接上文《​​我們一起聊聊到底什麼是通信?​ ​》

上週沒寫完，今天繼續寫。

通信的分層思維

研究通信技術，最重要的第一步，是搭建通信知識體系。

而搭建通信知識體系的秘訣，就是建立“分層思維”。

通信的分層思維，分為“大分層”和“小分層”。

我們先來看看“大分層”

在上文中，我給大家講過通信網絡的演進。

通信網絡演進的一個重要推動力，就是通信節點數量的快速膨脹。

換言之，通信網絡，是一個從“點到點（point to point）”到“點到多點（point to multipoint）”，再從“點到多點”到“多點到多點（multipoint to multipoint）”的過程。

參與通信的節點數量極速膨脹，最終達到了億級（人聯網）甚至百億級（物聯網）的規模。

最原始、最基本的通信模型，就是兩個節點之間互相通信。這種情況下，一條通信線路就可以了。

當參與通信的節點超過2個時，就涉及到組網。也就有了鏈型、星型、環型、樹型等組網方式。

當節點規模不斷擴大，人們發現，就像金字塔管理架構是最實用的人類組織架構一樣，樹型網絡結構，是最簡單高效的大規模通信組網方式。

樹型（金字塔型）

這種“小網逐級匯聚、變成大網”的方式，是一種典型的中心化組網方式。

不管是哪種組網方式，只需有多節點，就涉及到路由和交換。也就是說，在每一個匯聚節點，都需要對通信數據進行路由指向，以及信息內容的交換，這相當於是一個路口、網關。

每個節點，都要做判斷

樹型網絡被運營商廣泛採用，成為公共通信網絡的根基。（當然，環型網絡等其它組網方式，也被適當採用，作為補充。）

對於樹型網絡這種不斷“匯聚”的網絡，我們一般都將其分為三層，由下至上分別是接入層、匯聚層、核心層。

接入層負責把用戶連入網絡；匯聚層負責收攏和分發數據；核心層是網絡骨幹。

我們可以把它理解為一個快遞公司。在每個小區附近會有快遞站，觸達用戶，收集和投送快遞。快遞站的貨品，會送到上一級快遞轉運點，然後再上一級，逐級轉運。

不同的分層，涉及到不同的通信技術。也就是說，節點和節點之間，採用的通信技術不一定相同。因為它們所處的環境和條件不同，承載的數據量也不同。

舉例來說，在接入層，要將用戶連入網絡，因為用戶可能存在移動性，在到處跑，那麼，無線通信技術，就會被廣泛採用，例如4G/5G、Wi-Fi等。

5G天線

而在匯聚層，因為匯聚上來的數據量很大，所以，匯聚節點和上層節點通常會採用大容量的光纖通信技術（例如OTN）。

光纖設備

當然，如果接入節點和上層節點之間距離很遠，又處於沙漠等偏遠地區，那麼，也會採用微波、衛星這樣的無線通信技術。

微波天線

用快遞系統來比喻的話，快遞站的快遞師傅會騎三輪車，自由地選擇路線。而快遞轉運點之間，會採用汽車或包機，進行直接運輸。

上面我們說的，是針對網絡架構的分層思維，也就是“大分層”。不同規模的網絡，分層級別不一定相同，但是分層的思想是不變的。

什麼是“小分層”呢？​

當你研究具體的點對點通信時，就會遇到“小分層”思維。工科背景的同學，都知道大名鼎鼎的TCP/IP模型，以及OSI模型，就是典型的“小分層”。

通信是個非常複雜的過程，之所以要“小分層”，就是為了各司其職。每一層就是一個社會，不同的層級之間，“語言（協議）”不通，不能直接對話。

不管是什麼通信技術，其實都遵從了“小分層”的模型，其實各自選擇的協議不同。

“小分層”，其實就是快遞的“打包”思想——我把文字寫到信紙上，把信紙塞進信封，信封再封進更大的信封，或者郵袋、包裹。

就這樣，逐級封裝之後，送到對方那邊。

對方收到後，再逐級拆封，解讀內容。或者，再對內容進行逐級封裝，通過另一條通道，送到下一級節點。

“小分層”還有一個更高大上的名字，那就是“協議棧”。我的每一層，必須和你的每一層匹配，我們才能實現頂層的業務對通。

4G網絡的協議棧示例

搞通信，尤其是運營商公網通信，經常涉及到本局和對端局的對接聯調。新手往往沒有搞明白“小分層”的思想，數據一頓亂配，結果還是不通。

正確的對接聯調方法，應該是從底層開始對。先看看物理層通不通（光口是否有光，電口是否有電），然後再一層一層往上對接，當每一層都通了的時候，本局和對端局之間，就實現了業務對通。

總而言之，“大分層”思維，用於研究通信網絡的整體架構。“小分層”思維，用於看懂通信技術的具體工作原理。具備了這兩種思維，研究任何通信技術都會有清晰的思路。

有線通信和無線通信

前面提到了有線和無線通信。這裡，還是要再詳細介紹一下它們的區別。

在近現代通信史上，無線通信的誕生時間並不算晚。但是，在它誕生後的很長一段時間裡，這個技術都屬於“貴族”技術，只有少部分人可以使用它。

原因很簡單，因為電子技術、材料技術和信號處理技術等基礎技術在發展早期的不足，導致人類不具備完美駕馭無線電磁波的能力。

無線電磁理論奠基完成之後，人們一直試圖對無線電磁波這一神秘力量加以利用。

不同頻率（波長）的無線電磁波，有不同的物理特性。人類對無線電磁波的開發，其實就是利用這些不同的特性，用於不同的用途。例如，高頻的γ射線，具有很大的殺傷力，可以用來治療腫瘤。

從宏觀上來看，無線電磁波主要分為電波和光波（如上圖）。馬可尼和波波夫，開創了將電波用於通信的先河。​

以當時的技術水平，他們只能使用低頻的電波，進行無線通信。

無線電磁波並不是一個“取之不盡、用之不竭”的資源。它的資源稀缺性，體現在頻譜（頻率區間）上。在一定的空間範圍內，某頻率的無線電磁波一旦被佔用，如果別人也試圖使用（發射該頻率的信號），就會造成乾擾。

低頻電波的優勢，就是傳輸距離更遠。眾所周知，頻率較低的無線電磁波，波長更長（頻率×波長=光速，光速是恆定值），繞射能力更強，所以傳播距離更遠。

而頻率越高的話，波長會更短，繞射能力更差（穿透的損耗也會更大），傳播距離更近。

低頻電波的缺點，就是資源非常稀缺。採用FDMA頻分多址的話，容納的用戶數很少，無法完美用於公共移動通信。

後來，隨著基礎技術的不斷突破，我們才有了TDMA、CDMA、OFDMA等複用技術，在少量的頻率資源下，容納更多的用戶。

簡單舉例，我們把頻率資源想像成一個房間，如果把房間分割成不同的空間，不同的用戶在不同的房間聊天，這就是頻分多址（FDMA）。

如果這個房間裡，某一時間讓某一個人說話，下一時間段，讓另一個人說話，就是時分多址（TDMA）。

如果大家都用各自的語言說話，有的人說英語，有的人說法語，有的人說中文，那就是碼分多址（CDMA）。

與此同時，我們還具備了駕駛更高頻率無線電磁波的能力，進而進一步擴展了無線通信的頻率使用範圍，最終實現了通信容量的不斷擴大，以及連接速率的不斷提升。

這個就和高速公路一樣，道路越寬，能同時容納的車輛當然就越多。而且，能容納的車型也就越大。高速公路的運輸能力，也就越大。

我們還在編碼技術和分集技術上有了很大的突破，從而逐漸摸清了無線通信這門玄學技術的特性，進一步降低了誤碼率，提升了無線信道的效率。

就這樣，我們有了從1G到5G的不斷演進，成功將無線通信從“貴族”技術，發展為“大眾”技術，讓所有人都能享受它帶來的便捷。

無線通信技術的主要優勢在於打破了空間限制、移動性限制，以及適當節約了成本。如果是單純比拼性能（例如傳輸速率、時延、穩定性等）的話，無線通信完全被有線通信吊打。

有趣的是，現在的有線通信雖然厲害，但本質上卻是無線通信的“血統”。

早期的有線通信，一直都是採用有線金屬電纜加電信號脈衝的方式，進行通信。上世紀60-70年代，光纖橫空出世，打破了這一局面。

光纖通信，採用的是光波，而光波是無線電磁波，不是嗎？

只不過，傳統無線通信是在空氣中傳播，傳播路徑太過複雜，干擾太多，不確定性太大。所以，光纖通信是將光波約束在純淨的玻璃纖芯中傳輸，與外界隔絕，大大提升了穩定性。

無線通信VS 光纖通信

這就好像是一條封閉的專用車道，一條高鐵，盡可以拼命提速，提升效率。

光纖實在是人類歷史上最偉大的發明之一。它用最低的成本，實現了最大的收益。

光纖

試想一下，如果我們沒有光纖，只有金屬電纜，那麼，實現現在的密集通信骨幹網絡，我們需要用掉多少貴重金屬？這些成本轉嫁到用戶身上，我們的通信費用又會有多麼昂貴？

目前，光纖取代金屬電纜是大勢所趨。通信運營商的骨幹網絡和接入網，早已實現“光進銅退”。

光纖通信目前主要的缺陷，在於自身物理上還是較為脆弱，加上光纖熔接具有一定的技術門檻，光接口、光模塊的成本還是略高，所以無法徹底取代網線。

但是，在可預見的未來，光纖將連入每個電腦、每個電視，以及所有需要有線連接的終端。

有線通信全部採用光纖，無線通信全部採用高能效的無線空口技術（例如4G/5G/Wi-Fi 6），是人類通信發展的目標。它們將共同支撐人類龐大的連接規模和帶寬需求。

好了，以上就是今天文章的全部內容。感謝大家的耐心觀看！