Angenommen, ich habe einen kurzen Kupferdraht, über den ich Bits übertragen möchte. Ich kann ein Bit an einem Ende des Drahtes einschieben, und in kürzester Zeit (beinahe mit Lichtgeschwindigkeit) erreicht das Bit das andere Ende. Dann warte ich eine Sekunde, bis ich das nächste Bit einschieben kann.
So wie ich es verstehe, beträgt die Übertragungsrate in diesem Beispiel 1 Bit/Sek. und die Ausbreitungsgeschwindigkeit entspricht nahezu der Lichtgeschwindigkeit.
Wenn das Bit das andere Ende so schnell erreicht hat, warum sollte ich dann eine ganze Sekunde warten, bevor ich das nächste übertrage? Beschleunigen wir also die Übertragungsrate auf 1.000 Bit/Sek. Auch hier erreicht jedes Bit das andere Ende in kürzester Zeit und wartet etwa eine Tausendstelsekunde.Gibt es eine Begrenzung der Übertragungsrate? Warum haben Ethernet-Kabel eine begrenzte Übertragungsrate?
So wie ich das gelesen habe, sollte die Länge des Kabels keinen Einfluss auf die Übertragungsrate haben. Würde ich das Kupferkabel jedoch sehr weit verlängern, bräuchten die Bits länger, um das andere Ende zu erreichen, und somit würden weniger Bits pro Sekunde am Ziel ankommen – niedrigere Übertragungsrate. Wo liege ich falsch?:(
Antwort1
Das Problem mit der Länge und der Bitrate hängt eng mit der Art und Weise zusammen, wie Bits dargestellt werden.
Die folgende Beschreibung gilt für die grundlegende Amplitudenmodulation, die auf Ihren Vorschlag zutrifft, „Bits über ein Kabel zu senden“. Wie @sawdust im Kommentar unten anmerkt, gehen moderne Netzwerke die Dinge etwas anders an [1].
Einsen und Nullen werden durch unterschiedliche Spannungspegel ausgedrückt. Im digitalen Bereich kann man sich das als die perfekten Quadrate aus dem ersten Diagramm im Bild unten vorstellen.
Wenn Sie dieses Signal nun über ein Kabel übertragen, wird es verzerrt (siehe 2. Diagramm). Dabei spielen viele Faktoren eine Rolle, wie Kapazität und Widerstand des Kabels, elektromagnetische Störungen usw. Ein Elektroingenieur kann Ihnen vielleicht genauere Informationen geben. Der Punkt ist, dass die Verzerrung bei längeren Kabeln schlimmer wird. Das bedeutet, dass die Amplitude des Signals abnimmt und sich die Form ziemlich verändern kann.
Am Ende des Kabels verwendet der Empfänger das verzerrte Signal, um das perfekte quadratische Diagramm wiederherzustellen (siehe 3. Diagramm unten). Wenn das Kabel zu lang und die Verzerrung zu stark war (insbesondere die kleinere Amplitude), kann der Empfänger möglicherweise nicht erkennen, wie das ursprüngliche Signal aussah. Das ist also der Faktor der Kabellänge.
Das andere Problem ist die erhöhte Bitrate, da sie den Abstand zwischen den Quadraten verringert. Die Verzerrung könnte es unmöglich machen zu erkennen, ob im nun verzerrten Signal 1 oder 2 Quadrate versteckt waren. Deshalb können Sie die Bits nicht unendlich nah beieinander platzieren.
Am Ende haben Sie die Wahl: Großer Abstand zwischen den Bits (niedrige Bitrate) und langes Kabel. Oder hohe Bitrate und kurzes, hochwertiges Kabel (das weniger Verzerrungen und Dämpfung verursacht).
Die folgende Abbildung soll veranschaulichen, wie sich ein Rechtecksignal während einer Übertragung verschlechtert. Es ist nicht das beste Beispiel, also kann jeder, der ein besseres findet, es gerne bearbeiten.
[1]: Moderne Übertragungstechniken verwenden eine hochfrequente Trägerwelle (ein Sinussignal), die selbst keine Informationen enthält und moduliert diese. Diese Modulation (die Veränderung der ursprünglichen Sinuswelle) ist es, die die eigentliche Information enthält. Theoretisch können alle Parameter der Sinuswelle zur Informationsübertragung genutzt werden (Frequenz, Amplitude, Phase) und auch Kombinationen sind möglich.
Einige Kompromisse müssen jedoch weiterhin eingegangen werden:
Beispielsweise bei der Multiamplitudenmodulation, bei der Sie mehr als zwei verschiedene Amplitudenstufen haben. Sie können 2^nAmplituden verwenden, um bis zu nBits innerhalb jedes übertragenen Symbols zu kodieren. Ein höherer Wert nverbessert die Bitrate, erschwert jedoch die Unterscheidung der 2^nverschiedenen Amplitudenstufen.
Antwort2
Es gibt sicherlich eine maximale Informationsübertragungsrate für jedes beliebige Kabel. Ich meine mich zu erinnern, dass es früher eine anerkannte Formel zur Berechnung gab, aber ich vermute, dass sie von neueren Informationstheorien überholt wurde, weil ich sie nicht finden kann.
Es gibt jedoch viele Faktoren, also ist es überhaupt nicht einfach – wahrscheinlich nicht möglich – und jedenfalls nicht für mich!! Herauszufinden (also jedenfalls nicht einfach).
Darüber hinaus gibt es viele praktische Grenzen für die Übertragungsraten.
Ethernet hat Grenzwerte festgelegt, die international vereinbarte Standards sind. Dies ist so, dass sie mit einer bekannten Leistung in Gebäude integriert werden können (kostspielig). Der Nennwert des Kabels ist NICHT die maximale Übertragungsrate, sondern die maximalegarantiertRate - WENN es richtig installiert ist!!
Einschränkungen wie externes Rauschen, mechanischer Verschleiß von Stecker und Buchse, Übertragungsgeräusche von beiden Enden, Kabelbiegungen, Druck auf das Kabel, der elektrische Widerstand im Kabel und andere Komponenten. All diese Dinge und wahrscheinlich noch mehr beeinträchtigen die Fähigkeit des Kabels, eine Übertragung zu ermöglichen, die am anderen Ende zuverlässig wieder zusammengefügt werden kann. Sie begrenzen auch dieLängedes Kabels. Das Überschreiten der Parameter oder eine schlechte Installation führt zu unzuverlässigen Übertragungen. Natürlich sind moderne Netzwerke so ausgelegt, dass sie mit Übertragungsrauschen zurechtkommen, aber je mehr sie damit zu tun haben, desto langsamer und unzuverlässiger werden die Dinge.