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Desde que transportan la electricidad se mueve a la velocidad de la luz, ¿por qué no son las redes de computadoras mucho más rápido?

¿Por qué no puede cables que se usan para el equipo de redes de transferencia de datos muy rápida, decir a la velocidad de la luz?

Pregunto esto, ya que la electricidad viaja a la velocidad de la luz. Tomar los cables de Ethernet por ejemplo, miré en la wikipedia.

Propagation speed   0.64        c

¿Por qué sólo el 64% Lo hace de la velocidad de propagación decir? Sé que hay otras variables que afectan a la latencia y la velocidad aparente de equipo conexiones de red, pero sin duda este es un cuello de botella.

En otras palabras, yo estoy pidiendo, lo que se trata de una fibra óptica de cable que hace que sea más rápido que un cable Ethernet?

69voto

Phil Frost Puntos 2319

Desde que transportan la electricidad se mueve a la velocidad de la luz, ¿por qué no son las redes de computadoras mucho más rápido?

Tal vez yo pueda dirección de su confusión con una pregunta retórica:

Debido a que el aire transporta el sonido se mueve a la velocidad del sonido, ¿por qué no puedo hablar mucho más rápido?

La velocidad del sonido es mucho más lento que la luz, pero a 340 m/s en el aire, aún así es muy muy rápido. Sin embargo, esta no es la velocidad de la canal, es su latencia. Es decir, si usted es de 340 metros de distancia, usted me escuchará 1s después de hacer un sonido. Que no dice nada acerca de lo rápido que se puede comunicar con usted, que está limitada por la eficacia que puedo hablar, y lo bien que me puede escuchar.

Si estamos en una habitación tranquila, puedo hablar muy rápidamente y puede oírme. Si estamos lejos, o el ambiente es ruidoso, voy a tener que hablar más despacio y con claridad.

Con la energía eléctrica comunicaciones de la situación es casi la misma. El límite de velocidad no es debido a la latencia, sino la rapidez con que se puede transmitir con el otro extremo todavía ser capaz de recibir de forma fiable. Este está limitado por el ruido recogido en el medio ambiente y las distorsiones introducidas por el cable.

Como resulta, sobre todo para largas distancias, es más fácil (y más barato) para la fabricación de un cable de fibra óptica que no permite la injerencia externa y presenta muy poca distorsión, y es por eso que los cables de fibra óptica son los preferidos para los de larga distancia, redes de alta velocidad.

Las razones de fibra óptica superior de las propiedades son muchas, pero un desarrollo significativo es de fibra de modo único. Estas son las fibras que, a través cuidadosamente controlado de la geometría y de la investigación lo suficientemente inteligente como para ganar un premio Nobel, el apoyo de propagación electromagnética en un solo modo. Esto reduce significativamente la dispersión modal, que tiene el efecto no deseado de "borrosidad" o "difusión" pulsos que codifican la información. Este es un tipo de distorsión que si es excesiva, hace que la señal recibida ininteligible, lo que limita la velocidad máxima a la cual la información puede ser transmitida.

Una ventaja adicional es que la fibra óptica de operación de las comunicaciones en una muy alta frecuencia, lo que reduce la dispersión cromática, distorsión debido a las diferentes frecuencias que se propaga a diferentes velocidades. Típico de las longitudes de onda utilizadas en fibra son en el barrio de 1550 nm, o una frecuencia de alrededor de 193000 GHz. Por comparación, categoría 6a cable sólo se especifica hasta 0,5 GHz. Ahora, con el fin de transmitir la información que debe modular algún aspecto de la señal. Una muy simple de modulación sería encender el transmisor encendido y apagado. Sin embargo, estas transiciones significa que la señal no puede consistir en una sola frecuencia de la luz (componentes de Fourier), de manera que los diferentes componentes de frecuencia del pulso estará sujeto a la dispersión cromática. Como aumentar la frecuencia de la portadora, pero mantenga presionado el bitrate de la misma, el ancho de banda fraccional disminuye. Es decir, las transiciones de la modulación a ser más lento en relación a la frecuencia de la portadora. Por lo tanto, la dispersión cromática se reduce, ya que la señal se vuelve más como sólo una frecuencia de luz.

Moderno de fibra de modo único es tan buena que la tasa de información es generalmente limitada por nuestra tecnología para la fabricación de los receptores y transmisores en los extremos, no por el cable. Como un ejemplo, la longitud de onda de multiplexación por división de desarrollo (y es constantemente mejorado aún hoy en día), para permitir que múltiples canales para coexistir en la misma fibra. Varias veces, las redes han sido actualizados mediante la mejora de los transceptores en los extremos, dejando el cable sin cambios. Teniendo en cuenta el costo de la actualización de un transcontinental cable, la ventaja económica que debería ser obvio.

29voto

user6972 Puntos 4697

Como usted probablemente ha adivinado la velocidad de la luz no es la limitación. Los fotones en el vacío viajar a la velocidad de la luz ($c_o$). Los fotones en cualquier otra cosa de viaje más lento, como en el cable ($0.64c_o$). La cantidad se reduce la velocidad por depende del material por parte de la permitividad.

La información en sí misma es más lento todavía. Un fotón no tiene mucha información. La información es normalmente codificados en el cambio de los estados de la energía. Y estos cambios de estados sólo pueden ser reproducidos a tasas menores que los fundamentales de la velocidad de transmisión.

La detección de la energía y las tasas de cambio requieren de materiales físicos para convertir los fotones en algo más útil. Esto es debido a que el canal utilizado para la transmisión usualmente conduce la energía a una velocidad máxima llama el ancho de banda. El ancho de banda del canal es el primero en el límite de las velocidades de la red. La fibra óptica puede transmitir señales con anchos de banda elevados, con menos pérdida de los cables de cobre.

En segundo lugar, las señales codificadas tienen un montón de sobrecarga. Hay una gran cantidad de datos transmitidos con la corrección de errores, la información de enrutamiento, el cifrado y otros datos de protocolo en adición a los datos en bruto. Esta sobrecarga también se ralentiza el rendimiento de datos.

ethernet

Por último, la cantidad de tráfico en una red, puede ralentizar el sistema general de la velocidad de datos se cae, las colisiones se producen y los datos a enviar.

slowdown


EDIT: veo que has cambiado tu pregunta algunos....

En otras palabras, estoy pidiendo, lo que se trata de una fibra óptica de cable que hace que sea más rápido que un cable Ethernet?

La fibra óptica tiene la capacidad de llevar a cabo mayores cargas de energía. Los fotones con energías superiores, por definición, están en las frecuencias más altas.

$E_{fotones}=hf$ donde $h$ es la constante de plank (h=6.63*10^-34 J. s) y $f$ es la frecuencia del fotón.

¿Por qué la frecuencia de la materia? Debido a la forma de comunicación de los sistemas de trabajo. Por lo general la instalación de una fuerte señal oscilante en el más eficiente de frecuencia para el canal de transmisión para llevar a cabo. Si la frecuencia es demasiado baja y perdemos nuestra señal del poder y de la misma manera demasiado alta y perdemos el poder. Esto es debido a cómo el medio responde a diferentes niveles de carga de energía. Así que hay un $F_{max}$ y $F_{min}$.

A continuación, añadimos información a la oscilación mediante el cambio a un cierto ritmo. Hay muchas maneras de agregar información, pero en general la cantidad de información que se puede agregar es proporcional a la velocidad de la canal puede responder o ancho de banda del sistema. Básicamente, usted tiene que permanecer en entre $F_{max}$ y $F_{min}$.

Se da la circunstancia de que cuanto mayor es la frecuencia de operación más fácil es conseguir más y más ancho de banda. Por ejemplo, un radio de 1 ghz con un 10% de la anchura del canal sólo permite 100MHz max tasas de cambio. Pero una fibra óptica de la señal en 500THz un 10% de la anchura del canal significa un 50THz max régimen de conmutación. Gran diferencia!

Usted podría estar preguntándose por qué canales tienen límites de frecuencia y por qué el 10%. Me acaba de recoger un 10% como un ejemplo típico. Pero los canales de transmisión de todos los tipos tienen límites para qué tipo de niveles de energía que absorben, reflejan y conducta. Un mal ejemplo rayos x que son de alta frecuencia o altos cargos de energía, que vaya a la derecha a pesar de que una gran cantidad de materiales, mientras que el calor, que es una frecuencia inferior a luz óptica de no transmitir a través de papel, pero se puede a través del cristal. Así que hay frecuencias donde los fotones pueden ser utilizados para la realización de energía y frecuencias con las que ellos no pueden.

Sí, todos los viajes en $c_o$ en el espacio libre y más lento en otros medios de comunicación, pero no pueden llevar la información a la misma velocidad o superior. Usted podría estar interesado en leer Shannon-Hartley del Teorema.

18voto

Eric Grunzke Puntos 158

Una línea de transmisión es de un par de conductores que tienen un poco de resistencia, inductancia, capacitancia, y las fugas de la conductancia. Podemos tomar todos estos por unidad de longitud:

a cable

La ecuación de onda de las señales en esta línea, en el límite de pérdidas del cable con $R=0$, $G=0$, es $$ \frac{\partial^2 V(x)}{\partial x^2} + \omega^2 LC \cdot V(x) = 0 $$ Usted tiene que ser un poco cuidadoso con la notación y las dimensiones aquí. En un típico circuito de utilizar $L$ y $C$ para el total de la inductancia y capacitancia, y $\sqrt{LC}$ es la característica de frecuencia del oscilador. Aquí, $L$ y $C$ son la inductancia y la capacitancia por unidad de longitud, y por lo que $1/\sqrt{LC}$ tiene unidades de velocidad.

De hecho, la derivación en la wikipedia va a mostrar que, en el límite de pérdidas del cable, la salida es $$ V_\text{salir}(x,t) \aprox V_\text{en}(t-\sqrt{LC}x) $$ lo cual es consistente con las señales que viajan a lo largo del cable con velocidad $v=1/\sqrt{LC}$.

Claramente la inductancia y la capacitancia por unidad de longitud de un cable depende de su geometría, y algo en el magnéticas y propiedades dieléctricas del espacio a su alrededor y entre los cables. Sería interesante que venir para arriba con valores de $L$ y $C$ que dar $v=c$, o $v>c$; yo no he hecho esto por mí mismo, pero tengo la sospecha de que consideraciones geométricas solo hará que sea imposible para el vacío separados en paralelo cables, cables coaxiales, y otros comunes geometrías sin introducir algún mágico meta-material.

5voto

shingara Puntos 163

"Sin duda, este es un cuello de botella" - No, realmente no. Cualquiera de la vida real de la conexión de red no está a la velocidad limitada por la velocidad de propagación de la señal en el cable, pero por el procesamiento de los retrasos en los distintos routers, switches de red, la interfaz de procesamiento en cada extremo.

3voto

¿Por qué sólo el 64% Lo hace de la velocidad de propagación decir? Sé que hay otras variables que afecte a la latencia y la velocidad aparente de equipo conexiones de red, pero sin duda este es un cuello de botella.

La velocidad de propagación de la señal es la distancia de la señal (paquete) viaja en un segundo. Es por lo general inferior a $c$ debido a que las ondas electromagnéticas que transportan la información de viajes en metal o cualquier material con una velocidad menor que $c$. Ver la velocidad de grupo y la teoría de la dispersión.

La velocidad de la señal determina la latencia mínima, pero el aumento es por el cambio de medio o el uso de diferentes frecuencias de la banda tienen poco efecto en la tasa de datos máxima de la línea de transmisión (bits/s, la transferencia). Este es determinada más por la energía eléctrica utilizada para la transferencia, la intensidad del ruido y el ancho de banda utilizado, así como de las capacidades de la electrónica en los extremos. Los cables de fibra óptica se utiliza no para su más rápida propagación de la señal de velocidad, sino por sus otros beneficios, como mucho más amplio ancho de banda utilizable.

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