Tốc độ điện và truyền dữ liệu

Tôi đã đọc ở một số nơi rằng điện là rất chậm Vậy thì làm thế nào để lưu lượng truy cập Internet trong dây đồng nhanh như vậy? Tôi nghĩ rằng tôi có một khoảng cách lớn về kiến ​​thức về cấu trúc truyền dữ liệu cấp thấp. Dù sao, tôi đã tìm kiếm nó và không thể tìm thấy, vì vậy?

Điện trong dây dẫn thực chất là sự chuyển động của các hạt mang điện như electron. Những di chuyển rất chậm.

Tuy nhiên, sự thay đổi điện áp ở một đầu của dây gây ra thay đổi tương ứng ở đầu kia của dây gần như ngay lập tức.

Hãy nghĩ về một ống vòi rất dài, nếu đường ống trống khi bạn bật vòi, có thể mất vài giây để đường ống đầy nước trước khi nó bắt đầu chảy ra ở đầu kia. Nếu đường ống đã đầy nước, vặn vòi vào sẽ ngay lập tức đẩy nước ra khỏi đầu xa.

Điện áp gần tương tự với áp suất. Một sự thay đổi áp lực nước có thể được truyền qua một đường ống đầy nước nhanh hơn nước di chuyển.

Tôi thực sự đã viết một bài viết trên blog về câu hỏi chính xác này một vài năm trước.

Về cơ bản, mặc dù các electron riêng lẻ di chuyển với tốc độ chỉ vài milimet giây, "tín hiệu" của chúng va vào nhau di chuyển nhanh hơn nhiều (một phần lớn tốc độ ánh sáng) .

Lưu ý cách các quả bóng đi vào ống rất chậm, nhưng "tín hiệu" rằng một quả bóng đã đi vào (lực truyền xuống ống) di chuyển nhanh hơn thế nhiều. Các electron chuyển động trong một dây hoạt động theo cách rất giống nhau.

Tốc độ mà các electron di chuyển trong một dây dẫn tương đối chậm, nhưng thông tin được truyền trên các cặp dây dẫn hoặc trong không khí bằng sóng điện và các sóng này truyền rất nhanh: ở tốc độ ánh sáng trong chân không hoặc ở khoảng 2/3 số đó trong một cáp dỗ.

Nếu bạn lấy một sợi dây, gắn một đầu vào thứ gì đó hoặc nhờ một người bạn giữ nó, sau đó nhanh chóng lật đầu dây lên xuống, bạn sẽ tạo ra một sóng trong sợi dây di chuyển nhanh từ đầu này sang đầu kia. Tuy nhiên, các hạt của dây không di chuyển rất nhanh.

Một ví dụ khác là sóng biển. Một cơn sóng thần đi tại hàng trăm dặm một giờ, nhưng nước mang sóng không di chuyển mà nhanh.

Điện tự đi qua dây dẫn tại tốc độ ánh sáng x hệ số vận tốc . Vì vậy, một đoạn cáp đồng trục RG-58 giá rẻ với hệ số vận tốc 75% có thể truyền sóng vô tuyến ở 75% tốc độ ánh sáng.

Sự nhầm lẫn xuất hiện bởi vì chúng ta không chỉ sử dụng dòng điện một chiều để truyền thông tin mà thay vào đó là dòng điện xoay chiều hoặc dòng điện xoay chiều gây ấn tượng với điện áp DC (điều chế) để thực hiện điều này. Mỗi phương tiện truyền dẫn được sử dụng có tần số tối đa mà nó sẽ hoạt động. Điện báo sử dụng chuyển mạch DC 5-50wpm (một dây treo trên các cực có trở lại trái đất), Đường dây POTS tiêu chuẩn có thể vượt qua 4kHz (cáp 2 cặp song song nông thôn có lá chắn), đường DSL gần DSLAM có thể vượt qua 2 MHz (cặp xoắn từ DSLAM đến nhà), cáp xoắn đôi CAT5 Ethernet 100 MHz, v.v. Thông thường, tần số mà phương tiện truyền tải có thể hỗ trợ càng cao thì datarate có thể truyền qua nó càng cao.

Điện đi qua cáp với cùng tốc độ, nhưng tốc độ chuyển mạch ngày càng cao mang theo nhiều thông tin hơn.

Trên hết khái niệm sử dụng điện để truyền thông tin là loại điều chế được sử dụng.

Đóng trong, nối tiếp sóng vuông đơn giản có thể hoạt động tốt. Nó có nhiều hương vị. TTL sử dụng sự thay đổi 0-5 volt, RS-232 sử dụng sự thay đổi điện áp giữa 3-15 Vôn dương và âm. Vân vân.

Đối với các đường dây điện thoại POTS, việc truyền sóng vuông sẽ không hoạt động, các đặc điểm của đường dây biến nó thành sóng hình sin, do đó các sơ đồ điều chế khác nhau được sử dụng như dịch chuyển biên độ, dịch chuyển tần số, dịch pha hoặc kết hợp cả hai được sử dụng trong QAM được sử dụng để tăng datarate từ 150bps lên 56kbps.

DSL hoạt động ở tần số cao hơn nhiều so với POTS và sử dụng kỹ thuật điều chế có tên là Đa âm rời rạc, hoạt động trên nhiều tần số sóng mang (nghĩ băng tần AM và nhận tất cả các trạm cùng một lúc, mỗi trạm mang tín hiệu dữ liệu và kết hợp chúng với nhau kết thúc) bằng cách sử dụng điều chế dịch pha và biên độ, đạt mức dữ liệu 1-7Mbps.

Điều này bao gồm vòng lặp cục bộ, khi chúng tôi truy cập vào mạng trục internet, chúng tôi bắt đầu sử dụng các công cụ như phương tiện Tín hiệu số (DS) và phương tiện mang sóng quang (OC) để di chuyển lưu lượng sử dụng các kỹ thuật PCM (Điều chế mã xung) trên nhiều kênh. Đây là phần kỹ thuật số thực sự của mạng. Một lần nữa lưu lượng di chuyển ở tốc độ gần ánh sáng, nhưng datarate phụ thuộc vào tần số và kỹ thuật điều chế được sử dụng.

Phụ lục: Các electron di chuyển từ nguyên tử này sang khoảng cách khác một phút. Dòng điện mà chúng ta cảm nhận như điện là một dòng điện tử gần như tức thời di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác theo chiều dài của một dây dẫn.