电速和数据传输

电速和数据传输

我在一些地方读到过,电是非常慢。那么铜线互联网流量怎么会这么快呢?我觉得我对底层数据传输结构的知识有很大的缺口。无论如何,我搜索了一下,没找到,所以?

答案1

电线中的电本质上是电子等电荷载体的运动。它们的移动非常缓慢。

然而,电线一端电压的变化几乎会立即导致电线另一端发生相应的变化。

想象一下一根很长的软管,如果打开水龙头时管子是空的,那么可能需要几秒钟才能让水充满管子,然后水才会从另一端流出。如果管子里已经装满了水,打开水龙头会立即将水从远端挤出。

电压与压力大致类似。水压的变化可以通过充满水的管道以比水流动更快的速度传递。

答案2

我实际上写了一个博客文章几年前我就曾问过这个问题。

基本上,虽然单个电子每秒只移动几毫米,但它们相互碰撞的“信号”移动得比这快得多(相当于光速的很大一部分)

电子通过管道相互碰撞

请注意,球进入管道的速度非常慢,但球进入的“信号”(沿管道向下传播的力)的速度却比这快得多。电子在导线中的移动方式非常相似。

答案3

电子在导体中移动的速度相对较慢,但信息是通过电波在导体对上或空气中传输的,这些电波的传播速度非常快:在真空中的速度相当于光速,在同轴电缆中的速度约为光速的 2/3。

如果你拿一根绳子,将一端绑在某物上或让朋友抓住它,然后快速上下翻转绳子的那一端,你就会在绳子中引发一股波,波会从你的这一端快速传播到另一端。不过,绳子的粒子移动得不是很快。

另一个例子是海浪。海啸以每小时数百英里的速度传播,但携带海浪的海水移动速度却没有那么快。

答案4

电流本身通过电线传输光速 x 速度因子。因此,一根速度因子为 75% 的廉价 RG-58 同轴电缆可以以光速的 75% 传输无线电波。

造成混淆的原因是,我们不仅仅使用直流电来传输信息,而是使用交流电或施加在直流电压上的交流电(调制)来实现这一点。所使用的每种传输介质都有其工作的最大频率。电报使用交换直流 5-50wpm(悬挂在带有地线的电线杆上的电线),标准 POTS 线路可以通过 4kHz(带屏蔽的农村平行 2 对电缆),靠近 DSLAM 的 DSL 线路可以通过 2MHz(从 DSLAM 到房屋的双绞线),CAT5 以太网双绞线电缆 100MHz 等等。通常,传输介质可以支持的频率越高,可以通过的数据速率就越高。

电流以相同的速度通过电缆,但越来越高的切换速率承载着越来越多的信息。

除了使用电来传输信息的概念之外,还有所使用的调制类型。

近距离观察,简单的方波串行可能工作得很好。它有多种形式。TTL 使用 0-5 伏移位,RS-232 使用正负 3-15 伏之间的电压摆幅。等等。等等。

对于 POTS 电话线,传输方波是行不通的,线路的特性会将其变成正弦波,因此会使用各种调制方案,如幅度偏移、频率偏移、相移或 QAM 中使用的这些方案的组合,可用于将数据速率从 150bps 增加到 56kbps。

DSL 的运行频率比 POTS 高得多,并使用一种称为离散多音的调制技术,在多个载波频率上运行(想象一下无线电 AM 波段并同时接收所有站,每个站携带一个数据信号并在另一端将它们组合起来),使用相位和幅度偏移调制,达到 1-7Mbps 的数据速率。

这涵盖了本地环路,当我们进入互联网主干网时,我们开始使用数字信号 (DS) 和光载波 (OC) 媒体等东西,通过多个通道使用 PCM(脉冲编码调制)技术传输流量。这些是网络的真正数字部分。流量再次以接近光速的速度移动,但数据速率取决于所使用的频率和调制技术。

附录:电子从一个原子移动到另一个原子,移动距离只有一分钟。我们感知到的电流是电子在导体长度上从一个原子移动到另一个原子的近乎瞬时的级联。

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