Скорость электричества и передачи данных


12

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?


1
Это вовсе не ответ, и я не профессор физики, но есть интересная дискуссия о скорости электричества здесь , которые могут быть полезны 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.
Джош

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, чем это? Причина, если нет, то как вы можете указать, что вы передаете?
Делисон

5
Электроны дрейфуют по проводам очень медленно, но сигнал (или энергия) будет распространяться вблизи скорости света.
sblair

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 под Y вольт 0, это наш общий стандарт интерпретации (он же «протокол») для аналога. , реальная вещь, которая создает двоичную информацию. Мы могли бы также бросить палки через стену и измерить их; что-нибудь более 10 см будет 1; меньше будет 0. Двоичные данные интерпретируются, а не отправляются или хранятся.
Натан Лонг

Ответы:


30

Электричество в проводах - это 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 открывании 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 соответствует давлению. Изменение давления воды может передаваться по трубе, наполненной водой, быстрее, чем вода движется.


4
Всем известно, что в интернете есть серия "Труб", а не проводов, смеется .... en.wikipedia.org/wiki/Series_of_tubes
Моав

Хех, трубы ... Неудивительно, что у нас есть информация об утечках, и, как скажет любой сантехник, самая важная концепция - это Stuff Runs Downhill.
Fiasco Labs

2
+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.
Натан Лонг

23

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) .

электроны сталкиваются друг с другом через трубку

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


6

Скорость, с которой электроны движутся в проводнике, относительно медленная, 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 в паре с переменным электрическим и магнитным полем на расстоянии 90 градусов.
Fiasco Labs

6

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 для дома), кабель витой пары Ethernet CAT5 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 через кабель 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 вольт, 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 комбинация, используемая в QAM, которая 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, в диапазоне радиочастот AM и принимает все станции 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
-1 Не уверен, почему это так много голосов, потому что 1.это будет читать как бред для всех, кто только начинает свои электрические исследования, и не 2.имеет ничего общего с вопросом (почему сигнал движется так быстро, если носители заряда движутся так медленно ) , за исключением добавления
BlueRaja - Дэнни Пфлюгофт

2
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 так хорошо проводят электричество. Материалы, которые ведут себя так, как описано (где электроны должны прыгать от атома к атому), называются изоляторами.
MSalters
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.