Скорость электричества и передачи данных

2891
Delison

Я читал в некоторых местах, что электричество очень медленное. Тогда как интернет-трафик в медных проводах может быть таким быстрым? Я думаю, что у меня большой пробел в знаниях о структуре передачи данных низкого уровня. В любом случае, я искал это и не мог найти, так?

12
Это ни в коем случае не ответ, и я не профессор физики, но есть интересная дискуссия о скорости электричества [здесь] (http://www.physicsforums.com/showpost.php?s=4ba4c1ffc86a3771fe87e9296976c64f&p=65980&postcount = 3) это может быть полезно для вас. И в качестве примечания, обратите внимание на некоторые сетевые адаптеры «powerline» - они позволяют вам совместно использовать гигабитную сеть Ethernet в сети электропитания в вашем доме / офисе и т. Д. На полной гигабитной скорости. Я не могу придумать хороший способ сравнить скорости этих двух, но, возможно, здесь есть кто-то, кто может объяснить связанные концепции. Josh 12 лет назад 1
У меня есть эта концепция, но проблема, которую я не могу себе представить, заключается в следующем: когда вы передаете данные, не хотите ли вы передавать конкретные 1 и 0? или это еще более низкий уровень? Причина, если нет, то как вы можете указать, что вы передаете? Delison 12 лет назад 0
Электроны [дрейфуют] (http://en.wikipedia.org/wiki/Drift_velocity) по проводам очень медленно, но сигнал (или энергия) будет [распространяться] (http://en.wikipedia.org/wiki/Velocity_of_propagation) близко к скорости света. sblair 12 лет назад 5
@Delison - нет такой вещи, как передача 1 и 0; это вопрос ** интерпретации ** того, что передается. Если вы меняете ток на проводе, и мы заранее договорились, что все, что выше X вольт, будет считаться 1, а что-либо ниже Y вольт 0, это наш ** взаимный стандарт интерпретации ** (он же «протокол»). ) для аналоговой, реальной вещи, которая создает двоичную информацию. Мы могли бы также бросить палки через стену и измерить их; что-нибудь более 10 см будет 1; меньше - 0. ** Двоичные данные интерпретируются, а не отправляются или сохраняются. ** Nathan Long 12 лет назад 5
Смотрите также: http://programmers.stackexchange.com/a/132705/7217 Nathan Long 12 лет назад 0
@NathanLong +1 за различие между данными и стандартом передачи. Например, азбука Морзе не является цифровым включением / выключением, а представляет собой различие между включением и включением x 3 с группировками одного и того же, разделенными более длинными символами, дающими переданный символ. Мы можем использовать амплитуду, частоту, фазу, ширину импульса и т. Д. В качестве основы модуляции и с действительно точными часами на обоих концах, даже мультиплекс с временным разделением для передачи нескольких каналов данных. Это стандартный набор, который определяет, выйдет ли что-нибудь понятное. Fiasco Labs 12 лет назад 0
-1 "электричество очень медленное" какие-нибудь ссылки? Kris 12 лет назад 0
@NathanLong точно, и даже не в том, что напряжение постоянно выше или ниже определенного напряжения. Для беспроводной связи или [PLC] (http://en.wikipedia.org/wiki/Power_line_communication) есть несущая волна, и напряжения должны быть относительно этого. Code Bling 12 лет назад 0

4 ответа на вопрос

30
RedGrittyBrick

Электричество в проводах - это, по сути, движение носителей заряда, таких как электроны. Они двигаются очень медленно.

Однако изменение напряжения на одном конце провода вызывает соответствующее изменение на другом конце провода практически мгновенно.

Подумайте об очень длинной шланговой трубе: если при включении крана труба пуста, труба может заполниться водой в течение нескольких секунд, прежде чем она начнет выходить на другом конце. Если труба уже заполнена водой, поворот крана мгновенно вытеснит воду из дальнего конца.

Напряжение примерно аналогично напряжению. Изменение давления воды может передаваться по трубе, наполненной водой, быстрее, чем вода движется.

Все знают, что Интернет - это серия "Труб", а не проводов, смеется .... http: //en.wikipedia.org/wiki/Series_of_tubes Moab 12 лет назад 4
Хех, ** трубы ** ... Неудивительно, что у нас есть ** утечки информации **, и, как скажет любой сантехник, самая важная концепция - это "Stuff Runs Downhill". Fiasco Labs 12 лет назад 0
+1. Кроме того, звуковые волны похожи: звуковая волна движется по воздуху со скоростью около 343 метров в секунду. Если бы сам воздух двигался так быстро, он бы сдул тебя; вместо этого молекулы воздуха сталкиваются друг с другом, передавая энергию от одного к другому с такой скоростью, в то время как каждая отдельная молекула в основном остается на месте. Nathan Long 12 лет назад 2
23
BlueRaja - Danny Pflughoeft

Я на самом деле написал пост в блоге по этому вопросу несколько лет назад.

По сути, хотя отдельные электроны движутся со скоростью всего несколько миллиметров в секунду, «сигнал» их столкновения друг с другом движется гораздо быстрее, чем это (большая доля скорости света) .

electrons bumping into each other through a tube

Обратите внимание, как шарики входят в трубу очень медленно, но «сигнал» о том, что шарик вошел (сила, распространяющаяся по трубе), движется намного быстрее, чем это. Электроны, движущиеся по проволоке, работают очень похоже.

6
Fiasco Labs

Само электричество движется по проводам со скоростью света х коэффициентом скорости . Таким образом, дешевый кусок коаксиального кабеля RG-58 с коэффициентом скорости 75% может передавать радиоволны со скоростью света 75%.

Путаница возникает из-за того, что для передачи информации мы используем не только постоянный ток, а переменный ток или переменный ток, воздействующий на постоянное напряжение (модуляцию). Каждая используемая среда передачи имеет максимальную частоту, на которой она будет работать. Телеграфирование с использованием коммутируемого постоянного тока 5-50 Вт / мин (провод, подвешенный на полюсах с заземлением). Стандартная линия POTS может проходить 4 кГц (2-парный кабель в сельской местности с экраном), линия DSL, близкая к DSLAM, может проходить 2 МГц (витая пара от DSLAM на дом), кабель CAT5 Ethernet для витой пары 100 МГц и так далее. Как правило, чем выше частота, которую может поддерживать среда передачи, тем выше объем данных, которые могут быть переданы через нее.

Электричество проходит по кабелю с той же скоростью, но все более высокая скорость переключения несет все больше и больше информации.

Поверх этой концепции использования электричества для передачи информации используется тип используемой модуляции.

Близко, простой прямоугольный сериал может работать просто отлично. Это входит во многие ароматы. TTL использует сдвиг 0-5 В, RS-232 использует перепад напряжения между положительным и отрицательным 3-15 Вольт. и т. д.

Для телефонных линий POTS передача прямоугольной волны не будет работать, характеристики линии превращают ее в синусоидальную, поэтому используются различные схемы модуляции, такие как сдвиг амплитуды, сдвиг частоты, сдвиг фазы или их сочетание в QAM, которое может использоваться для увеличения скорости передачи данных со 150 бит / с до 56 кбит / с.

DSL работает на гораздо более высокой частоте, чем POTS, и использует технику модуляции, называемую дискретным мульти-тоном, работает на нескольких несущих частотах (например, радиодиапазон AM и прием всех станций одновременно, каждая из которых передает сигнал данных и объединяет их на другом конец) с использованием фазовой и амплитудной модуляции, достигая скорости передачи данных 1-7 Мбит / с.

Это охватывает локальную петлю, когда мы попадаем в магистраль Интернета, мы начинаем использовать такие вещи, как цифровые сигналы (DS) и оптические носители (OC), для перемещения трафика с использованием методов PCM (импульсная кодовая модуляция) по нескольким каналам. Это настоящая цифровая часть сети. Еще раз трафик движется со скоростью, близкой к скорости света, но данные зависят от частоты и используемого метода модуляции.

Приложение: Электроны перемещаются от одного атома к другому на минутное расстояние. Поток тока, который мы воспринимаем как электричество, представляет собой почти мгновенный каскад электронов, движущихся от одного атома к другому по всей длине проводника.

-1 Не уверен, почему так много откликов, так как `1.` Это будет звучать как бред для всех, кто только начинает свои электрические исследования, а` 2.` не имеет ничего общего с вопросом * (почему сигнал движется так быстро, если носители заряда движутся так медленно) *, за исключением добавления BlueRaja - Danny Pflughoeft 12 лет назад 1
Приложение по теме, но неправильно. В меди (и других металлах) валентные электроны (несущие ток) не связаны с атомами и не переходят из атома в атом. Вместо этого они свободно движутся по всей кристаллической структуре. Именно эта свобода - именно поэтому металлы проводят электричество так хорошо. Материалы, которые ведут себя так, как описано (где электроны должны прыгать от атома к атому), называются изоляторами. MSalters 12 лет назад 2
6
garyjohn

Скорость, с которой электроны движутся в проводнике, относительно мала, но информация передается по парам проводников или в воздухе с помощью электрических волн, и эти волны распространяются очень быстро: со скоростью света в вакууме или примерно при 2/3 этого в коаксиальном кабеле.

Если вы возьмете веревку, прикрепите один конец к чему-либо или попросите друга удерживать ее, а затем быстро перевернете конец веревки вверх и вниз, вы вызовете волну в веревке, которая быстро перемещается от вашего конца к другому концу. Частицы веревки, тем не менее, движутся не очень быстро.

Другой пример - океанская волна. Цунами движется со скоростью сотни миль в час, но вода, несущая волну, движется не так быстро.

При воздействии океанской волны частицы воды движутся по кругу, около поверхности, по большим кругам, уменьшаясь в диаметре, пока не достигнете максимальной глубины волны (цунами = глубина толщи воды, возбуждаемой сейсмическим / геологическим импульсом). В электричестве электроны перемещаются только от одного атома к другому в проводнике, действительно очень малое движение, но каскад движения электронов распространяется по всему проводнику со скоростью, близкой к скорости света. В воздухе / вакууме радиоволны распространяются как парное переменное электрическое и магнитное поле с разнесением в 90 градусов. Fiasco Labs 12 лет назад 0