Допустим, у меня есть короткий медный провод, по которому я хочу передавать биты. Я могу вставить бит в один конец провода, и в мгновение ока (почти со скоростью света) бит достигнет другого конца, а затем я жду секунду, пока не вставлю следующий бит.
Насколько я понимаю, скорость передачи в этом примере составляет 1 бит/сек, а скорость распространения близка к скорости света.
Поскольку бит достиг другого конца так быстро, почему я должен ждать целую секунду, прежде чем передать следующий? Так что давайте увеличим скорость передачи до 1000 бит/сек. Опять же, каждый бит достигнет другого конца практически мгновенно и будет ждать около тысячной доли секунды.Есть ли ограничение скорости передачи? Почему кабели Ethernet имеют ограниченную скорость передачи?
Насколько я понимаю, длина провода не должна влиять на скорость передачи данных, но если бы я удлинил медный провод на большее расстояние, то битам потребовалось бы больше времени, чтобы достичь другого конца, таким образом, меньше бит будут доходить до места назначения за секунду — скорость передачи данных снизится. Где я не прав?:(
решение1
Проблема с длиной и битрейтом тесно связана со способом представления битов.
Следующее описание справедливо для базовой амплитудной модуляции, которая применима к вашему предложению «отправка битов через кабель». Как отмечает @sawdust в комментарии ниже, современные сети делают вещи несколько иначе [1].
Единицы и нули выражаются разными уровнями напряжения. В цифровом домене вы можете думать об этом как о полных квадратах из первого графика на рисунке ниже.
Теперь, если вы передадите этот сигнал по кабелю, он будет искажен (см. 2-й график). Есть много факторов, таких как емкость и сопротивление кабеля, электромагнитные помехи, ... Некоторые инженеры-электрики могут дать вам больше подробностей. Дело в том, что искажение становится сильнее в более длинных кабелях. Это означает, что амплитуда сигнала уменьшится, а форма может измениться довольно сильно.
На конце кабеля приемник будет использовать искаженный сигнал для воссоздания идеального квадратного графика (см. 3-й график ниже). Если кабель был слишком длинным, а искажение слишком сильным (особенно меньшая амплитуда), приемник может не определить, как выглядел исходный сигнал. Так что это фактор длины кабеля.
Другая проблема — это увеличенная скорость передачи данных, поскольку она уменьшит расстояние между квадратами. Искажение может сделать невозможным определение того, были ли скрыты 1 или 2 квадрата в теперь искаженном сигнале. Вот почему вы не можете размещать биты бесконечно близко друг к другу.
В конце концов, вы можете выбрать: большое расстояние между битами (низкий битрейт) и длинный кабель. Или высокий битрейт и короткий, высококачественный кабель (который внесет меньше искажений и затухания).
Рисунок ниже должен помочь проиллюстрировать, как квадратный сигнал будет ухудшаться во время передачи. Это не лучший пример, так что если кто-то найдет лучший, не стесняйтесь редактировать.
[1]: Современные технологии передачи используют высокочастотную несущую волну (синусоидальный сигнал), которая сама по себе не содержит никакой информации, и модулируют ее. Эта модуляция (изменения исходной синусоиды) и есть то, что содержит фактическую информацию. Теоретически все параметры синусоиды могут быть использованы для передачи информации (частота, амплитуда, фаза), а также возможны комбинации.
Однако некоторые компромиссы все еще актуальны:
Например, в многоамплитудной модуляции, где у вас есть более 2 различных уровней амплитуды. Вы можете использовать 2^nамплитуды для кодирования до nбитов в каждом переданном символе. Более высокое значение nулучшает битрейт, но затрудняет различение 2^nразличных уровней амплитуды.
решение2
Конечно, существует максимальная скорость передачи информации для любого данного провода. Кажется, я помню, что когда-то была уважаемая формула для ее расчета, но я подозреваю, что ее обогнали новые теории информации, потому что я не могу ее найти.
Однако факторов много, так что это совсем не просто, вероятно, невозможно, по крайней мере, для меня!! Разработать (ну, по крайней мере, нелегко).
Кроме того, существует множество практических ограничений скорости передачи данных.
Ethernet установил ограничения, которые являются международными стандартами. Это сделано для того, чтобы их можно было встраивать в здания (дорого) с известной производительностью. Номинальное значение кабеля — это НЕ максимальная скорость передачи, а скорее максимальнаягарантированоставка - ЕСЛИ она установлена правильно!!
Ограничения, такие как внешний шум, механический износ вилки и розетки, шум передачи с любого конца, изгибы кабеля, давление на кабель, электрическое сопротивление в кабеле и других компонентах. Все эти вещи и, возможно, больше, накладывают свой отпечаток на способность кабеля принимать передачу, которая может быть надежно собрана обратно на другом конце. Они также ограничиваютдлинакабеля. Превышение параметров или плохая установка приведут к ненадежной передаче. Конечно, современные сети спроектированы так, чтобы справляться с помехами передачи, но чем больше им приходится с ними сталкиваться, тем медленнее и менее надежными становятся вещи.