Vitesse électrique et transfert de données

12

J'ai lu à certains endroits que l'électricité est très lente. Alors, comment le trafic Internet dans les fils de cuivre peut-il être si rapide? Je pense avoir un grand manque de connaissances sur la structure de transfert de données de bas niveau. Quoi qu'il en soit, je l'ai cherché et je n'ai pas pu trouver, alors?

Delison
la source
1
Ce n'est en aucun cas une réponse, et je ne suis pas professeur de physique, mais il y a une discussion intéressante sur les vitesses de l'électricité ici qui peut vous être utile. Et comme note d'intérêt, vérifiez dans certains adaptateurs Ethernet "Powerline" - ils vous permettent de partager Ethernet Gigabit sur le réseau électrique de votre maison / bureau, etc., à des vitesses Gigabit complètes. Je ne peux pas penser à un bon moyen de comparer les vitesses des deux, mais peut-être qu'il y a quelqu'un ici qui peut expliquer les concepts impliqués.
Josh
J'ai ce concept, mais le problème que je ne peux pas imaginer est: lorsque vous transmettez des données, ne voulez-vous pas transmettre des 1 et 0 spécifiques? ou c'est encore plus bas que ça? Si non, comment pouvez-vous spécifier ce que vous transmettez?
Delison
5
Les électrons dérivent très lentement à travers les fils, mais le signal (ou l'énergie) se propage près de la vitesse de la lumière.
sblair
5
@Delison - la transmission de 1 et de 0 n'existe pas; il s'agit d' interpréter quelque chose qui se transmet. Si vous modifiez le courant sur un fil, et nous avons convenu à l'avance que tout ce qui dépasse X volts sera considéré comme un 1 et tout ce qui est sous Y volts a 0, c'est notre norme d'interprétation mutuelle (aka "protocole") pour un analogique , chose du monde réel qui crée des informations binaires. On pourrait tout aussi bien jeter des bâtons sur un mur et les mesurer; tout ce qui dépasse 10 cm serait un 1; plus petit serait un 0. Les données binaires sont interprétées, non envoyées ou stockées.
Nathan Long

Réponses:

30

L'électricité dans les fils est essentiellement le mouvement de porteurs de charge tels que les électrons. Ceux-ci se déplacent très lentement.

Cependant, un changement de tension à une extrémité d'un fil provoque un changement correspondant à l'autre extrémité du fil presque instantanément.

Pensez à un tuyau très long, si le tuyau est vide lorsque vous ouvrez le robinet, cela peut prendre quelques secondes pour que le tuyau se remplisse d'eau avant qu'il ne commence à sortir de l'autre extrémité. Si le tuyau est déjà rempli d'eau, ouvrir le robinet expulsera instantanément l'eau de l'extrémité distante.

La tension est à peu près analogue à la pression. Un changement de pression de l'eau peut être transmis à travers un tuyau plein d'eau plus rapidement que l'eau ne se déplace.

RedGrittyBrick
la source
4
Tout le monde sait qu'Internet est une série de "Tubes", pas de fils, lol .... en.wikipedia.org/wiki/Series_of_tubes
Moab
Heh, Tubes ... Pas étonnant que nous ayons des fuites d'informations et comme tout plombier vous le dira, le concept le plus important est "Stuff Runs Downhill".
Fiasco Labs
2
+1. De plus, les ondes sonores sont similaires: une onde sonore se déplace dans l'air à environ 343 mètres par seconde. Si l'air lui-même se déplaçait aussi vite, il vous épaterait; au lieu de cela, les molécules d'air se heurtent les unes contre les autres, transmettant l'énergie de l'une à l'autre à cette vitesse, tandis que chaque molécule individuelle reste généralement immobile.
Nathan Long
23

J'ai en fait écrit un article de blog sur cette question exacte il y a quelques années.

Fondamentalement, bien que les électrons individuels se déplacent à seulement quelques millimètres par seconde, le "signal" de leur collision les uns avec les autres se déplace beaucoup plus rapidement que cela (une grande fraction de la vitesse de la lumière) .

électrons se heurtant les uns aux autres à travers un tube

Notez comment les balles pénètrent très lentement dans le tube, mais le «signal» qu'une balle est entrée (la force se propageant dans le tube) se déplace beaucoup plus rapidement que cela. Les électrons se déplaçant dans un fil fonctionnent de manière très similaire.

BlueRaja - Danny Pflughoeft
la source
6

La vitesse à laquelle les électrons se déplacent dans un conducteur est relativement lente, mais l'information est transportée sur des paires de conducteurs ou dans l'air au moyen d'ondes d'électricité, et ces ondes se déplacent très rapidement: à la vitesse de la lumière dans le vide ou à environ 2/3 de cela dans un câble coaxial.

Si vous prenez une corde, attachez une extrémité à quelque chose ou demandez à un ami de la tenir, puis retournez rapidement votre extrémité de la corde de haut en bas, vous provoquerez une vague dans la corde qui se déplacera rapidement de votre extrémité à l'autre extrémité. Cependant, les particules de corde ne se déplacent pas très rapidement.

Un autre exemple est une vague océanique. Un tsunami se déplace à des centaines de kilomètres à l'heure, mais l'eau qui transporte la vague ne se déplace pas aussi vite.

garyjohn
la source
Dans l'action des vagues océaniques, les particules d'eau se déplacent en cercle, près de la surface, de plus grands cercles, descendant en diamètre jusqu'à ce que vous atteigniez la profondeur maximale de la vague (tsunami = profondeur de la colonne d'eau excitée par l'impulsion sismique / géologique). Dans l'électricité, les électrons ne se déplacent que d'un atome à l'autre dans le conducteur, un mouvement très minime en effet, mais la cascade de mouvement électronique s'étend à travers le conducteur entier à une vitesse proche de la lumière. Dans l'air / le vide, les ondes radio se déplacent sous la forme d'un champ alternatif électrique et magnétique à une séparation de 90 degrés.
Fiasco Labs
6

L'électricité elle-même voyage à travers des fils à la vitesse du facteur de vitesse lumière x . Ainsi, un morceau bon marché de câble coaxial RG-58 avec un facteur de vitesse de 75% peut transmettre des ondes radio à 75% de la vitesse de la lumière.

La confusion vient du fait que nous n'utilisons pas seulement du courant continu pour transmettre des informations, mais plutôt un courant alternatif ou un courant alternatif imprimé sur une tension continue (modulation) pour ce faire. Chaque support de transmission utilisé a une fréquence maximale à laquelle il fonctionnera. Télégraphe utilisant DC 5-50wpm commuté (un fil suspendu sur des poteaux avec un retour à la terre), Une ligne POTS standard peut passer à 4 kHz (câble rural parallèle à 2 paires avec blindage), une ligne DSL proche du DSLAM peut passer à 2 MHz (paire torsadée de DSLAM pour loger), un câble CAT5 Ethernet à paire torsadée 100 MHz et ainsi de suite. En règle générale, plus la fréquence que le support de transmission peut prendre en charge est élevée, plus la fréquence de transmission des données peut être élevée.

L'électricité passe à travers le câble à la même vitesse, mais le taux de commutation de plus en plus élevé transporte de plus en plus d'informations.

À ce concept d'utilisation de l'électricité pour transmettre des informations s'ajoute le type de modulation utilisé.

Fermer, une simple série d'onde carrée peut très bien fonctionner. Il se décline en plusieurs saveurs. TTL utilise un décalage de 0 à 5 volts, RS-232 utilise une oscillation de tension entre positive et négative de 3 à 15 volts. etc.

Pour les lignes téléphoniques POTS, la transmission d'une onde carrée ne fonctionnerait pas, les caractéristiques de la ligne la transforment en une onde sinusoïdale, donc divers schémas de modulation sont utilisés comme le décalage d'amplitude, le décalage de fréquence, le décalage de phase ou une combinaison de ceux-ci utilisés dans QAM qui peuvent être utilisé pour augmenter le débit de données de 150bps à 56kbps.

DSL fonctionne à une fréquence beaucoup plus élevée que POTS et en utilisant une technique de modulation appelée Discrete Multi-tone, fonctionne sur plusieurs fréquences porteuses (pensez à la bande radio AM et recevez toutes les stations à la fois, chacune transportant un signal de données et les combinant à l'autre fin) en utilisant la modulation de déphasage et d'amplitude, atteignant un taux de données de 1-7Mbps.

Cela couvre la boucle locale, lorsque nous entrons dans la dorsale Internet, nous commençons à utiliser des éléments tels que les signaux numériques (DS) et les supports optiques (OC) pour déplacer le trafic à l'aide de techniques PCM (Pulse Code Modulation) sur plusieurs canaux. Ce sont la véritable partie numérique du réseau. Encore une fois, le trafic se déplace à une vitesse proche de la lumière, mais le datarate dépend de la fréquence et de la technique de modulation utilisées.

Addendum: les électrons se déplacent d'un atome à un autre à une minute de distance. Le flux de courant que nous percevons comme électricité est une cascade d'électrons quasi instantanée se déplaçant d'un atome à l'autre sur la longueur d'un conducteur.

Fiasco Labs
la source
1
-1 Je ne sais pas pourquoi cela a autant de votes positifs, car 1.cela va se lire comme du charabia à quiconque commence juste ses études électriques, et 2.n'a rien à voir avec la question (pourquoi le signal se déplace-t-il si vite si les porteurs de charge se déplacent si lentement ) , à l'exception de l'addendum
BlueRaja - Danny Pflughoeft
2
L'addendum est sur le sujet mais faux. Dans le cuivre (et d'autres métaux), les électrons de valence (ceux qui transportent le courant) ne sont pas liés aux atomes et ne se déplacent pas d'un atome à l'autre. Au lieu de cela, ils se déplacent librement à travers la structure cristalline. Cette liberté est précisément la raison pour laquelle les métaux conduisent si bien l'électricité. Les matériaux qui se comportent comme décrit (où les électrons doivent sauter d'un atome à l'autre) sont appelés isolateurs.
MSalters