ความเร็วไฟฟ้าและการถ่ายโอนข้อมูล

12

ฉันเคยอ่านในบางที่ไฟฟ้าช้ามาก จากนั้นการรับส่งข้อมูลทางอินเทอร์เน็ตในสายทองแดงจะรวดเร็วได้อย่างไร ฉันคิดว่าฉันมีช่องว่างที่ดีของความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างการถ่ายโอนข้อมูลระดับต่ำ ยังไงฉันก็ค้นหามันและหาไม่เจอเหรอ?

networking low-level infrastructure

— Delison
แหล่งที่มา

1

นี้โดยไม่มีหมายถึงคำตอบและผมไม่ได้เป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ แต่มีการอภิปรายที่น่าสนใจเกี่ยวกับความเร็วของกระแสไฟฟ้าที่นี่ที่อาจเป็นประโยชน์กับคุณ และเป็นที่น่าสนใจให้ตรวจสอบอะแดปเตอร์อีเธอร์เน็ต "powerline" บางตัว - พวกเขาช่วยให้คุณแบ่งปันกิกะบิตอีเธอร์เน็ตข้ามกริดพลังงานในบ้าน / สำนักงาน ฯลฯ ที่ความเร็วกิกะบิตเต็ม ฉันไม่สามารถคิดวิธีที่ดีในการเปรียบเทียบความเร็วของทั้งสองได้ แต่อาจมีบางคนที่สามารถอธิบายแนวคิดที่เกี่ยวข้องได้

— Josh

ฉันมีแนวคิดนั้น แต่ปัญหาที่ฉันนึกไม่ออกก็คือ: เมื่อคุณส่งข้อมูลคุณไม่ต้องการส่ง 1 และ 0 ที่เฉพาะเจาะจงหรือไม่ หรือนี่คือระดับต่ำยิ่งกว่านั้น? สาเหตุถ้าไม่เช่นนั้นคุณจะระบุสิ่งที่คุณส่งได้อย่างไร

— Delison

5

อิเล็กตรอนลอยผ่านสายไฟช้ามาก แต่สัญญาณ (หรือพลังงาน) จะแพร่กระจายใกล้เคียงกับความเร็วของแสง

— sblair

5

@Delison - ไม่มีสิ่งเช่นการส่ง 1s และ 0s; สิ่งเหล่านี้เป็นเรื่องของการตีความบางสิ่งที่ส่งผ่าน หากคุณเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าด้วยลวดและเราได้ตกลงกันล่วงหน้าก่อนว่าอะไรก็ตามที่เกินโวลต์โวลต์จะถือว่าเป็น 1 และอะไรก็ตามภายใต้ Y โวลต์ 0 มันเป็นมาตรฐานการตีความร่วมกันของเรา(aka "โปรโตคอล") สำหรับอะนาล็อก สิ่งในโลกแห่งความจริงซึ่งสร้างข้อมูลไบนารี เราสามารถโยนไม้ไปที่กำแพงแล้ววัดได้เช่นกัน อะไรที่ยาวกว่า 10 ซม. จะเป็น 1; ขนาดเล็กจะเป็น 0 ข้อมูลไบนารีถูกตีความไม่ส่งหรือเก็บไว้

— Nathan Long

ดูเพิ่มเติมที่: programmers.stackexchange.com/a/132705/7217

— Nathan Long

30

กระแสไฟฟ้าในสายไฟนั้นเป็นสิ่งที่เคลื่อนไหวของประจุพาหะเช่นอิเล็กตรอน การเคลื่อนไหวเหล่านี้ช้ามาก

อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ปลายด้านหนึ่งของสายทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันที่ปลายอีกด้านของสายเกือบจะในทันที

ลองนึกถึงท่อท่อที่ยาวมากหากท่อนั้นว่างเปล่าเมื่อคุณเปิดก๊อกน้ำอาจใช้เวลาสักครู่ก่อนที่ท่อจะเติมน้ำก่อนที่จะเริ่มออกมาอีกด้าน หากท่อน้ำเต็มไปด้วยการหมุนก๊อกน้ำในทันทีจะบังคับให้น้ำออกจากปลายสุด

แรงดันนั้นคล้ายคลึงกับความดันประมาณ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันน้ำสามารถส่งผ่านท่อที่เต็มไปด้วยน้ำได้เร็วกว่าการเคลื่อนที่ของน้ำ

— RedGrittyBrick
แหล่งที่มา

4

ทุกคนรู้ว่าอินเทอร์เน็ตเป็นชุดของ "Tubes" ไม่ใช่ wire, lol .... en.wikipedia.org/wiki/Series_of_tubes

— Moab

เฮ้หลอด ... ไม่น่าแปลกใจที่เรามีInfo Leaksและช่างประปาคนใดจะบอกคุณแนวคิดที่สำคัญที่สุดคือ "Stuff Runs Downhill"

— Fiasco Labs

2

+1 นอกจากนี้คลื่นเสียงก็คล้ายกัน: คลื่นเสียงเคลื่อนที่ผ่านอากาศที่ประมาณ 343 เมตรต่อวินาที ถ้าอากาศเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วมันก็จะพัดคุณไป แทนโมเลกุลของอากาศจะปะทะกันซึ่งกันและกันส่งพลังงานจากที่หนึ่งไปยังอีกที่ความเร็วนั้นในขณะที่แต่ละโมเลกุลส่วนใหญ่อยู่

— Nathan Long

23

ที่จริงฉันเขียนโพสต์บล็อกในคำถามที่แน่นอนนี้ไม่กี่ปีหลัง

โดยทั่วไปแม้ว่าอิเล็กตรอนแต่ละย้ายที่เพียงไม่กี่มิลลิเมตรสอง "สัญญาณ" ของการกระแทกของพวกเขาในแต่ละการเคลื่อนไหวอื่น ๆ ได้เร็วขึ้นมากไปกว่านั้น(เป็นส่วนใหญ่ของความเร็วของแสง)

อิเล็กตรอนชนเข้าด้วยกันผ่านท่อ

สังเกตว่าลูกบอลเข้าสู่หลอดได้ช้าแค่ไหน แต่ "สัญญาณ" ที่ลูกบอลเข้ามา (แรงที่ไหลผ่านท่อ) จะเคลื่อนที่เร็วกว่านั้นมาก อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ด้วยลวดจะทำงานในลักษณะเดียวกัน

— BlueRaja - Danny Pflughoeft
แหล่งที่มา

6

ความเร็วที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในตัวนำนั้นค่อนข้างช้า แต่ข้อมูลจะถูกนำไปยังตัวนำคู่หรือในอากาศด้วยคลื่นของกระแสไฟฟ้าและคลื่นเหล่านี้เดินทางอย่างรวดเร็ว: ที่ความเร็วของแสงในสุญญากาศหรือใกล้เคียง 2/3 ของที่อยู่ในสาย coax

หากคุณใช้เชือกแนบปลายด้านหนึ่งกับสิ่งใดสิ่งหนึ่งหรือมีเพื่อนถือไว้จากนั้นพลิกปลายเชือกของคุณขึ้นและลงอย่างรวดเร็วคุณจะชักนำให้เกิดคลื่นในเชือกที่เดินทางอย่างรวดเร็วจากปลายของคุณไปยังปลายอีกด้าน แม้ว่าอนุภาคของเชือกจะไม่เคลื่อนไหวเร็วนัก

อีกตัวอย่างคือคลื่นทะเล สึนามิเดินทางได้หลายร้อยไมล์ต่อชั่วโมง แต่น้ำที่เคลื่อนผ่านคลื่นไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็ว

— garyjohn
แหล่งที่มา

ในการเคลื่อนที่ของคลื่นในมหาสมุทรอนุภาคน้ำจะเดินทางเป็นวงกลมใกล้ผิวน้ำเป็นวงกลมขนาดใหญ่ลงไปในเส้นผ่านศูนย์กลางจนถึงระดับความลึกสูงสุดของคลื่น (สึนามิ = ความลึกของเสาน้ำที่ตื่นเต้นด้วยแรงกระตุ้นจากแผ่นดินไหว / ธรณีวิทยา) ในกระแสไฟฟ้าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมในตัวนำเท่านั้นซึ่งเป็นการเคลื่อนไหวที่เล็กมาก ๆ อย่างแน่นอน แต่การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะไหลผ่านตัวนำทั้งหมดที่ความเร็วแสงใกล้เคียง ในคลื่นวิทยุอากาศ / สูญญากาศจะเคลื่อนที่เป็นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสลับที่การแยก 90 องศา

— Fiasco Labs

6

ไฟฟ้าตัวเองเดินทางผ่านสายที่ความเร็วของแสงปัจจัย x ความเร็ว ดังนั้นชิ้นส่วนราคาถูกของสายโคแอกเซียล RG-58 ที่มีปัจจัยความเร็ว 75% สามารถส่งคลื่นวิทยุที่ความเร็ว 75% ของแสง

ความสับสนเกิดขึ้นเพราะเราไม่ได้ใช้เพียงกระแส DC เพื่อส่งข้อมูล แต่เป็นกระแสสลับหรือกระแสสลับที่สร้างความประทับใจให้กับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (การปรับ) เพื่อทำสิ่งนี้ สื่อที่ใช้ส่งแต่ละประเภทจะมีความถี่สูงสุดที่จะใช้งาน โทรเลขโดยใช้สวิตช์ DC 5-50wpm (สายไฟที่แขวนอยู่บนเสาที่มีการกลับมาของโลก) สาย POTS มาตรฐานอาจผ่าน 4kHz (สายเคเบิลคู่ขนานในชนบท 2 คู่พร้อมเกราะ) สาย DSL ใกล้กับ DSLAM อาจผ่าน 2MHz (คู่บิดจาก DSLAM ถึงบ้าน), สายเคเบิลคู่บิด CAT5 Ethernet 100MHz เป็นต้น โดยทั่วไปแล้วความถี่ที่สื่อส่งสัญญาณสามารถรองรับได้ก็จะยิ่งสูงขึ้น

กระแสไฟฟ้าผ่านสายเคเบิลที่ความเร็วเท่ากัน แต่อัตราการสลับสูงขึ้นเรื่อย ๆ จะให้ข้อมูลมากขึ้นเรื่อย ๆ

ด้านบนของแนวคิดของการใช้ไฟฟ้าในการส่งข้อมูลนี้เป็นประเภทของการปรับใช้

ปิดในอนุกรมคลื่นสี่เหลี่ยมง่ายอาจทำงานได้ดี มันมีหลายรสชาติ TTL ใช้กะ 0-5 โวลต์ RS-232 ใช้แรงดันไฟฟ้าแกว่งระหว่างบวกและลบ 3-15 โวลต์ ฯลฯ

สำหรับสายโทรศัพท์ POTS การส่งคลื่นสี่เหลี่ยมจะไม่ทำงานลักษณะของเส้นจะเปลี่ยนเป็นคลื่นไซน์ดังนั้นรูปแบบการมอดูเลตต่างๆจึงถูกนำมาใช้เช่นการปรับความกว้างการเปลี่ยนความถี่การเปลี่ยนเฟสหรือการรวมกันของสิ่งเหล่านี้ที่ใช้ใน QAM นำมาใช้เพื่อเพิ่มการกระจายจาก 150bps เป็น 56kbps

DSL ทำงานที่ความถี่สูงกว่า POTS มากและใช้เทคนิคการปรับที่เรียกว่า Discrete Multi-tone ใช้งานกับความถี่พาหะหลายความถี่ (คิดว่าคลื่นวิทยุ AM และรับสถานีทั้งหมดในครั้งเดียวแต่ละอันมีสัญญาณข้อมูลและรวมเข้าด้วยกันที่อื่น ท้าย) ใช้การมอดูเลตเฟสและแอมพลิจูดกะความเร็วสูงถึงระดับ 1-7Mbps

สิ่งนี้ครอบคลุมลูปท้องถิ่นเมื่อเราเข้าสู่อินเทอร์เน็ตแบ็คโบนเราเริ่มใช้สิ่งต่าง ๆ เช่น Digital Signal (DS) และสื่อ Optical Carrier (OC) เพื่อย้ายการจราจรโดยใช้เทคนิค PCM (Pulse Code Modulation) ผ่านหลายช่องทาง นี่คือส่วนดิจิตอลที่แท้จริงของเครือข่าย อีกครั้งที่การจราจรเคลื่อนตัวด้วยความเร็วใกล้แสง แต่ Datarate ขึ้นอยู่กับความถี่และเทคนิคการมอดูเลตที่ใช้

ภาคผนวก: อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกระยะทางหนึ่งนาที การไหลของกระแสไฟฟ้าที่เรารับรู้ในขณะที่กระแสไฟฟ้าเป็นอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้าหาจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งในช่วงความยาวของตัวนำ

— Fiasco Labs
แหล่งที่มา

1

-1 ไม่แน่ใจว่าทำไมเรื่องนี้ถึงมี upvotes มากมายเพราะ1.มันจะอ่านเหมือนคำพูดพล่อยๆให้กับทุกคนที่เพิ่งเริ่มต้นการศึกษาทางไฟฟ้าและ2.ไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับคำถาม(ทำไมสัญญาณเคลื่อนที่เร็วมากถ้าผู้ให้บริการเคลื่อนที่ช้ามาก )ยกเว้นภาคผนวก

— BlueRaja - Danny Pflughoeft

2

ภาคผนวกอยู่บนหัวข้อ แต่ผิด ในทองแดง (และโลหะอื่น ๆ ) อิเล็กตรอนของวาเลนซ์ (ที่มีกระแสไฟฟ้า) จะไม่ถูกจับกับอะตอมและไม่ย้ายจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอม พวกมันเคลื่อนที่อย่างอิสระไปทั่วโครงสร้างผลึก อิสรภาพนั้นเป็นสาเหตุที่ทำให้โลหะนำไฟฟ้าได้ดี วัสดุที่มีพฤติกรรมตามที่อธิบายไว้ (ที่อิเล็กตรอนต้องกระโดดจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอม) เรียกว่าตัวแยก

— MSalters