ビットを転送したい短い銅線があるとします。銅線の一方の端にビットを押し込むと、すぐに (ほぼ光速で) ビットがもう一方の端に到達します。その後、次のビットを押すまで 1 秒待ちます。
私の理解では、この例の伝送速度は 1 ビット/秒で、伝播速度はほぼ光速です。
ビットが相手側に非常に速く到着したのに、次のビットを送信する前になぜ 1 秒も待たなければならないのでしょうか。そこで、送信速度を 1,000 ビット/秒に上げてみましょう。この場合も、各ビットはほとんど瞬時に相手側に到達し、約 1000 分の 1 秒待つことになります。伝送速度に制限はありますか? イーサネット ケーブルの伝送速度が制限されるのはなぜですか?
私が読んだところによると、ワイヤの長さによって伝送速度が変わることはないはずですが、銅線を長くすると、ビットがもう一方の端に到達するのに時間がかかり、1 秒間に宛先に到達するビット数が少なくなり、伝送速度が低下します。どこが間違っているのでしょうか?:(
答え1
長さとビットレートの問題は、ビットの表現方法と密接に関係しています。
以下の説明は、あなたの提案である「ケーブルを介してビットを送信する」に適用される基本的な振幅変調に有効です。@sawdust が以下のコメントで指摘しているように、現代のネットワークは [1] かなり異なる方法で処理します。
1 と 0 は異なる電圧レベルで表現されます。デジタル領域では、下の図の最初のグラフの完全な正方形として考えることができます。
さて、この信号をケーブルで転送すると、信号は歪んでしまいます (2 番目のグラフを参照)。ケーブルの容量や抵抗、電磁干渉など、さまざまな要因があります。電気技師が詳細を教えてくれるかもしれません。要点は、ケーブルが長くなるほど歪みがひどくなるということです。つまり、信号の振幅が減少し、形状がかなり変化する可能性があるということです。
ケーブルの端では、受信機は歪んだ信号を使用して完全な正方形のプロットを再現します (下の 3 番目のプロットを参照)。ケーブルが長すぎて歪みが強すぎる場合 (特に振幅が小さい場合)、受信機は元の信号がどのように見えたかを判断できない可能性があります。これがケーブルの長さの要因です。
もう 1 つの問題は、ビット レートが増加すると、正方形間の距離が短くなることです。歪みにより、歪んだ信号に 1 つの正方形が隠れていたのか、それとも 2 つの正方形が隠れていたのかがわからなくなる可能性があります。ビットを無限に近づけることができないのは、このためです。
最終的には、ビット間の距離が長い (ビットレートが低い) 場合はケーブルを長くするか、ビットレートが高く、短くて高品質のケーブル (歪みや減衰が少ない) を選択することができます。
下の図は、矩形信号が送信中にどのように劣化するかを説明するのに役立ちます。これは最良の例ではないので、もっと良い例を見つけた方は、自由に編集してください。
[1]: 現代の伝送技術は、それ自体に情報を含まない高周波搬送波（正弦波信号）を使用して変調します。この変調（元の正弦波への変更）が実際の情報を保持します。理論的には、正弦波のすべてのパラメータ（周波数、振幅、位相）を使用して情報を転送でき、組み合わせも可能です。
ただし、いくつかのトレードオフは依然として有効です。
たとえば、2 つ以上の異なる振幅レベルがあるマルチ振幅変調の場合、2^n振幅を使用して、各送信シンボル内で最大nビットをエンコードできます。 の値が大きいほどnビットレートは向上しますが、異なる振幅レベルを区別することが難しくなります2^n。
答え2
確かに、どのワイヤにも情報転送速度の最大値は存在します。以前はそれを計算するための定評のある公式があったように記憶していますが、見つけることができないため、新しい情報理論に取って代わられたのではないかと思います。
しかし、要因はたくさんあるので、解決するのは決して簡単ではありません。おそらく不可能です。私にとっては絶対に無理です!! 解決するのは(とにかく簡単ではありません)。
さらに、伝送速度には実際的な制限が数多くあります。
イーサネットには、国際的に合意された標準である制限が設定されています。これは、既知のパフォーマンスで建物に組み込むことができるようにするためのものです（高価）。ケーブルの定格値は最大伝送速度ではなく、最大伝送速度です。保証されたレート - 正しくインストールされている場合!!
外部ノイズ、プラグとソケットの機械的摩耗、両端からの伝送ノイズ、ケーブルの曲がり、ケーブルへの圧力、ケーブルと他のコンポーネントの電気抵抗などの制限。これらすべて、そしておそらくそれ以上のものが、反対側で確実に元に戻せる伝送を行うケーブルの能力に悪影響を及ぼします。また、長さケーブルの。パラメータを超えたり、不適切にインストールしたりすると、伝送の信頼性が低下します。もちろん、現代のネットワークは伝送ノイズに対処するように設計されていますが、対処しなければならないノイズが増えるほど、速度が遅くなり、信頼性が低下します。