Kecepatan listrik dan transfer data

12

Saya pernah membaca di beberapa tempat bahwa listrik sangat lambat. Lalu bagaimana lalu lintas Internet di kabel tembaga bisa begitu cepat? Saya pikir saya memiliki kesenjangan pengetahuan yang besar tentang struktur transfer data tingkat rendah. Bagaimanapun, saya mencarinya dan tidak dapat menemukannya, jadi?

networking low-level infrastructure

— Delusi
sumber

1

Ini sama sekali bukan jawaban, dan saya bukan profesor fisika, tetapi ada diskusi menarik tentang kecepatan listrik di sini yang mungkin berguna bagi Anda. Dan sebagai catatan menarik, periksa beberapa adapter ethernet "powerline" - mereka memungkinkan Anda untuk berbagi ethernet gigabit di seluruh jaringan listrik di rumah / kantor Anda dll, dengan kecepatan gigabit penuh. Saya tidak bisa memikirkan cara yang baik untuk membandingkan kecepatan keduanya, tetapi mungkin ada seseorang di sini yang dapat menjelaskan konsep-konsep yang terlibat.

— Josh

Saya memiliki konsep itu, tetapi masalah yang tidak dapat saya bayangkan adalah: Ketika Anda mengirim data, tidakkah Anda ingin mengirimkan angka 1 dan 0 yang spesifik? atau ini bahkan lebih rendah dari itu? Karena jika tidak, maka bagaimana Anda dapat menentukan apa yang Anda kirim?

— Delison

5

Elektron melayang melalui kabel sangat lambat, tetapi sinyal (atau energi) akan merambat mendekati kecepatan cahaya.

— sblair

5

@Delison - tidak ada yang namanya transmisi 1s dan 0s; itu adalah masalah menafsirkan sesuatu yang ditransmisikan. Jika Anda memvariasikan arus pada kabel, dan kami telah sepakat sebelumnya bahwa apa pun yang melebihi X volts akan dianggap sebagai 1 dan apa pun di bawah Y volts a 0, itu adalah standar interpretasi bersama kami (alias "protokol") untuk analog , hal dunia nyata yang menciptakan informasi biner. Kita bisa saja melemparkan tongkat ke dinding dan mengukurnya; lebih dari 10cm akan menjadi 1; lebih kecil akan menjadi 0. Data biner ditafsirkan, tidak dikirim atau disimpan.

— Nathan Long

Lihat juga: programmers.stackexchange.com/a/132705/7217

— Nathan Long

30

Listrik pada kabel pada dasarnya adalah pergerakan pembawa muatan seperti elektron. Ini bergerak sangat lambat.

Namun perubahan voltase di satu ujung kawat menyebabkan perubahan yang sesuai di ujung kawat lainnya hampir secara instan.

Pikirkan pipa selang yang sangat panjang, jika pipa itu kosong ketika Anda menghidupkan keran, perlu beberapa detik agar pipa diisi dengan air sebelum mulai keluar dari ujung yang lain. Jika pipa sudah diisi air, memutar keran akan segera memaksa air keluar dari ujung.

Tegangan kira-kira analog dengan tekanan. Perubahan tekanan air dapat ditransmisikan melalui pipa penuh air lebih cepat daripada air bergerak.

— RedGrittyBrick
sumber

4

Semua orang tahu internet adalah serangkaian "Tabung", bukan kabel, lol .... en.wikipedia.org/wiki/Series_of_tubes

— Moab

Heh, Tabung ... Tidak heran kami memiliki Info Kebocoran dan seperti tukang ledeng yang akan memberi tahu Anda, konsep yang paling penting adalah "Stuff Runs Downhill".

— Fiasco Labs

2

+1. Juga, gelombang suara serupa: gelombang suara bergerak di udara sekitar 343 meter per detik. Jika udara itu sendiri bergerak secepat itu, itu akan membuat Anda pergi; alih-alih, molekul-molekul udara saling bertabrakan, satu demi satu, mentransmisikan energi dari satu ke yang lain dengan kecepatan itu, sementara masing-masing molekul individu kebanyakan tetap diletakkan.

— Nathan Long

23

Saya benar-benar menulis posting blog tentang pertanyaan yang tepat ini beberapa tahun yang lalu.

Pada dasarnya, meskipun masing-masing elektron bergerak hanya beberapa milimeter per detik, "sinyal" mereka saling bertabrakan bergerak jauh lebih cepat dari itu (sebagian besar dari kecepatan cahaya) .

elektron saling bertabrakan melalui tabung

Perhatikan bagaimana bola memasuki tabung dengan sangat lambat, tetapi "sinyal" bahwa bola telah masuk (gaya yang merambat ke bawah tabung) bergerak jauh lebih cepat dari itu. Elektron yang bergerak dalam kawat bekerja dengan cara yang sangat mirip.

— BlueRaja - Danny Pflughoeft
sumber

6

Kecepatan di mana elektron bergerak dalam konduktor relatif lambat, tetapi informasi dilakukan pada pasangan konduktor atau di udara melalui gelombang listrik, dan gelombang ini bergerak sangat cepat: pada kecepatan cahaya dalam ruang hampa atau sekitar 2/3 dari itu dalam kabel coax.

Jika Anda mengambil tali, lampirkan salah satu ujungnya ke sesuatu atau ada teman yang memegangnya, lalu cepat-cepat membalikkan tali Anda ke atas dan ke bawah, Anda akan mendorong gelombang di tali yang bergerak cepat dari ujung Anda ke ujung lainnya. Partikel tali tidak bergerak dengan sangat cepat.

Contoh lain adalah gelombang laut. Tsunami bergerak dengan kecepatan ratusan mil per jam, tetapi air yang membawa gelombang tidak bergerak secepat itu.

— garyjohn
sumber

Dalam aksi gelombang laut, partikel-partikel air bergerak dalam sebuah lingkaran, dekat permukaan, lingkaran yang lebih besar, berdiameter hingga Anda mencapai kedalaman maksimum gelombang (tsunami = kedalaman kolom air yang tereksitasi oleh impuls seismik / geologis). Dalam listrik, elektron hanya bergerak dari satu atom ke atom lainnya dalam konduktor, memang gerakan yang sangat kecil, tetapi kaskade pergerakan elektron meluas melalui seluruh konduktor dengan kecepatan cahaya yang dekat. Dalam udara / gelombang radio vakum perjalanan sebagai medan listrik dan magnet bolak-balik berpasangan pada pemisahan 90 derajat.

— Fiasco Labs

6

Listrik sendiri bergerak melalui kabel dengan kecepatan cahaya x faktor kecepatan . Jadi sepotong murah kabel coax RG-58 dengan faktor kecepatan 75% dapat mengirimkan gelombang radio dengan kecepatan cahaya 75%.

Kebingungan muncul karena kita tidak hanya menggunakan arus DC untuk mengirimkan informasi, melainkan arus bolak-balik atau arus bolak-balik yang terkesan pada tegangan DC (modulasi) untuk melakukan ini. Setiap media transmisi yang digunakan memiliki frekuensi maksimum di mana ia akan beroperasi. Telegraf menggunakan saklar DC 5-50wpm (kawat yang ditangguhkan pada kutub dengan bumi kembali), garis POTS standar dapat melewati 4kHz (paralel pedesaan 2 kabel kabel dengan perisai), garis DSL dekat dengan DSLAM mungkin melewati 2MHz (pasangan bengkok dari DSLAM ke rumah), kabel CAT5 Ethernet twisted pair 100MHz dan sebagainya. Biasanya, semakin tinggi frekuensi yang dapat didukung oleh media transmisi, semakin tinggi datarate yang dapat dilewatinya.

Listrik melewati kabel pada kecepatan yang sama, tetapi semakin tinggi tingkat switching membawa semakin banyak informasi.

Di atas konsep ini menggunakan listrik untuk mengirimkan informasi adalah jenis modulasi yang digunakan.

Dekat, serial gelombang persegi sederhana dapat bekerja dengan baik. Muncul dalam banyak rasa. TTL menggunakan pergeseran 0-5 volt, RS-232 menggunakan ayunan tegangan antara positif dan negatif 3-15 Volts. dll. dll

Untuk saluran telepon POTS, mentransmisikan gelombang persegi tidak akan berfungsi, karakteristik garis mengubahnya menjadi gelombang sinus, sehingga berbagai skema modulasi digunakan seperti pergeseran amplitudo, pergeseran frekuensi, pergeseran fase atau kombinasi dari ini yang digunakan dalam QAM yang dapat digunakan untuk meningkatkan datarate dari 150bps menjadi 56kbps.

DSL beroperasi pada frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada POTS dan menggunakan teknik modulasi yang disebut Discrete Multi-tone, beroperasi lebih dari beberapa frekuensi pembawa (pikirkan band AM radio dan menerima semua stasiun sekaligus, masing-masing membawa sinyal data dan menggabungkannya di yang lain end) menggunakan fase dan modulasi pergeseran amplitudo, mencapai datarate 1-7Mbps.

Ini mencakup loop lokal, ketika kita masuk ke internet backbone kita mulai menggunakan hal-hal seperti Digital Signal (DS) dan Optical Carrier (OC) media untuk memindahkan lalu lintas menggunakan teknik PCM (Pulse Code Modulation) melalui beberapa saluran. Ini adalah bagian digital sejati dari jaringan. Sekali lagi lalu lintas bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya, tetapi datarate tergantung pada frekuensi dan teknik modulasi yang digunakan.

Tambahan: Elektron bergerak dari satu atom ke atom lainnya dalam jarak satu menit. Aliran arus yang kita rasakan sebagai listrik adalah kaskade elektron yang bergerak sesaat dekat dari satu atom ke atom lainnya sepanjang konduktor.

— Laboratorium Fiasco
sumber

1

-1 Tidak yakin mengapa ini memiliki begitu banyak upvotes, karena 1.ini akan dibaca seperti omong kosong bagi siapa saja yang baru memulai studi listrik mereka, dan 2.tidak ada hubungannya dengan pertanyaan (mengapa sinyal bergerak begitu cepat jika pembawa muatan bergerak sangat lambat) ) , kecuali untuk addendum

— BlueRaja - Danny Pflughoeft

2

Adendum adalah tentang topik tetapi salah. Dalam tembaga (dan logam lainnya), elektron valensi (yang membawa arus) tidak terikat pada atom, dan tidak berpindah dari atom ke atom. Sebaliknya, mereka bergerak bebas di seluruh struktur kristal. Kebebasan itulah yang menyebabkan logam menghantarkan listrik dengan sangat baik. Bahan yang berperilaku seperti yang dijelaskan (di mana elektron harus melompat dari atom ke atom) disebut isolator.

— MSalters