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上一篇講到數據包經過路由器後，由路由器進行轉發進入互聯網内部，并分析了路由器的工作原理，還沒有看過的同學請查看我的文章：

手機連接WIFI後為什麼可以上網？路由器和交換機的區别是什麼？

那麼當數據包經過路由器轉發，進入互聯網内部後去了哪裡呢？

這個時候就要介紹一下光纖了，什麼是光纖？

光纖就是利用光來傳輸信息的一種技術，光纖的結構如下圖所示，它是由一種雙層結構的纖維狀透明材質（玻璃和塑料）構成的，通過在裡面的纖芯中傳導光信号來傳輸數字信息。

信号是由多個頻段的信号組成的，比較複雜，但光信号卻非常簡單，亮表示 1，暗表示 0。

但是數字信号并不能直接轉換成光信号，需要先把數字信号轉換成電信号，然後再把電信号轉換成光信号。而電信号非常簡單，用高電壓表示1，用低電壓表示0。

将這樣的電信号輸入LED、激光二極管等光源後，這些光源就會根據信号電壓的變化發光， 高電壓發光亮，低電壓發光暗。

這樣的光信号在光纖中傳導之後，就可以通過光纖到達接收端。接收端有可以感應光線的光敏元件，光敏元件可以根據光的亮度産生不同的電壓。

當光信号照射到上面時，光亮的時候就産生高電壓，光暗的時候就産生低電壓，這樣就将光信号轉換成了電信号。 最後再将電信号轉換成數字信息，我們就接收到數據了。

這就是光纖的通信原理。

其中光纖還分為，單模光纖和多模光纖，他們有什麼區别呢？

單模光纖的纖芯更細，多模光纖的纖芯比較粗，單模光纖更貴傳輸距離更遠，多模光纖比單模光纖便宜但是傳輸距離沒有單模光纖遠。

很多人可能會問，不是應該越粗的越貴嗎？其實不是的，越細的光纖制作的工藝要求就越高，你想想做越小的東西是不是越難，越難的東西當然也越貴了。

纖芯的直徑對光的傳導影響很大，光纖通信的關鍵技術就是能夠傳導光信号的光纖。

光在透明材質中傳導似乎聽起來很簡單，但實際上光的傳導方式是非常複雜的，不同材質的 光纖其透光率和折射率也不同，纖芯的直徑等因素也會影響光的傳導。

我們在初中都學過光的折射和反射，光纖其實就是一根圓柱形的玻璃，光可以穿過它産生折射和反射，折射部分會損耗掉，而全反射部分的光線就可以傳輸到光纖的另一端。

因為光源在所有方向上都會發光，因此會有各種角度的光線進入纖芯，但入射角度太大的光線會在纖芯和包層（纖芯外沿部分）的邊界上折射出去，隻有入射角較小的光線會被包層全反射，從而在纖芯中前進。

但是也不是所有的全反射光線都能在光纖中傳導，因為光也是一種波，是波就會有損耗，當光線在纖芯和包層的邊界上反射時， 會由于反射角産生相位變化。

當朝反射面前進的光線和被反射回來的光線交會時，如果兩條光線的相位不一緻，就會彼此發生幹涉抵消，隻有那些 相位一緻的光線才會繼續在光纖中傳導。

光和水的波紋一樣，波紋中心會産生各種相位的波，相位不同的波會相互幹涉。

如果周圍沒有障礙物，水面上的波紋會一直呈同心圓狀擴散出去，但如果遇到兩側的牆壁，波紋就會被反射回來。

這時，向牆壁前進的波和從牆壁反射回來的波就會相互疊加，其中相位相同的波相互加強，相位不同的波相互抵消。

光纖中的情況也是一樣的，隻不過和水波不同的是，光在被纖芯和包層的邊界反射時，相位會發生變化。

這個變化的量随光在反射面的反射角度不同而不同，大多數角度下，都會因為相位不同而被幹涉抵消。

不過， 有幾個特定的角度下，向反射面前進的光和反射回來的光的相位是一緻的， 隻有以這些角度反射的光才能繼續向前傳導。

進入光纖的光線有各種角度，但其中，隻有少數按照特定角度入射以保持相位一緻的光線才 會繼續傳導。

所以說纖芯的直徑對光的傳導影響很大，因為直徑的大小決定了光線的入射角度。

根據纖芯直徑，光纖可以劃分成幾種類型，大體上包括較細的單模光纖（8～10 μm）和較粗的多模光纖 （50 μm 或 62.5 μm）。

單模光纖的纖芯很細，隻有入射角很小的光線才能進入，因此在能夠保持相位一緻的角度中，隻有角度最小的光線能進入光纖。

反過來可以說，單模光纖的纖芯直徑就是按照隻允許相位一緻的最小角度的光進入而設計的，也就是說隻有一條光線在單模光纖上傳導。

多模光纖的纖芯比較粗，入射角比較大的光也可以進入，這樣一來，在相位一緻的角度中，不僅角度最小的可以在光纖中傳導， 其他角度更大一些的也可以，也就是說，可以有多條光線在纖芯中同時傳導。

換句話說，單模和多模實際上表示相位一緻的角度有一個還是多個，這決定了它們的特性也有所不同。

多模光纖中可以傳導多條光線，這意味着能通過的光線較多，對光源和光敏元件的性能要求也就較低，從而可以降低光源和光敏元件的價格。

相對地，單模光纖的纖芯中隻能傳導一條光線，能通過的光線較少，相應地對于光源和光敏元件的性能要求就較高，價格也較高，但信号的失真會比較小。

多模光纖中，多條反射角不同的光線同時傳導，其中反射角越大的光線反射次數越多，走過的距離也就越長；相對地，反射角越小的光線走過的距離越短。

光通過的距離會影響其到達接收端的時間，也就是說，通過的距離越長，到達接收端的 時間越長。結果，多條光線到達的時間不同，信号的寬度就會被拉伸，這就造成了失真。

因此，光纖越長，失真越大，當超過允許範圍時，通信就會出錯。

相對地，單模光纖則不會出現這樣的問題,因為在纖芯傳導的光線隻有一條，不會因為行進距離的差異産生時間差，所以即便光纖很長，也不會産生嚴重的失真。

因此單模光纖失真小損耗小，可以比多模光纖傳輸得更遠，所以多模光纖主要用于一座建築物裡面的連接，單模光 則用于距離較遠的建築物之間的連接。

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