为什么我们需要使用曼彻斯特编码进行以太网传输？

Question

当您想将数据从一台计算机传输到另一台计算机时，您的数据（以二进制形式）将首先进入 NIC（网络接口卡），在那里数据将被编码（例如带有计时器时钟滴答）并通过网络发送一种电子信号。

曼彻斯特编码的一个例子：

101110011001   // data
101010101010   // timer tick on network
000100110011   // result using XOR

为什么网卡不直接传输二进制数据而是必须先编码？

Answer 1

因为使用曼彻斯特编码有一个很好的优势，即自计时（较低的错误率和更可靠的传输）。

这是因为，而不是查看 +5 伏到 0 伏来编码位，这将取决于传输的方向如何编码位。

通常，您首先需要同步时钟才能进行传输。由于这种编码，曼彻斯特编码不需要这个。

Answer 2

在传输数字信息时使用编码（例如您提到的曼彻斯特编码）至少有三个（可能有更多）原因：

数据和时钟合并为一个信号。如果时钟未随数据一起发送，则接收器将不知道何时对信号进行采样以提取数字值。即使发射器和接收器以某种方式完全同步，也必须考虑传输介质的极小延迟。另一种选择是将数据线与时钟线一起使用，但这会使导线数量增加一倍。与使用更多的电线和更大的连接器相比，将电缆和收发器带宽要求（或功能）加倍（或减半，取决于观点）更便宜、更可靠。
一长串空值（零）将不再看起来像死线或断线。长刺不再看起来像卡住的水平。
编码信号具有更平衡的能量分布，即随时间平均的电压应趋向于零。电路板上的逻辑信号使用 0 伏表示逻辑零，使用正电压（旧 TTL 为 5 伏，现代逻辑为 3.3 伏或更少）为逻辑 1。只有全零的数据逻辑才会有一个零能量分布；任何其他数据模式将始终具有大于零的平均电压电平和特征磁场。但是因为像曼彻斯特这样的编码同时使用正负电压电平，由传输信号产生的磁场要小得多，因为它们往往会相互抵消。这允许电线在电缆中更紧密地捆绑在一起，同时减少彼此之间的干扰。（即使像 RS/EIA-232 这样的慢速传输方案也使用正负电压电平来平衡能量分布。可能小于 0.5 米且在外壳内的板对板连接将仅使用正电压。）