Stromgeschwindigkeit und Datenübertragung

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Delison

Ich habe an einigen Stellen gelesen, dass der Strom sehr langsam ist. Wie kann dann der Internetverkehr in Kupferleitungen so schnell sein? Ich glaube, ich habe eine große Wissenslücke über die Datenübertragungsstruktur auf niedriger Ebene. Wie auch immer, ich habe danach gesucht und konnte nicht finden, also?

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Dies ist keine Antwort, und ich bin kein Physikprofessor, aber es gibt eine interessante Diskussion über die Stromgeschwindigkeiten [hier] (http://www.physicsforums.com/showpost.php?s=4ba4c1ffc86a3771fe87e9296976c64f&p=65980&postcount = 3) das kann für Sie nützlich sein. Wenn Sie Interesse haben, besuchen Sie einige "Powerline" -Ethernet-Adapter. Mit ihnen können Sie Gigabit-Ethernet über das Stromnetz Ihres Heims / Büros usw. bei voller Gigabit-Geschwindigkeit freigeben. Ich kann mir keine gute Möglichkeit vorstellen, die Geschwindigkeiten der beiden zu vergleichen, aber vielleicht gibt es jemanden, der die Konzepte erklären kann. Josh vor 12 Jahren 1
Ich habe dieses Konzept, aber das Problem, das ich mir nicht vorstellen kann, ist: Wenn Sie Daten übertragen, möchten Sie nicht bestimmte Einsen und Nullen übertragen? oder ist das * noch mehr * low-level als das? Wenn nein, wie können Sie dann angeben, was Sie senden? Delison vor 12 Jahren 0
Elektronen [driften] (http://en.wikipedia.org/wiki/Drift_velocity) durch Drähte sehr langsam, aber das Signal (oder die Energie) wird sich [verbreiten] (http://en.wikipedia.org/wiki/Velocity_of_propagation) nahe an der Lichtgeschwindigkeit. sblair vor 12 Jahren 5
@ Delison - es gibt keine 1s und 0s; das ist eine Sache des ** Interpretierens ** von etwas, das übertragen wird. Wenn Sie den Strom auf einem Draht variieren und wir uns im Voraus darauf geeinigt haben, dass alles über X Volt als 1 und alles unter Y Volt als 0 betrachtet wird, ist dies unser gegenseitiger Interpretationsstandard ** (alias "Protokoll"). ) für ein analoges, reales Ding, das binäre Informationen erzeugt. Wir könnten genauso gut Stöcke über eine Wand werfen und sie messen; etwas länger als 10 cm wäre eine 1; kleiner wäre eine 0. ** Binärdaten werden interpretiert, nicht gesendet oder gespeichert. ** Nathan Long vor 12 Jahren 5
Siehe auch: http://programmers.stackexchange.com/a/132705/7217 Nathan Long vor 12 Jahren 0
@NathanLong +1 für die Unterscheidung zwischen Daten- und Übertragungsstandard. Morse-Code ist beispielsweise nicht ein / aus-digital, sondern eine Unterscheidung zwischen on und on x 3, wobei Gruppierungen derselben durch längeres off getrennt werden, wodurch das übertragene Symbol erhalten wird. Wir können Amplitude, Frequenz, Phase, Impulsbreite usw. als Grundlage der Modulation verwenden und mit wirklich genauen Takten an beiden Enden sogar Zeitmultiplex zur Übertragung mehrerer Datenkanäle. Es ist der Standard, der bestimmt, ob etwas Verständliches herauskommt. Fiasco Labs vor 12 Jahren 0
-1 "Strom ist sehr langsam" irgendwelche Referenzen? Kris vor 12 Jahren 0
@NathanLong, und es geht auch nicht immer darum, ob die Spannung die ganze Zeit über oder unter einer bestimmten Spannung liegt. Für Funk oder [SPS] (http://en.wikipedia.org/wiki/Power_line_communication) gibt es eine Trägerwelle, und die Spannungen müssen relativ dazu sein. Code Bling vor 11 Jahren 0

4 Antworten auf die Frage

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RedGrittyBrick

Elektrizität in Drähten ist im Wesentlichen die Bewegung von Ladungsträgern wie Elektronen. Diese bewegen sich sehr langsam.

Eine Spannungsänderung an einem Ende eines Drahtes bewirkt jedoch fast sofort eine entsprechende Änderung am anderen Ende des Drahtes.

Denken Sie an eine sehr lange Schlauchleitung. Wenn die Leitung leer ist, wenn Sie den Wasserhahn aufdrehen, kann es einige Sekunden dauern, bis sich die Leitung mit Wasser füllt, bevor sie am anderen Ende austritt. Wenn das Rohr bereits mit Wasser gefüllt ist, wird durch Drehen des Hahns sofort Wasser aus dem anderen Ende herausgedrückt.

Die Spannung ist ungefähr analog zum Druck. Eine Änderung des Wasserdrucks kann durch eine Leitung mit Wasser schneller übertragen werden, als sich das Wasser bewegt.

Jeder weiß, dass das Internet aus einer Reihe von "Röhren" besteht, nicht aus Drähten. Lol .... http: //en.wikipedia.org/wiki/Series_of_tubes Moab vor 12 Jahren 4
Heh, ** Tubes ** ... Kein Wunder, wir haben ** Info-Leaks ** und wie jeder Klempner wissen wird, ist das wichtigste Konzept "Stuff Runs Downhill". Fiasco Labs vor 12 Jahren 0
+1. Auch Schallwellen sind ähnlich: Eine Schallwelle bewegt sich mit etwa 343 Metern pro Sekunde durch die Luft. Wenn sich die Luft selbst so schnell bewegte, würde sie Sie umhauen; Stattdessen schlagen die Luftmoleküle nacheinander aneinander, wobei sie mit dieser Geschwindigkeit Energie von einem zum anderen übertragen, während jedes einzelne Molekül meistens in Position bleibt. Nathan Long vor 12 Jahren 2
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BlueRaja - Danny Pflughoeft

Ich habe vor ein paar Jahren tatsächlich einen Blog-Post zu dieser genauen Frage geschrieben.

Obwohl sich die einzelnen Elektronen nur wenige Millimeter pro Sekunde bewegen, bewegt sich das "Signal", wenn sie aufeinander stoßen, viel schneller als das (ein großer Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit) .

electrons bumping into each other through a tube

Man beachte, wie die Kugeln sehr langsam in die Röhre eindringen, aber das "Signal", dass eine Kugel eingedrungen ist (die Kraft, die sich in der Röhre ausbreitet), bewegt sich viel schneller. Elektronen, die sich in einem Draht bewegen, arbeiten auf ähnliche Weise.

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Fiasco Labs

Der Strom selbst fließt mit Lichtgeschwindigkeit x Geschwindigkeitsfaktor durch Drähte . So kann ein billiges Stück RG-58-Koaxialkabel mit einem Geschwindigkeitsfaktor von 75% Radiowellen mit 75% der Lichtgeschwindigkeit übertragen.

Die Verwirrung kommt daher, dass wir nicht nur Gleichstrom zum Übertragen von Informationen verwenden, sondern eher einen Wechselstrom oder einen Wechselstrom, der einer Gleichspannung (Modulation) aufgeprägt wird. Jedes verwendete Übertragungsmedium hat eine maximale Frequenz, bei der es betrieben werden kann. Telegraph mit geschalteter Gleichstromspannung von 5-50 Wpm (ein Draht, der an einer Stange mit einer Erdrückleitung aufgehängt ist), Eine Standard-POTS-Leitung kann 4 kHz (ländliches Parallel-2-Paar-Kabel mit Abschirmung) passieren, eine DSL-Leitung in der Nähe des DSLAM kann 2 MHz (verdrilltes Paar) führen DSLAM zu Hause), ein CAT5-Ethernet-Twisted-Pair-Kabel mit 100 MHz und so weiter. Je höher die Frequenz ist, die das Übertragungsmedium unterstützen kann, desto höher ist normalerweise die Datenrate, die es passieren kann.

Der Strom wird mit der gleichen Geschwindigkeit durch das Kabel geleitet, aber die zunehmend höhere Schaltrate trägt immer mehr Informationen.

Zu diesem Konzept der Verwendung von Elektrizität zum Übertragen von Informationen kommt die verwendete Modulationsart hinzu.

Ganz in der Nähe kann eine einfache Rechtecksignalreihe gut funktionieren. Es gibt viele Geschmacksrichtungen. TTL verwendet eine Verschiebung von 0 bis 5 Volt, RS-232 verwendet einen Spannungshub zwischen positiven und negativen 3 bis 15 Volt. etc. etc.

Bei POTS-Telefonleitungen würde das Senden einer Rechteckwelle nicht funktionieren, die Eigenschaften der Leitung verwandeln sie in eine Sinuswelle, so dass verschiedene Modulationsschemata verwendet werden, wie Amplitudenverschiebung, Frequenzverschiebung, Phasenverschiebung oder eine Kombination davon, die in der QAM verwendet wird verwendet werden, um die Datenrate von 150 Bps auf 56 Kbps zu erhöhen.

DSL arbeitet mit einer viel höheren Frequenz als POTS und verwendet eine als Discrete Multi-Tone bezeichnete Modulationstechnik über mehrere Trägerfrequenzen (denke an das Radio-AM-Band und empfange alle Sender gleichzeitig, wobei jeder Sender ein Datensignal trägt und am anderen verbindet Ende) mit Phasen- und Amplitudenverschiebungsmodulation, wobei eine Datenrate von 1 bis 7 Mbps erreicht wird.

Dies umfasst die lokale Schleife. Wenn wir in das Internet-Backbone einsteigen, beginnen wir mit der Verwendung von digitalen Signalen (DS) und optischen Trägermedien (OC), um den Verkehr mithilfe von PCM-Verfahren (Pulse Code Modulation) über mehrere Kanäle zu verschieben. Dies ist der wahre digitale Teil des Netzwerks. Wieder bewegt sich der Verkehr mit nahezu Lichtgeschwindigkeit, aber die Datenrate hängt von der verwendeten Frequenz und der verwendeten Modulationstechnik ab.

Nachtrag: Elektronen bewegen sich von Minute zu Minute von Atom zu Atom. Der Stromfluss, den wir als Elektrizität wahrnehmen, ist eine nahezu augenblickliche Kaskade von Elektronen, die sich über die Länge eines Leiters von Atom zu Atom bewegen.

-1 Nicht sicher, warum dies so viele positive Bewertungen hat, seit "1.". Es wird jedem, der gerade erst mit dem Studium der Elektrotechnik anfängt, als Kauderwelsch vorlesen, und "2." hat nichts mit der Frage zu tun (warum bewegt sich das Signal?) so schnell, wenn sich die Ladungsträger so langsam bewegen) *, außer beim Nachtrag BlueRaja - Danny Pflughoeft vor 12 Jahren 1
Der Nachtrag ist thematisch aber falsch. In Kupfer (und anderen Metallen) sind die Valenzelektronen (die Strom führenden) nicht an Atome gebunden und bewegen sich nicht von Atom zu Atom. Stattdessen bewegen sie sich frei in der Kristallstruktur. Genau aus diesem Grund leiten Metalle Elektrizität so gut. Materialien, die sich wie beschrieben verhalten (wo Elektronen von Atom zu Atom hüpfen müssen) werden Isolatoren genannt. MSalters vor 12 Jahren 2
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garyjohn

Die Geschwindigkeit, mit der sich Elektronen in einem Leiter bewegen, ist relativ gering, aber die Information wird mittels Stromwellen auf Leiterpaaren oder in der Luft befördert, und diese Wellen bewegen sich sehr schnell: mit Lichtgeschwindigkeit im Vakuum oder etwa bei 2/3 davon in einem Koaxialkabel.

Wenn Sie ein Seil nehmen, ein Ende an etwas befestigen oder von einem Freund festhalten und dann schnell das Seilende auf und ab bewegen, induzieren Sie eine Welle im Seil, die schnell von einem Ende zum anderen Ende geht. Die Seilpartikel bewegen sich jedoch nicht sehr schnell.

Ein anderes Beispiel ist eine Meereswelle. Hunderte von Kilometern pro Stunde fahren einen Tsunami, aber das Wasser, das die Welle trägt, bewegt sich nicht so schnell.

Bei der Meereswellenbewegung bewegen sich die Wasserpartikel in einem Kreis in der Nähe der Oberfläche, größere Kreise, die im Durchmesser absteigen, bis Sie die maximale Tiefe der Welle erreichen (Tsunami = Tiefe der durch den seismischen / geologischen Impuls angeregten Wassersäule). In der Elektrizität bewegen sich Elektronen im Leiter nur von einem Atom zum anderen, eine sehr winzige Bewegung, aber die Kaskade der Elektronenbewegung erstreckt sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den gesamten Leiter. In Luft / Vakuum bewegen sich Radiowellen als gepaartes elektrisches und magnetisches Wechselfeld mit einem Abstand von 90 Grad. Fiasco Labs vor 12 Jahren 0

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