Domanda:
Dato che i cavi trasportano l'elettricità che si muove alla velocità della luce, perché le reti di computer non sono molto più veloci?
Celeritas
2014-08-05 23:46:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Perché i cavi utilizzati per la rete di computer non possono trasferire i dati molto velocemente, diciamo alla velocità della luce?

Lo chiedo perché l'elettricità viaggia alla velocità della luce. Prendi i cavi Ethernet, ad esempio, li ho cercati su wikipedia.

  Velocità di propagazione 0.64 c  

Perché solo il 64% Cosa significa velocità di propagazione? So che ci sono altre variabili che influenzano la latenza e la velocità percepita delle connessioni di rete del computer, ma sicuramente questo è un collo di bottiglia.

In altre parole, mi chiedo, di cosa si tratta una fibra -cavo ottico che lo rende più veloce di un cavo Ethernet?

Correlato: http://physics.stackexchange.com/q/1961/2451
Correlato: https://physics.stackexchange.com/q/118503/44126
Correlato su EE.SE: http://electronics.stackexchange.com/questions/80824/what-ultimately-determines-the-speed-of-electrical-media/80831#80831
I "cavi ideali" che trasferiscono le informazioni in * c * fornirebbero solo un aumento di velocità incrementale (forse il 33%) rispetto ai cavi che abbiamo!Al contrario, i miglioramenti alla codifica fisica dei bit, le onde portanti a frequenza più alta, il multiplexing di frequenza e così via offrono accelerazioni di * ordine di grandezza * e continueranno a farlo per un po 'di tempo (sebbene, [come disse una volta Charles Stross] (http://www.antipope.org/charlie/blog-static/2009/05/login_2009_keynote_gaming_in_t.html), una volta che ti alzi nelle frequenze dei raggi X la tua scheda di rete diventa indistinguibile da un raggio della morte).
Detto questo, * c * mette un pavimento duro su * latenza *, e in molti casi siamo abbastanza vicini a quel livello.Ad esempio, questa è una parte significativa del motivo per cui la latenza di accesso alla RAM non ha tenuto il passo con l'orologio della CPU per molti anni.
@Zack Notare che un segnale di clock a 3 GHz (una velocità del processore comune oggigiorno) invia un fronte di salita ogni $ c / f = 0.1 \, \ mathrm {meter} = 4 \, \ mathrm {pollici} $.Aggiungete un fattore due per gli effetti dell'indice di rifrazione come la prima versione di questa domanda e avrete il risultato sbalorditivo che per un processore più di un paio di pollici di diametro è * fisicamente impossibile * per un segnale di clock a 3 GHz.sincronizzare l'intero chip.Questo è uno dei motivi per cui la velocità del processore ha superato i 2 GHz per diversi anni e hai iniziato a vedere processori multi-core invece di single-card più veloci.
@rob: No, non significa questo.I ritardi di clock sono ** molto ** prevedibili e le CPU non cambiano forma.Se sei a 3 mm dal pin di ingresso dell'orologio, sai che l'orologio è ritardato di 10 ps.Ciò che ** significa ** significa che non si può presumere che l'intera CPU si stabilisca in un dato stato verso la fine di ogni periodo di clock.Parti diverse del chip hanno periodi di clock diversi (e sovrapposti).Questo è in realtà un vantaggio in quanto oggigiorno gran parte di una CPU è cache.C'è una certa logica nell'esecuzione della cache a metà periodo rispetto all'orologio della CPU.
@MSalters Ovviamente hai ragione;Ho semplificato troppo perché il mio commento era troppo lungo.
L'elettricità NON viaggia alla velocità della luce.La velocità è molto vicina, ma non altrettanto veloce.
@Zack Se una propagazione più rapida nei cavi potesse produrre anche un aumento di velocità incrementale, allora i cavi più corti, che riducono anche il ritardo end-to-end, non aumenterebbero anche la velocità?Non credo sia così che funzioni la comunicazione.
@PhilFrost Considera non solo un messaggio, ma un dialogo, in cui ogni messaggio è più breve del prodotto di ritardo della larghezza di banda: questo è un buon modello per l'accesso casuale alla memoria principale, ad esempio, quando la CPU deve attendere ogni lettura prima di essopuò emettere il prossimo.Cavi più corti lo faranno andare più velocemente nel complesso, così come i "cavi ideali".
Le risposte attuali (correttamente) illustrano che ci sono molti più fattori che rendono le reti di computer "lente".Si noti, tuttavia, che esistono tecnologie progettate specificamente per mitigare il sovraccarico in ambienti di elaborazione ad alte prestazioni poiché una comunicazione tra nodi efficiente è fondamentale per le prestazioni.Per questi, mi è stato detto, la latenza del cavo * rappresenta * un fattore rilevante.A 0.64c, anche un cavo da 10 m induce un ritardo di circa 50 ns: sono già diversi cicli della CPU.E a quanto pare i cavi diventano molto più lunghi in tali fattorie di calcolo.
"Le attuali risposte (correttamente) illustrano che ci sono molti più fattori che rendono le reti di computer" lente "".quindi quelle risposte rispondono a una domanda diversa da quella che viene posta.Non mi chiedo cosa rallenti le reti di computer in generale, ma nello specifico cosa rende alcuni mezzi di trasferimento dati più veloci di altri?
@Zack OK, penso di aver capito il tuo punto, ovvero che una maggiore latenza potrebbe comportare un funzionamento più lento per alcuni protocolli.Non penso che sia un grosso problema per ciò che l'OP aveva in mente, che probabilmente sono le reti IP.Nello specifico, UDP non ha la nozione di riconoscimenti e TCP ha una finestra crescente di pacchetti in volo specificamente per adattarsi alla latenza ed evitare la situazione che descrivi.La riduzione della latenza non aumenta, * in generale *, la velocità effettiva.I due sono correlati solo se il tuo protocollo li rende tali, e penso che questo sia un punto particolare di confusione per l'OP.
Otto risposte:
#1
+69
Phil Frost
2014-08-06 17:28:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dato che i cavi trasportano l'elettricità che si muove alla velocità della luce, perché le reti di computer non sono molto più veloci?

Forse posso affrontare la tua confusione con una domanda retorica:

Poiché l'aria trasporta il suono che si muove alla velocità del suono, perché non posso parlarti molto più velocemente?

La velocità del suono è molto più lenta della luce , ma a 340 m / s in aria, è ancora dannatamente veloce. Tuttavia, questa non è la velocità del canale, è la sua latenza . Cioè, se sei a 340 metri di distanza, mi sentirai 1 secondo dopo che avrò emesso un suono. Questo non dice nulla sulla velocità con cui posso comunicare con te, che è limitata dall'efficacia con cui posso parlare e da quanto bene puoi sentirmi.

Se siamo in una stanza tranquilla, probabilmente posso parlare molto velocemente e puoi ancora sentirmi. Se siamo lontani o l'ambiente è rumoroso, dovrò parlare più lentamente e chiaramente.

Con le comunicazioni elettriche la situazione è più o meno la stessa. Il limite di velocità non è dovuto alla latenza, ma piuttosto alla velocità con cui un'estremità può trasmettere mentre l'altra è ancora in grado di ricevere in modo affidabile. Questo è limitato dal rumore captato dall'ambiente e dalle distorsioni introdotte dal cavo.

A quanto pare, specialmente per le lunghe distanze, è più facile (ed economico) produrre un cavo in fibra ottica che non consente interferenze esterne e introduce una distorsione minima, motivo per cui i cavi in ​​fibra ottica sono preferiti per le reti a lunga distanza e ad alta velocità.

Le ragioni per le proprietà superiori della fibra ottica sono molte, ma uno sviluppo significativo è la fibra monomodale. Queste sono fibre che, attraverso una geometria attentamente controllata e una ricerca abbastanza intelligente da guadagnare un premio Nobel, supportano la propagazione elettromagnetica in una sola modalità. Ciò riduce significativamente la dispersione modale, che ha l'effetto indesiderato di "sbavare" o "diffondere" impulsi che codificano le informazioni. Questo è un tipo di distorsione che, se eccessiva, rende inintelligibile il segnale ricevuto, limitando così la velocità massima alla quale le informazioni possono essere trasmesse.

Un ulteriore vantaggio è che le comunicazioni in fibra ottica operano a una frequenza estremamente elevata, che riduce la dispersione cromatica, una distorsione dovuta a frequenze diverse che si propagano a velocità diverse. Le lunghezze d'onda tipiche utilizzate nella fibra sono nell'intorno di 1550 nm, o una frequenza di circa 193000 GHz. In confronto, il cavo di categoria 6a è specificato solo fino a 0,5 GHz. Ora, per trasmettere informazioni, dobbiamo modulare alcuni aspetti del segnale. Una modulazione molto semplice sarebbe accendere e spegnere il trasmettitore. Tuttavia, queste transizioni indicano che il segnale non può essere costituito da una sola frequenza di luce ( componenti di Fourier), quindi le diverse componenti di frequenza dell'impulso saranno soggette a dispersione cromatica. Man mano che aumentiamo la frequenza portante ma manteniamo lo stesso bitrate, la larghezza di banda frazionaria diminuisce. Cioè, le transizioni dalla modulazione diventano più lente rispetto alla frequenza portante. Pertanto, la dispersione cromatica viene ridotta, poiché il segnale diventa più simile a una sola frequenza di luce.

La moderna fibra monomodale è così buona che la velocità di informazione è solitamente limitata dalla nostra tecnologia per produrre ricevitori e trasmettitori alle estremità, non dal cavo. Ad esempio, è stato sviluppato il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (ed è costantemente migliorato anche oggi) per consentire a più canali di coesistere sulla stessa fibra. Diverse volte, le reti sono state aggiornate aggiornando i ricetrasmettitori alle estremità, lasciando il cavo invariato. Considerando il costo dell'aggiornamento di un cavo transcontinentale, il vantaggio economico dovrebbe essere evidente.

Questa è una risposta molto pertinente.Ora basta aggiungere la dispersione (limitazione della frequenza di trasmissione) e una discussione sulla fibra monomodale per essere davvero la migliore risposta alla domanda (modificata) che viene posta.
@Floris Ho fatto del mio meglio per incorporare questi concetti, anche se devo ammettere che la mia comprensione della fisica sottostante in quest'area è un sottoinsieme di ciò che c'è su Wikipedia.Per favore fatemi sapere se notate errori.
Non è un'analogia tecnologica senza un'auto da qualche parte ... Non è la velocità con cui l'auto può andare al massimo.Si tratta di quanto tempo ci vuole per andare da A a B in autostrada ... rispetto all'autostrada nelle ore di punta ... rispetto alla strada sterrata con un ponte a una corsia in costruzione.La fibra è una superstrada a 6 corsie.Copper è una strada a 2 corsie con semaforo.
Dispersione: frequenze diverse viaggiano a velocità leggermente diverse.Poiché qualsiasi segnale (si pensi all'onda quadra) è in realtà costituito da molte frequenze diverse (componenti di Fourier), queste diverse velocità significano che la forma d'onda distorce, quindi diventa impossibile decodificarla.È necessario limitare la frequenza portante (bit rate) per consentire la trasmissione a lunga distanza.Nella fibra monomodale la frequenza di interesse è la lunghezza d'onda (monocromatica) della luce.Quindi nessuna dispersione, quindi (praticamente) la fibra non limita la velocità dei dati (ma il ricetrasmettitore lo fa).
@Floris può trasmettere informazioni veramente monocromatiche?Se è modulato, allora ci sono componenti di Fourier, quindi frequenze diverse, quindi una certa dispersione, giusto?La mia comprensione della fibra monomodale è che affronta un solo tipo di dispersione: quella dalla propagazione multimodale.Che è un limite molto significativo, ma non l'unico * limite alla massima velocità possibile.
@PhilFrost hai ragione ma la frequenza della luce è talmente superiore al bit rate che la portante (la luce) rimane "praticamente" monocromatica.In altre parole, anche un bit è composto da molte lunghezze d'onda e si propaga con poca dispersione.Ma sì, la dispersione dovuta alle differenze di velocità di propagazione delle diverse modalità ha un impatto significativo sulla velocità della fibra multimodale.
@WernerCD ma non è solo un'auto, è l'intera città che stai spostando (uno può arrivarci velocemente, ma solo così tanti possono viaggiare allo stesso tempo).E devi portare anche le persone in macchina.
@Floris OK, per me ha senso.Tuttavia, è un po 'difficile da spiegare allo stesso livello di comprensione suggerito dalla domanda.Ho aggiunto un paragrafo che dovrebbe almeno riassumere.Per favore fatemi sapere se trovate errori.
Cat 6a è caratterizzato da 500 MHz, ovvero 0,5 GHz e non 0,005 GHz.Altrimenti la tua modifica sembra piuttosto buona.
#2
+29
user6972
2014-08-06 02:05:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Come probabilmente avrai intuito, la velocità della luce non è il limite. I fotoni nel vuoto viaggiano alla velocità della luce ($ c_o $). I fotoni in qualsiasi altra cosa viaggiano più lentamente, come nel tuo cavo ($ 0.64c_o $). La quantità di riduzione della velocità dipende dal materiale in base alla permettività.

L'informazione stessa è ancora più lenta. Un fotone non trasporta molte informazioni. L'informazione è tipicamente codificata nel cambiamento degli stati dell'energia. E questi cambiamenti di stato possono essere propagati solo a velocità inferiori alla velocità di trasmissione fondamentale.

Rilevare sia l'energia che i tassi di cambiamento richiede materiali fisici per convertire i fotoni in qualcosa di più utilizzabile. Questo perché il canale utilizzato per la trasmissione di solito conduce l'energia a una velocità massima chiamata larghezza di banda. La larghezza di banda del canale è il primo limite nelle velocità di rete. Le fibre ottiche possono trasmettere segnali con larghezze di banda elevate con meno perdite rispetto ai fili di rame.

In secondo luogo, i segnali codificati hanno molto overhead. Ci sono molti dati extra trasmessi con correzione degli errori, informazioni di routing, crittografia e altri dati di protocollo oltre ai dati grezzi. Questo sovraccarico rallenta anche il throughput dei dati.

ethernet

Infine la quantità di traffico su una rete può rallentare la velocità complessiva del sistema quando i dati vengono eliminati, si verificano collisioni e essere risentito.

slowdown


EDIT: vedo che hai cambiato un po 'la tua domanda ....

In altre parole mi chiedo, che cos'è un cavo in fibra ottica che lo rende più veloce di un cavo Ethernet?

La fibra ottica ha la capacità di condurre cariche energetiche più elevate. I fotoni con energie più elevate, per definizione sono a frequenze più alte.

$ E_ {photon} = hf $ dove $ h $ è la costante della plancia (h = 6,63 * 10 ^ -34 Js) e $ f $ è la frequenza del fotone.

Perché la frequenza è importante? A causa di come funzionano i sistemi di comunicazione. Tipicamente impostiamo un segnale forte che oscilla alla frequenza più efficiente affinché il canale di trasmissione lo conduca. Se la frequenza è troppo bassa e perdiamo la potenza del nostro segnale e allo stesso modo troppo alta e perdiamo potenza. Ciò è dovuto al modo in cui il mezzo risponde a diversi livelli di energia di carica. Quindi ci sono $ F_ {max} $ e $ F_ {min} $.

Quindi aggiungiamo informazioni all'oscillazione cambiandola a una certa velocità. Ci sono molti modi per aggiungere informazioni, ma in generale la quantità di informazioni che puoi aggiungere è proporzionale alla velocità a cui il canale può rispondere o alla larghezza di banda del sistema. Fondamentalmente devi rimanere tra $ F_ {max} $ e $ F_ {min} $.

Accade così che maggiore è la frequenza operativa più facile è ottenere larghezze di banda sempre più ampie. Ad esempio, una radio a 1 GHz con una larghezza del canale del 10% consente solo velocità di commutazione massime di 100 MHz. Ma un segnale in fibra ottica a 500THz e una larghezza del canale del 10% significa una velocità di commutazione massima di 50THz. Grande differenza!

Ti starai chiedendo perché i canali hanno limiti di frequenza e perché il 10%. Ho appena scelto il 10% come esempio tipico. Ma i canali di trasmissione di tutti i tipi hanno dei limiti al tipo di livelli di energia che assorbono, riflettono e conducono. Per un esempio approssimativo i raggi X che sono cariche ad alta frequenza o ad alta energia, vanno bene anche se molti materiali, mentre il calore che è una frequenza inferiore alla luce ottica non trasmette bene attraverso la carta ma può attraverso il vetro. Quindi ci sono frequenze in cui i fotoni possono essere usati per trasportare energia e frequenze dove non possono.

Sì, viaggiano tutte a $ c_o $ nello spazio libero e più lentamente in altri media, ma non possono trasportare le informazioni alla stessa velocità o superiore. Potresti essere interessato a leggere il Teorema di Shannon-Hartley.

"Questo perché il canale utilizzato per la trasmissione di solito conduce l'energia a una velocità massima chiamata larghezza di banda".potresti spiegare cosa determina questo tasso massimo?Prima di tutto, il trasferimento di elettroni è un esempio del flusso di energia, giusto?Se sì, il fatto che materiali diversi lasciano che gli elettroni li attraversino a velocità diverse è ciò che causa la velocità massima?
@Celeritas Non proprio.Il movimento degli elettroni è diverso dal movimento della carica (vedere http://physics.stackexchange.com/questions/17741/how-does-electricity-propagate-in-a-conductor).Non tutti i materiali rispondono allo stesso modo a ogni frequenza o livello di carica di energia.Quindi il canale che conduce l'energia del fotone ha limiti di efficienza fisica basati sulla frequenza (o livello di energia) vedi http://en.wikipedia.org/wiki/Photon.Ad esempio, le fibre ottiche possono condurre in modo efficiente fotoni ad alta energia (o alta frequenza) che consentono larghezze di banda più veloci / maggiori.
"cariche energetiche più elevate"?
@rob un fotone con più energia
La latenza è anche aiutata in modo significativo nei cavi molto lunghi, perché i cavi in fibra ottica richiedono meno ripetitori - questo si vede bene nel cavo transatlantico, che è privo di qualsiasi altra infrastruttura - solo il cavo e i ripetitori.
Whaddahell?* "I fotoni in qualsiasi altra cosa viaggiano più lentamente, come nel tuo cavo (0.64c)." * - posso ricordarti che sono gli elettroni che viaggiano, non i fotoni?
@TomášZato No, è una semplificazione che viene spesso fatta in elettronica, ma gli elettroni in realtà non si muovono molto.È la carica che si muove.Ecco lo stesso riferimento che ho posizionato per Celeritas http://physics.stackexchange.com/questions/17741/how-does-electricity-propagate-in-a-conductor
#3
+12
rob
2014-08-06 02:26:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Una linea di trasmissione è composta da una coppia di conduttori che hanno una certa resistenza, induttanza, capacità e conduttanza di dispersione. Possiamo prendere tutti questi per unità di lunghezza:

a cable

L'equazione delle onde per i segnali in questa riga, nel limite di un cavo lossless con $ R = 0 $, $ G = 0 $, è $$ \ frac {\ partial ^ 2 V (x)} {\ partial x ^ 2} + \ omega ^ 2 LC \ cdot V (x) = 0 $$ Devi essere un po ' attenzione con la notazione e le dimensioni qui. In un circuito tipico si usano $ L $ e $ C $ per l'induttanza e la capacità totali, e $ \ sqrt {LC} $ è la frequenza caratteristica dell'oscillatore. Qui, $ L $ e $ C $ sono l'induttanza e la capacità per unità di lunghezza , quindi $ 1 / \ sqrt {LC} $ ha unità di velocità.

In effetti la derivazione su wikipedia continua a mostrare che , nel limite di un cavo lossless, l'uscita è $$ V_ \ text {out} (x, t) \ approx V_ \ text {in} (t- \ sqrt {LC} x) $$ che è coerente con i segnali percorrendo il cavo con velocità $ v = 1 / \ sqrt {LC} $.

Chiaramente l'induttanza e la capacità per unità di lunghezza di un cavo dipendono principalmente dalla loro geometria, e in parte dalle proprietà magnetiche e dielettriche dello spazio intorno e tra i cavi. Sarebbe interessante trovare valori di $ L $ e $ C $ che restituiscano $ v = c $ o $ v>c $; Non l'ho fatto da solo, ma sospetto che le considerazioni geometriche da sole renderanno questo impossibile per fili paralleli separati sotto vuoto, fili coassiali e altre geometrie comuni senza introdurre qualche meta-materiale magico.

Non è necessario utilizzare il tradizionale filo di rame.La tua linea di trasmissione potrebbe essere una radiazione nello spazio libero, o anche un laser o un cavo in fibra ottica e in casi speciali in cui $ E_r $ è vicino a 1.
Le fibre ottiche non funzionano a meno che non abbiano un indice di rifrazione abbastanza grande da mantenere le riflessioni interne totali;tipicamente $ n \ approx1,3–1,5 $, corrispondente a $ v / c \ approx0,6–0,8 $.Ovviamente puoi usare una guida d'onda per le frequenze delle microonde, ma non so se abbia senso applicare lì il formalismo $ L, C $.
Questo è anche, per inciso, ciò che limita il numero di GHz a cui può funzionare una CPU.
Le guide d'onda @rob hanno una [impedenza caratteristica] (http://en.wikipedia.org/wiki/Characteristic_impedance) proprio come le linee di trasmissione coassiali ea doppia derivazione.Si applica ancora la stessa astrazione di induttanza e capacità per unità di lunghezza.
@PhilFrost Sembra che in una guida d'onda sia più semplice prendere $ Z = E / H $, https://en.wikipedia.org/wiki/Wave_impedance.
@rob se hai già $ E $ e $ H $, allora è più semplice anche per altre linee di trasmissione.Di solito il calcolo dell'impedenza caratteristica da induttanza e capacità entra in gioco quando la domanda è "di quale geometria ho bisogno per fabbricare una linea di trasmissione di [una determinata impedenza]".Formule ingegneristiche ben note possono fornire impedenza e capacità per unità di lunghezza per le geometrie più comuni, dalle quali è possibile calcolare l'impedenza caratteristica.
L'aspetto della linea di trasmissione spiega bene perché la velocità di propagazione è inferiore a _c_ ma in realtà non risolve il problema della larghezza di banda come fa la risposta di Phil.Insieme, le due risposte risolvono la domanda posta, quindi voto entrambe.
Può essere utile notare che una volta che la resistenza in serie è entrata, la velocità utile di un cavo, * in assenza di ripetitori *, ha un termine di ritardo significativo che è proporzionale al * quadrato * della lunghezza.Potrebbe anche valere la pena notare che sebbene sia possibile utilizzare ripetitori che trasmettono segnali non appena arrivano, spesso è meglio che i ripetitori misurino la temporizzazione dei segnali in arrivo, capiscano cosa dovrebbero essere e inviano nuovi segnali che precisamentecorrispondere a ciò che avrebbero dovuto essere i segnali ricevuti.Ad esempio, se tutti gli impulsi dovessero essere un multiplo di 100 ns, allora ...
... un ripetitore che riceve un impulso alto da 180 ns seguito da un impulso basso da 320 ns dovrebbe inviare un impulso alto da 200 ns e basso da 300 ns.Affinché un ripetitore possa correggere la temporizzazione del segnale in questo modo, deve ritardare leggermente il segnale per garantire che avrà sempre i dati decodificati dalla linea in entrata entro il tempo previsto per inviarli sulla linea in uscita.
#4
+5
peterG
2014-08-06 04:39:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

"Sicuramente questo è un collo di bottiglia" - No, non lo è davvero. Qualsiasi connessione di rete nella vita reale non è limitata dalla velocità di propagazione del segnale nel cavo, ma dai ritardi di elaborazione nei vari router, switch e dall'elaborazione dell'interfaccia di rete a ciascuna estremità.

Secondo questo documento "le due variabili principali che hanno il maggior effetto sulla latenza di rete sono il ritardo della distanza e il ritardo della coda", quindi il ritardo della distanza è attribuito alla velocità dei cavi.http://www.serviceassurancedaily.com/2008/06/latency-and-jitter/
@Celeritas Le cifre citate nel tuo link sembrano confermarmi.Rame 5us / km = 40.000 km per dare il problematico ritardo di 200 ms citato.Per dirla in un altro modo, se si esegue il ping di un indirizzo IP remoto, il ritardo che si vede nei risultati è in gran parte dovuto all'elaborazione nei router, ecc. Lungo il percorso.
..Anche se ora vedo che l'OP ha modificato la domanda in un modo che rende questo punto molto meno rilevante.
Ma quello che sto dicendo è che il ritardo della distanza non è minimizzato dall'avere un mezzo in grado di trasmettere dati più velocemente?Ad esempio, il ritardo della distanza sarebbe ridotto al minimo se si utilizza un cavo in fibra ottica anziché un Ethernet.
Stai davvero mescolando una serie di cose diverse qui.Significati diversi di "più veloce": latenza rispetto a larghezza di banda.La frequenza portante limita fondamentalmente la quantità di modulazione dei dati nell'unità di tempo.Poiché la fibra utilizza la luce come vettore, è possibile trasportare più dati, ovvero una modulazione più rapida.Questo è il motivo per cui una connessione in fibra a casa tua è più veloce di una in rame;può pompare più dati per unità di tempo.La velocità di propagazione non è realmente rilevante.
@peterG dipende da quanto stai eseguendo il ping.Se stai eseguendo il ping del tuo router sul desktop forse, se stai eseguendo il ping di un server in India da un cavo USA qui sono i tuoi 40.000 km (paghi due volte perché il tuo pacchetto deve andare e tornare).
@pqnet Non sono sicuro di quale sia il tuo punto di vista.Stavo rispondendo all'esempio specifico sollevato nel link.Ovunque tu esegua il ping, se esegui il calcolo appropriato utilizzando la cifra fornita nel link di 5us / km, scoprirai che il tuo ping è molto più lento;e ciò è dovuto all'elaborazione nei router e negli switch.Ma tutto questo è comunque una falsa pista: è la dimensione del tubo di cui l'OP chiede davvero, non la latenza;e esiterei a trarre conclusioni dirette sulla trasmissione dei dati dalla velocità di propagazione di un singolo impulso su una coppia di rame per motivi trattati in altre risposte
@peterG il mio punto è piuttosto semplice: la propagazione del segnale è una componente significativa del ritardo se si considerano le reti mondiali.In questo momento dal mio computer posso eseguire il ping dall'altra parte del pianeta con circa 300 ms andata e ritorno.Più della metà di ciò è dovuto al fatto che la velocità di propagazione del segnale è finita, quindi immagino di poter dire che nel mio caso il ritardo è principalmente determinato dalla propagazione del segnale.
Non so cosa sia "principalmente", e l'OP stava usando il termine "collo di bottiglia", cosa che certamente non è;ma devo ammettere che, dopo aver fatto qualche altra prova, la corrente internet si sta avvicinando a una distanza rispettabile dal limite imposto dalla velocità della luce.Le mie misurazioni: da Manchester (Regno Unito) a Magnitogorsk (RU) 3939 km a c = 3,3us / km = 26 ms andata e ritorno;il ping è di soli 103 ms, quindi è più vicino di quanto mi aspettassi!Internet è diventato più veloce dall'ultima volta che l'ho provato!
#5
+3
jhobbie
2014-08-05 23:49:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Quanto sei sicuro che l'elettricità viaggi alla velocità della luce? Sebbene la propagazione dell'elettricità si muova alla velocità di un'onda E / M, e non degli elettroni, la sua velocità dipende dalla costante dielettrica del materiale. Solo nel vuoto, credo, viaggerebbe alla velocità della luce.

[Cosa si intende per "elettricità"?] (Http://amasci.com/miscon/whatis.html) Intendiamo energia elettrica?Elettroni?Carica elettrica?Il campo elettrico?Cambiamenti in quel campo elettrico?
Direi che la luce viaggia alla velocità della luce per definizione.Quello che vorresti dire forse è che `c` è il valore della velocità della luce nel vuoto, mentre in altre medie velocità della luce è inferiore
#6
+3
Ján Lalinský
2014-08-06 02:29:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Perché solo il 64% Cosa significa velocità di propagazione? So che ci sono altre variabili che influenzano la latenza e la velocità percepita delle connessioni di rete del computer, ma sicuramente questo è un collo di bottiglia.

La velocità di propagazione del segnale è la distanza percorsa dal segnale (pacchetto) in uno secondo. Di solito è inferiore a $ c $ perché le onde EM che trasportano le informazioni viaggiano nel metallo o in qualsiasi mezzo materiale con velocità inferiore a $ c $. Vedere la velocità di gruppo e la teoria della dispersione.

La velocità del segnale determina la latenza minima, ma aumentarla cambiando mezzo o utilizzando una banda di frequenza diversa avrebbe scarso effetto sulla velocità di trasmissione dati massima della linea di trasmissione (bit trasferito / i). Ciò è determinato maggiormente dalla potenza elettrica utilizzata per il trasferimento, dall'intensità del rumore e dalla larghezza di banda utilizzata nonché dalle capacità dell'elettronica alle estremità. I cavi ottici non vengono utilizzati per la loro maggiore velocità di propagazione del segnale, ma per i loro altri vantaggi, come una larghezza di banda utilizzabile molto più ampia.

#7
+3
Hot Licks
2014-08-06 03:04:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Due ragioni:

1) La velocità della luce in un "mezzo" è (quasi *) sempre più lenta della velocità della luce in un vuoto.

2) Elettricità la propagazione in un filo è soggetta a effetti induttivi e capacitivi che ne rallentano il progresso.

E anche se i fili fossero infinitamente veloci, i circuiti integrati non lo sono. Di nuovo, gli effetti induttivi (un po ') e capacitivi (molto) limitano la rapidità con cui un "gate" IC può "commutare".

Un po' di curiosità interessante: i fili che collegano i punti del "backplane" del (ca 1976) Il "supercomputer" Cray 1 aveva tutti la stessa lunghezza, indipendentemente dal fatto che il filo fosse lungo un pollice o 30 pollici. Questo ha assicurato che avessero lo stesso ritardo di propagazione.

(*) Ricordo vagamente che i ragazzi del laboratorio hanno creato strani scenari in cui la luce si propaga attraverso certi mezzi speciali "più velocemente della luce".

RE: *, no, non c'è stato un errore nell'esperimento quando pensavano di averlo fatto.
#8
  0
Martin Petrei
2014-08-05 23:58:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La velocità degli elettroni che fluiscono nel cavo, cioè la corrente , è solo di pochi m / s. L'onda EM si propaga molto più velocemente, ma la velocità di un computer non dipende intrinsecamente dalla velocità degli elettroni, ma dalla velocità dei trasferimenti di energia tra i componenti elettronici.

In effetti, è possibile trasmettere informazioni utilizzando un segnale CA modulato in ampiezza o frequenza, dove la velocità media di deriva della carica è * zero *.
È più lento di così: pochi millimetri all'ora (se si deve credere a Wikipedia)
Secondo questa risposta: http: //physics.stackexchange.com/a/13568/21817, vanno molto veloci.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
Loading...