Физическая рабочая парадигма прохождения сигнала по проводам

2732
smwikipedia

Возможный дубликат:
Как физически работает сетевая карта?

Привет,

Это может быть больше вопросом физики, так что извините, если есть какие-либо неудобства.

Когда я изучаю компьютерные сети, я часто читаю что-то вроде этого

чтобы представить сигнал, мы помещаем некоторое напряжение на один конец провода, а другой конец будет определять напряжение и, следовательно, сигнал.

Поэтому мне интересно, как именно сигнал проходит через провод ?

Вот мое текущее понимание, основанное на моих официальных знаниях об электронике:

Сначала нам нужно замкнуть цепь, чтобы ограничить / удержать электронное поле. Когда мы поместим напряжение где-то в цепи, электронное поле начнет накапливаться в среде цепи, этот процесс должен быть таким же быстрым, как скорость света. И поскольку электронное поле создается, электроны в среде схемы перемещаются, и, таким образом, возникает электронный ток, и как только электронный ток становится достаточно сильным, чтобы его можно было обнаружить где-то еще в В на всей цепи, тогда В знает, что произошло в A, и, таким образом, связь между A и B достигнута.

Вышесказанное говорит только о процессе передачи одного напряжения через провод. Если есть поток битов, и нам нужно отправить серию напряжений, я не уверен, что из следующего верно:

  • 2-е напряжение должно отправляться только от A после того, как 1-е напряжение было обнаружено в B, временной интервал - это время, необходимое для стимуляции электронного поля в среде и формирования обнаруживаемого электронного тока в B.

  • Несколько разных напряжений могут быть посланы по проводу один за другим, разные электронные значения тока будут существовать по проводу одновременно и достигать B последовательно .

Надеюсь, я дал понять, и кто-то еще задумывался над этим вопросом.

(Я отмечаю этот вопрос по сети, потому что я не знаю, есть ли лучший вариант.)

Спасибо,

Сэм

2
Разве это не просто доработка вашего предыдущего вопроса "Как физически работает сетевая карта?" http://superuser.com/questions/238617/how-does-network-interface-card-work-physically Linker3000 13 лет назад 0
@ Linker3000 этот фокус отличается от предыдущего barlop 13 лет назад 1
Согласовано - другая направленность (отсюда «переделка»), но все же спрашиваю, как работает физический уровень. Linker3000 13 лет назад 0
Просто к сведению, скорость сигнала через кабель не на скорости света (с) - обычно она составляет от 0,6 с до 0,7 с Linker3000 13 лет назад 1
Скорость электромагнитной волны в свободном пространстве равна c, независимо от того, находится ли волна на световых или радиочастотах. Если бы вы могли построить линию передачи, достаточно маленькую, чтобы переносить волны на световых частотах, эти волны тоже могли бы перемещаться со скоростью около 0,6 с. Скорость света в оптическом волокне также составляет около 0,6 с. garyjohn 13 лет назад 0

3 ответа на вопрос

2
garyjohn

I'll take a stab at it. First off, the concepts of open and closed circuits work well only at DC and at frequencies where the wavelength of the signal is significantly longer than the size of the circuit. At higher frequencies, the behavior of the voltages and currents becomes more complicated.

As for sending a bitstream through a pair of wires, both of your alternatives are true. The IEEE 488 bus (a.k.a. GP-IB or previously, HP-IB) uses your first method. The data transfer process uses 8 data lines and 3 handshake lines. The sender puts voltages on the 8 data lines, waits long enough for the voltages to reach the receiver, then puts a voltage on one of the handshake lines telling the receiver that the data is there. When the receiver sees the voltage on that handshake line, it measures the voltages on the data lines and determines the 8 binary values that those voltages represent. The receiver then puts a voltage on another handshake line to tell the sender that it has received the data and that the sender can send the next 8 bits. (The handshaking is a little more complicated than that, but that's close enough for this discussion.)

All that waiting takes time and limits the data rate on the bus. Also, the maximum data rate becomes lower as the distance between sender and receiver increases because it takes longer for the voltage changes to travel between sender and receiver.

Long-distance communications links and modern computer networks work more like your second method. The sender sends many bits together as a sequence of voltages on a pair of wires. The rate at which the sender can change the voltage on the wires is limited by the bandwidths of the wire pair, the sender's transmitting circuits and the receiver's receiving circuits. When the bandwidths of the components are such that the voltage can be changed rapidly, and the distance between sender and receiver is large, the sender can send many bits in sequence before the receiver has seen the first bit.

There are many ways to send binary values on a pair of wires besides just having one voltage represent a "1" and another voltage represent a "0". For example, you could use 4 different voltages, representing the binary values "00", "01", "10" and "11". On a pair of wires that allow the voltage to be changed only a certain number of times a second, using 4 voltages instead of just 2 allows you to send twice as many bit values in a given interval of time.

Мне очень трудно поверить, что понимание, которое он показал в своем вопросе, было правильным. Тем не менее, вы ничего не ответили, что он сказал. Он сказал, что "вдоль провода будут существовать разные электронные значения тока", вы уверены в этом? Он говорил об электронном поле, создаваемом со скоростью света. Вы уверены, что? Если вы знаете лучше, то вместо того, чтобы писать общее эссе, оставляя свои ошибки без ответа и не имея дело непосредственно с какими-либо недоразумениями, которые у него есть, почему бы не исправить его понимание. Мне трудно поверить, что его понимание верно. barlop 13 лет назад 0
@ barlop: он искал понимания. Я подумал, что смогу помочь ему понять кое-что из того, о чем он спрашивал, и решил более простые вопросы. Электромагнитные поля и распространение волн на линиях передачи являются сложными вопросами, которые я не знаю, как адекватно объяснить в нескольких абзацах и без рисования рисунков. Да, напряжение и ток могут изменяться вдоль линии передачи. Свет - это электромагнитная волна, которая движется со скоростью, зависящей от среды, так же, как волны на линии электропередачи, поэтому разумно говорить, что поля движутся со скоростью света. garyjohn 13 лет назад 0
2
RedGrittyBrick

У вас есть два вопроса

Проходит ли последовательность электрических сигналов вдоль провода, как несколько небольших железнодорожных вагонов, одновременно движущихся вдоль железнодорожного пути? Или это как двое мужчин, толкающих концы деревянного столба?

Проведите простой мысленный эксперимент - давайте изобретем гигабитный Ethernet.

Наш кабель Ethernet будет иметь длину 300 метров. Это будет идеальный проводник, и мы будем игнорировать любые законы физики, которые препятствуют распространению сигнала со скоростью света. Поэтому, когда я подключаю один конец провода к моей батарее PP3, сигнал будет передаваться на другой конец на расстоянии 300 м в микросекунде (300 / (3 * 10 ^ 8)). Гигабит означает 10 ^ 9 бит в секунду, поэтому за микросекунду мне нужно отправить 1000 бит, поэтому все эти 1000 изменений напряжения должны присутствовать где-то в 300-метровом проводе, как только первый бит достигнет другого конца.

Как электрический сигнал проходит через провод

Электрическое поле прикладывается на концах провода. Это привлекает или отталкивает близлежащие носители заряда и заставляет их медленно перемещаться на крошечное расстояние. Для металлических проводников носителями заряда являются электроны, для других проводников это могут быть положительно заряженные ионы или смесь положительно и отрицательно заряженных ионов, движущихся в противоположных направлениях одновременно. Носители заряда немного дальше по проводу подвержены крошечным движениям своих соседей. Хотя физическое движение носителей заряда очень медленное, воздействие на их соседей происходит очень быстро (вспомним колыбель Ньютона). Таким образом, крошечное нарушение в положении носителей заряда распространяется вдоль провода, пока не достигнет другого конца.

Эту часть вопроса лучше задать на https://physics.stackexchange.com/

Довольно логично Но это больше похоже на доказательство от противного. smwikipedia 13 лет назад 0
Я расширил ответ RedGrittyBrick 13 лет назад 0
Спасибо RedGrittyBrick. Я действительно оценил это. И спасибо, что показали мне сайт по физике. smwikipedia 13 лет назад 0
0
Mike

There are various ways of sending an information signal along a wire medium. Three ways are a) varying the voltage, b) varying the current, and c) varying the phase.

AFAIK, то, что мы могли бы измерить / обнаружить в конечном счете, это ток, такие вещи, как напряжение или просто вычитание тока. Я прав? smwikipedia 13 лет назад 0
Напряжение - это разность потенциалов на двух линиях, то есть между сигнальной линией и землей. Ток, если я правильно помню, - это поток электронов с течением времени или, лучше сказать, кулонов в секунду. Тем не менее, я думаю, что то, что вы измеряете, в конечном итоге будет зависеть от вашего прибора или устройства обнаружения. Если вы хотите углубиться в теорию электроники, я бы предложил начать исследовать закон Кулона, закон Ома и закон Кирхгофа. Вы можете просмотреть в OpenCourseWare (OCW) MIT лекции, учебные материалы и т. Д. По электричеству. Это может быть полезно [ссылка] (http://bit.ly/aVCNle) Mike 13 лет назад 0
Следует отметить, что напряжение и ток не могут изменяться независимо. Их значения связаны с полным сопротивлением, через которое они индуцируются или измеряются. garyjohn 13 лет назад 0
@garyjohn - я думаю, что в контексте вопроса мы смотрим на изменения сигнала, будь то напряжение, ток или фаза, так что да, в этом аспекте аппаратное обеспечение будет управлять одним независимо от другого. Например, самый простой пример - переключение между 0 В и 5 В, чтобы представить 0 и 1 с. Нас не интересует ток, отличный от того, который достаточен, чтобы преодолеть сопротивление / полное сопротивление на линии и перейти на другую сторону, где приемник обнаруживает изменение уровня напряжения (теоретическая модель). Mike 13 лет назад 0
@garyjohn - В прошлом я использовал источники постоянного напряжения и изменял выходной ток, чтобы достичь порога генерации лазерных диодов. Таким образом, в этом примере ток варьировался независимо от напряжения. То же самое можно сказать и об источниках постоянного тока, где вместо тока изменяется напряжение. Я неправильно понял ваше заявление? Mike 13 лет назад 0
@Mike: я не знаю, что вы на самом деле делали с этими диодами, но вы не можете использовать один источник питания для установки напряжения на устройстве независимо от тока, проходящего через него. Например, вы можете управлять базовым током транзистора, чтобы установить определенный ток коллектора на определенное напряжение коллектора, но при любом заданном базовом токе напряжение коллектора и ток связаны определенной кривой, то есть конкретным током коллектора приведет к определенному напряжению на коллекторе, определяемом транзистором, а не источником питания коллектора. garyjohn 13 лет назад 0