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计算机网络入门必知：从信号到速率，一张图讲清通信基础！

在学习计算机网络时，很多同学会被“码元”“波特率”“比特率”这些术语绕晕。其实，只要理解了底层的通信原理，这些概念就会变得清晰又有趣。

今天我们就用计算机网络的视角，重新梳理这些核心知识点——帮你打通从物理层到数据传输的第一道关卡！

📡 一、通信系统的基本模型（计算机网络视角）

在计算机网络中，一次完整的通信过程可以抽象为以下三部分：

• 信源（Source）：发送数据的主机（如你的电脑、手机）。

• 信道（Channel）：传输介质，比如双绞线、光纤、无线电波等。

• 信宿（Destination）：接收数据的主机（如服务器、另一台设备）。

💡 在OSI七层模型中，这属于物理层（Physical Layer）的职责——负责在物理媒介上传输原始比特流。

🔌 二、信号：数据的物理载体

计算机只能处理数字信号（0和1），但现实世界中的信息（如声音、图像）最初往往是连续的模拟信号。因此，通信系统需要完成信号的转换与传输。

数字信号 vs 模拟信号

✅ 现代计算机网络几乎全部采用数字信号，即使通过无线信道（如Wi-Fi），也会将数据调制为数字形式传输。

🧱 三、码元（Symbol）：数字信号的基本单位

在数字通信中，码元是承载信息的最小信号单元。

关键概念：

• 一个码元周期内，信道上可能出现K种不同状态（如不同电压、相位或频率）。

• 每一种状态就是一个码元。

• 1个码元能携带的信息量 = log₂K 比特

📌 举例说明：

• 若使用2种电平（高/低）→ K=2 → 每码元 = log₂2 =1 bit

• 若使用4种相位（如QPSK调制）→ K=4 → 每码元 = log₂4 =2 bits

🔍 这就是为什么现代通信（如Wi-Fi 6、5G）要用高阶调制——一个码元传更多比特，效率更高！

⚡ 四、速率：衡量通信性能的两个核心指标

在计算机网络中，我们常听到“带宽100Mbps”，但你知道这到底是比特率还是波特率吗？

1. 波特率（Baud Rate）

• 含义：每秒传输的码元数

• 单位：Baud（波特）

• 反映的是信号变化的快慢

2. 比特率（Bit Rate）

• 含义：每秒传输的比特数

• 单位：bps（bit per second）

• 直接决定数据传输速度

🔄 两者关系：

比特率 = 波特率 × log₂K
（K = 每个码元可能的状态数）

✅ 举个实际例子（以100BASE-TX以太网为例）：

• 使用4B/5B编码 + MLT-3调制（K=3）

• 波特率 ≈ 125 MBaud

• 每码元携带 log₂3 ≈ 1.58 bit

• 实际比特率 ≈ 125 × 1.58 ≈197 Mbps（再经编码后有效速率为100 Mbps）

💡 所以，提高速率不只有“加快信号变化”（提高波特率），还可以“让每个信号传更多数据”（提高K值）！

📚 小结：一张图掌握通信基础

🔜 下一步学什么？

理解了这些，你就打好了物理层的基础！接下来可以深入：

• 奈奎斯特准则：无噪声信道的最大码元速率

• 香农定理：有噪声信道的极限数据速率

• 调制技术：ASK、FSK、PSK、QAM 如何实现高阶码元

🌟记住：计算机网络不是魔法，而是由一个个精妙的工程原理堆砌而成。搞懂底层，才能真正“看透”网络！