Velocidade da eletricidade e transferência de dados

Question

Eu li em alguns lugares que a eletricidade é muito lenta. Então, como pode o tráfego de Internet nos fios de cobre ser tão rápido? Eu acho que tenho uma grande lacuna de conhecimento sobre a estrutura de transferência de dados de baixo nível. De qualquer forma, procurei por ele e não consegui encontrar, então?

    

Answer 1

A eletricidade nos fios é essencialmente o movimento dos transportadores de carga, como os elétrons. Estes se movem muito devagar.

No entanto, uma mudança na voltagem em uma extremidade de um fio causa uma mudança correspondente na outra extremidade do fio quase instantaneamente.

Pense em um tubo de mangueira muito comprido, se o tubo estiver vazio quando você ligar a torneira, pode levar alguns segundos para o tubo se encher de água antes de começar a sair pela outra extremidade. Se o cano já estiver cheio de água, girar a torneira instantaneamente forçará a saída de água para longe.

A voltagem é mais ou menos análoga à pressão. Uma mudança na pressão da água pode ser transmitida através de um cano cheio de água mais rápido do que a água se move.

    

Answer 2

Na verdade, escrevi uma postagem de blog em essa pergunta exata há alguns anos.

Basicamente, embora os elétrons individuais movam-se a poucos milímetros por segundo, o "sinal" de se chocar uns com os outros se move muito mais rápido do que (uma grande fração da velocidade da luz) .

Notecomoasbolasentramnotubomuitolentamente,maso"sinal" em que uma bola entrou (a força que se propaga pelo tubo) se move muito mais rápido do que isso. Os elétrons movendo-se em um fio funcionam de maneira muito semelhante.

    

Answer 3

A velocidade com que os elétrons se movem em um condutor é relativamente lenta, mas a informação é transportada em pares de condutores ou no ar por meio de ondas de eletricidade, e essas ondas viajam muito rápido: na velocidade da luz no vácuo ou em cerca de 2/3 disso em um cabo coaxial.

Se você pegar uma corda, prender uma extremidade a algo ou fazer com que um amigo a segure, então vire rapidamente a ponta da corda para cima e para baixo, você induzirá uma onda na corda que se move rapidamente do seu final para o outro fim. As partículas de corda não se movem muito rápido, no entanto.

Outro exemplo é uma onda do oceano. Um tsunami viaja a centenas de quilômetros por hora, mas a água que leva a onda não se move tão rápido.

    

Answer 4

A própria eletricidade viaja através de fios na velocidade da luz x fator de velocidade . Portanto, um cabo coaxial RG-58 barato com um fator de velocidade de 75% pode transmitir ondas de rádio a 75% da velocidade da luz.

A confusão ocorre porque não usamos apenas corrente CC para transmitir informações, mas sim uma corrente alternada ou uma corrente alternada impressa em uma tensão CC (modulação) para fazer isso. Cada meio de transmissão usado tem uma freqüência máxima na qual ele irá operar. Telegraph usando DC 5-50wpm comutada (um fio suspenso em pólos com retorno de terra), Uma linha POTS padrão pode passar 4kHz (cabo paralelo rural de 2 pares com blindagem), uma linha DSL próxima ao DSLAM pode passar 2MHz (par trançado de DSLAM para abrigar), um cabo de par trançado CAT5 Ethernet 100MHz e assim por diante. Normalmente, quanto maior a freqüência que o meio de transmissão pode suportar, maior será o datarate que pode ser passado por ele.

A eletricidade passa pelo cabo na mesma velocidade, mas a taxa de comutação cada vez maior leva mais e mais informações.

No topo desse conceito de usar eletricidade para transmitir informações está o tipo de modulação usada.

Fechar, serial simples onda quadrada pode funcionar muito bem. Vem em muitos sabores. O TTL usa um desvio de 0-5 volts, o RS-232 usa uma oscilação de tensão entre 3-15 Volts positivos e negativos. etc etc.

Para linhas telefônicas POTS, transmitir uma onda quadrada não funcionaria, as características da linha a transformam em uma onda senoidal, então vários esquemas de modulação são usados como deslocamento de amplitude, mudança de freqüência, mudança de fase ou uma combinação destes usados QAM que pode ser usado para aumentar o datarate de 150bps para 56kbps.

DSL opera em uma freqüência muito maior que POTS e usando uma técnica de modulação chamada Discrete Multi-tone, opera sobre múltiplas frequências portadoras (pense na banda de rádio AM e receba todas as estações de uma vez, cada uma carregando um sinal de dados e combinando-as na outra extremidade) usando modulação de deslocamento de fase e amplitude, atingindo um datarate de 1-7Mbps.

Isso abrange o loop local, quando entramos no backbone da Internet, começamos a usar materiais como Digital Signal (DS) e Optical Carrier (OC) para mover o tráfego usando técnicas PCM (Pulse Code Modulation) em vários canais. Estas são a verdadeira parte digital da rede. Mais uma vez o tráfego se move a uma velocidade próxima da luz, mas o datarate depende da técnica de freqüência e modulação usada.

Adendo: Os elétrons se movem de um átomo para outro a uma distância mínima. O fluxo atual que percebemos como eletricidade é uma cascata quase instantânea de elétrons que se deslocam de um átomo para outro sobre o comprimento de um condutor.