Vitesse électrique et transfert de données

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?

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.

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) .

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.

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.

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.