Velocidad de electricidad y transferencia de datos.

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He leído en algunos lugares que la electricidad es muy lenta. Entonces, ¿cómo puede ser tan rápido el tráfico de Internet en los cables de cobre? Creo que tengo una gran brecha de conocimiento sobre la estructura de transferencia de datos de bajo nivel. De todos modos, lo busqué y no pude encontrar, ¿entonces?

networking low-level infrastructure

— Delison
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Esto es de ninguna manera una respuesta, y no soy un profesor de física, pero hay una interesante discusión sobre las velocidades de la electricidad aquí que pueden ser útiles para usted. Y como nota de interés, consulte algunos adaptadores de ethernet "powerline", ya que le permiten compartir gigabit ethernet a través de la red eléctrica en su hogar / oficina, etc., a velocidades de gigabit completas. No puedo pensar en una buena manera de comparar las velocidades de los dos, pero tal vez haya alguien aquí que pueda explicar los conceptos involucrados.

— Josh

Tengo ese concepto, pero el problema que no puedo imaginar es: cuando transmites datos, ¿no quieres transmitir 1 y 0 específicos? o esto es aún más bajo que eso? Porque si no, ¿cómo puedes especificar lo que estás transmitiendo?

— Delison

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Los electrones se desplazan a través de los cables muy lentamente, pero la señal (o energía) se propagará cerca de la velocidad de la luz.

— sblair

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@Delison: no existe tal cosa como transmitir 1s y 0s; se trata de interpretar algo que se transmite. Si varía la corriente en un cable, y acordamos de antemano que cualquier valor superior a X voltios se considerará un 1 y cualquier valor inferior a Y voltios a 0, es nuestro estándar mutuo de interpretación (también conocido como "protocolo") para un análogo , cosa del mundo real que crea información binaria. También podríamos tirar palos sobre una pared y medirlos; cualquier cosa mayor de 10 cm sería un 1; menor sería un 0. Los datos binarios se interpretan, no se envían ni se almacenan.

— Nathan Long

Ver también: programmers.stackexchange.com/a/132705/7217

— Nathan Long

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La electricidad en los cables es esencialmente el movimiento de portadores de carga como los electrones. Estos se mueven muy lentamente.

Sin embargo, un cambio en el voltaje en un extremo de un cable provoca un cambio correspondiente en el otro extremo del cable casi instantáneamente.

Piense en una manguera muy larga, si la tubería está vacía cuando abre el grifo, la tubería puede tardar unos segundos en llenarse de agua antes de que comience a salir por el otro extremo. Si la tubería ya está llena de agua, abrir el grifo forzará al agua a salir instantáneamente.

El voltaje es más o menos análogo a la presión. Un cambio en la presión del agua puede transmitirse a través de una tubería llena de agua más rápido de lo que se mueve el agua.

— RedGrittyBrick
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Todo el mundo sabe que Internet es una serie de "Tubos", no cables, jajaja ... en.wikipedia.org/wiki/Series_of_tubes

— Moab

Je, Tubes ... No es de extrañar que tengamos filtraciones de información y, como cualquier fontanero le dirá, el concepto más importante es "Stuff Runs Downhill".

— Fiasco Labs

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+1. Además, las ondas de sonido son similares: una onda de sonido se mueve a través del aire a unos 343 metros por segundo. Si el aire mismo se moviera tan rápido, te volaría; en cambio, las moléculas de aire chocan entre sí, una tras otra, transmitiendo energía de una a la otra a esa velocidad, mientras que cada molécula individual se queda en su lugar.

— Nathan Long

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De hecho, escribí una publicación de blog sobre esta pregunta exacta hace unos años.

Básicamente, aunque los electrones individuales se mueven a unos pocos milímetros por segundo, la "señal" de chocar entre sí se mueve mucho más rápido que eso (una gran fracción de la velocidad de la luz) .

electrones chocando entre sí a través de un tubo

Observe cómo las bolas entran al tubo muy lentamente, pero la "señal" de que una bola ha entrado (la fuerza que se propaga por el tubo) se mueve mucho más rápido que eso. Los electrones que se mueven en un cable funcionan de manera muy similar.

— BlueRaja - Danny Pflughoeft
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La velocidad a la que se mueven los electrones en un conductor es relativamente lenta, pero la información se transporta en pares de conductores o en el aire por medio de ondas de electricidad, y estas ondas viajan muy rápido: a la velocidad de la luz en el vacío o aproximadamente 2/3 de eso en un cable coaxial.

Si tomas una soga, unes un extremo a algo o haces que un amigo la sostenga, luego gira rápidamente tu extremo de la soga hacia arriba y hacia abajo, inducirás una ola en la soga que se desplaza rápidamente desde tu extremo hasta el otro extremo. Sin embargo, las partículas de cuerda no se mueven muy rápido.

Otro ejemplo es una ola oceánica. Un tsunami viaja a cientos de millas por hora, pero el agua que transporta la ola no se mueve tan rápido.

— garyjohn
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En la acción de las olas oceánicas, las partículas de agua viajan en un círculo, cerca de la superficie, círculos más grandes, descendiendo en diámetro hasta alcanzar la profundidad máxima de la ola (tsunami = profundidad de la columna de agua excitada por el impulso sísmico / geológico). En la electricidad, los electrones se mueven solo de un átomo a otro en el conductor, un movimiento muy pequeño, pero la cascada de movimiento de electrones se extiende a través de todo el conductor a casi la velocidad de la luz. En el aire / vacío, las ondas de radio viajan como un campo eléctrico y magnético alterno emparejado a una separación de 90 grados.

— Fiasco Labs

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La electricidad misma viaja a través de los cables a la velocidad de la luz x el factor de velocidad . Por lo tanto, una pieza barata de cable coaxial RG-58 con un factor de velocidad del 75% puede transmitir ondas de radio al 75% de la velocidad de la luz.

La confusión surge porque no usamos solo corriente continua para transmitir información, sino más bien una corriente alterna o una corriente alterna impresa en un voltaje de CC (modulación) para hacer esto. Cada medio de transmisión utilizado tiene una frecuencia máxima a la que operará. Telégrafo con DC conmutado de 5-50wpm (un cable suspendido en postes con retorno a tierra), una línea POTS estándar puede pasar 4kHz (cable rural paralelo de 2 pares con blindaje), una línea DSL cercana al DSLAM puede pasar 2MHz (par trenzado desde DSLAM para alojar), un cable de par trenzado Ethernet CAT5 de 100MHz y así sucesivamente. Por lo general, cuanto mayor sea la frecuencia que puede soportar el medio de transmisión, mayor será la velocidad de datos que se puede pasar a través de él.

La electricidad pasa a través del cable a la misma velocidad, pero la velocidad de conmutación cada vez más alta transporta más y más información.

Además de este concepto de usar electricidad para transmitir información está el tipo de modulación utilizada.

De cerca, la serie de onda cuadrada simple puede funcionar bien. Viene en muchos sabores. TTL usa un cambio de 0-5 voltios, RS-232 usa un cambio de voltaje entre 3-15 voltios positivo y negativo. etcétera etcétera.

Para las líneas telefónicas POTS, la transmisión de una onda cuadrada no funcionaría, las características de la línea la convierten en una onda sinusoidal, por lo que se utilizan varios esquemas de modulación como cambio de amplitud, cambio de frecuencia, cambio de fase o una combinación de estos utilizados en QAM que puede se utilizará para aumentar la velocidad de datos de 150 bps a 56 kbps.

DSL opera a una frecuencia mucho más alta que POTS y utiliza una técnica de modulación llamada Discrete Multi-tone, opera en múltiples frecuencias portadoras (piense en la banda de radio AM y reciba todas las estaciones a la vez, cada una con una señal de datos y combinándolas en la otra final) usando modulación de cambio de fase y amplitud, alcanzando una tasa de datos de 1-7Mbps.

Esto cubre el bucle local, cuando ingresamos a la red troncal de Internet, comenzamos a usar cosas como medios de señal digital (DS) y soporte óptico (OC) para mover el tráfico usando técnicas PCM (modulación de código de pulso) a través de múltiples canales. Estas son la verdadera parte digital de la red. Una vez más, el tráfico se mueve a una velocidad cercana a la de la luz, pero la tasa de datos depende de la frecuencia y la técnica de modulación que se utilice.

Anexo: Los electrones se mueven de un átomo a otro una distancia de un minuto. El flujo de corriente que percibimos como electricidad es una cascada casi instantánea de electrones que se mueven de un átomo a otro a lo largo de un conductor.

— Laboratorios Fiasco
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-1 No estoy seguro de por qué esto tiene tantos votos positivos, ya 1.que se leerá como un galimatías a cualquiera que recién esté comenzando sus estudios eléctricos, y 2.no tiene nada que ver con la pregunta (¿por qué la señal se mueve tan rápido si los portadores de carga se mueven tan lento? ) , a excepción del apéndice

— BlueRaja - Danny Pflughoeft

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El apéndice es sobre el tema pero está equivocado. En el cobre (y otros metales), los electrones de valencia (los que llevan corriente) no están unidos a los átomos, y no se mueven de un átomo a otro. En cambio, se mueven libremente por toda la estructura cristalina. Esa libertad es precisamente por qué los metales conducen la electricidad tan bien. Los materiales que se comportan como se describe (donde los electrones tienen que saltar de un átomo a otro) se llaman aisladores.

— MSalters