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.