Швидкість електрики та передача даних

Я десь читав, що електрика дуже повільна. Тоді як інтернет-трафік мідними проводами може бути таким швидким? Я думаю, що у мене є великий розрив знань щодо структури передачі даних низького рівня. У будь-якому разі я його шукав і не міг знайти, так?

Електрика в дротах - це по суті рух носіїв заряду, таких як електрони. Вони рухаються дуже повільно.

Однак зміна напруги на одному кінці проводу викликає відповідну зміну на іншому кінці проводу майже миттєво.

Подумайте про дуже довгу трубу шланга, якщо труба порожня, коли ви включаєте кран, це може зайняти кілька секунд, щоб труба наповнилася водою, перш ніж вона почне виходити на інший кінець. Якщо труба вже наповнена водою, включення крана миттєво витіснить воду з далекого кінця.

Напруга приблизно аналогічний тиску. Зміна тиску води може передаватися через трубу, наповнену водою, швидше, ніж вода рухається.

Я фактично написав повідомлення в блозі на це саме запитання кілька років тому.

В основному, хоча окремі електрони рухаються лише за кілька міліметрів в секунду, "сигнал" їх натикання один на одного рухається набагато швидше, ніж це (велика частка швидкості світла) .

Зверніть увагу, як кульки вводять трубку дуже повільно, але "сигнал" про те, що куля вступила (сила, що поширюється вниз по трубі), рухається набагато швидше, ніж це. Електрони, що рухаються дротом, працюють дуже схожим чином.

Швидкість, з якою електрони рухаються в провіднику, є відносно повільною, але інформація передається на пари провідників або в повітрі за допомогою хвиль електрики, і ці хвилі рухаються дуже швидко: зі швидкістю світла у вакуумі або приблизно 2/3 цього у коаксіальному кабелі.

Якщо ви візьмете мотузку, прикріпіть один кінець до чогось або попросіть друга затримати його, а потім швидко переверніть кінець мотузки вгору-вниз, ви нагнінете хвилю в мотузці, яка швидко рухається від вашого кінця до іншого кінця. Частинки мотузки не дуже швидко рухаються.

Інший приклад - океанська хвиля. Цунамі подорожує сотнями миль на годину, але вода, що переносить хвилю, рухається не так швидко.

Сама електроенергія рухається по дротах зі швидкістю світла x коефіцієнт швидкості . Так дешевий шматок коаксіального кабелю RG-58 з коефіцієнтом швидкості 75% може передавати радіохвилі зі швидкістю 75% світла.

Плутанина виникає через те, що для передачі інформації ми використовуємо не тільки струм постійного струму, а для цього змінного струму чи змінного струму, враженого напругою постійного струму (модуляцією). Кожен використаний носій передачі має максимальну частоту, на якій він буде працювати. Телеграф з використанням комутованого постійного струму 5-50 пробій (провід, підвішений на полюсах із зворотним заземленням), стандартна лінія POTS може проходити 4 кГц (сільський паралельний 2-х парний кабель із екраном), лінія DSL, близька до DSLAM, може проходити 2 МГц (кручена пара від DSLAM для дому), кабель із крученою парою CAT5 Ethernet 100 МГц тощо. Як правило, чим вище частота, яку може підтримувати носій передачі, тим більша кількість даних, які можуть проходити через неї.

Електроенергія проходить по кабелю з однаковою швидкістю, але дедалі більша швидкість комутації несе все більше інформації.

На додаток до цієї концепції використання електроенергії для передачі інформації є тип використовуваної модуляції.

Простий серійний квадратний хвиль може закритися. Він поставляється в багатьох ароматах. TTL використовує зсув 0-5 вольт, RS-232 використовує перепади напруги між позитивним та негативним 3-15 Вольт. тощо.

Для телефонних ліній POTS передача квадратної хвилі не буде працювати, характеристики лінії перетворюють її на синусоїду, тому застосовуються різні схеми модуляції, такі як зсув амплітуди, зсув частоти, зсув фази або їх комбінація, яка використовується в QAM, яка може використовуватиметься для збільшення данихrate від 150bps до 56kbps.

DSL працює на набагато більшій частоті, ніж POTS, і використовуючи модуляційну техніку, що називається дискретною багатотоновою, працює над декількома несучими частотами (продумайте радіочастотний діапазон АМ та приймаючи всі станції одразу, кожна з яких передає сигнал передачі даних та комбінує їх з іншого кінець) з використанням фазової та амплітудної зсувної модуляції, досягаючи данихrate 1-7 Мбіт / с.

Це охоплює локальний цикл, коли ми потрапляємо в Інтернет-магістраль, ми починаємо використовувати такі матеріали, як цифровий сигнал (DS) та оптичний носій (OC) для переміщення трафіку за допомогою методів PCM (модуляція імпульсного коду) по декількох каналах. Це справжня цифрова частина мережі. Знову трафік рухається з майже світловою швидкістю, але дані є залежними від використовуваної частоти та модуляції.

Додаток: Електрони рухаються від одного атома до іншого за хвилину відстані. Потік струму, який ми сприймаємо як електрику, - це майже миттєвий каскад електронів, що рухаються від одного атома до іншого по довжині провідника.