面的线路

由于集线器只是原封不动地将信号广播出去 ， 所以即便信号受到噪声

的干扰发生了失真 ， 也会原样发送到目的地 。 这时 ， 接收信号的设备 ， 也

就是交换机 、 路由器 、 服务器等 ， 会在将信号转换成数字信息后通过 FCS

校验发现错误 ， 并将出错的包丢弃 。 当然 ， 丢弃包并不会影响数据的传输 ，

因为丢弃的包不会触发确认响应 。 因此协议栈的 TCP 模块会检测到丢包 ，

并对该包进行重传 。