Vezetékek, kábelek és a WiFi

(zene) AZ INTERNET Vezetékek, kábelek és a WIFI Tess Winlock vagyok, szoftver mérnök a Google-nál. Az a kérdés: Hogyan kerül egy kép, üzenet vagy email az egyik helyről a másikra? Nem boszorkányosság. Az interneten keresztül. Ez egy kézzelfogható fizikai rendszer, amit információ továbbítására készítettek. Az internet hasonló a postához. De itt kicsit más a küldemény fizikai formája. Dobozok és borítékok helyett az internet digitális információt továbbít. Az információ bitekből áll. A bit ellentétpárként képzelhető el, be- vagy kikapcsolt, igen vagy nem. Általában az 1 a bekapcsoltat, a 0 a kikapcsoltat jelenti. Mivel a bitnek két lehetséges állapota van, bináris kódnak hívjuk. 8 bit 1 byte-ot, 1024 byte 1 kilobyte-ot, 1024 kilobyte 1 megabyte-ot alkot. Egy átlagos dal 3-4 megabyte. Nem számít kép, videó vagy dal, minden az interneten bitekben továbbítódik. A bit az internet atomja. De nem arról van szó, hogy fizikai értelemben vett 1-eket és 0-kat küldözgetünk ide-oda. Akkor mi az a fizikai dolog, amit a hálózaton és a levegőben küldözgetünk? Nézzünk meg egy példát arra, hogyan folyik a fizikai kommunikáció az emberek között egy bit átküldésekor. Tegyük fel, a bekapcsolt lámpa 1-et, a kikapcsolt 0-t jelent. Vagy dudát használunk, vagy Morze jeleket vagy ehhez hasonlót. Ezek működőképesek, de lassúak, nagy a hibalehetőség, és emberfüggőek. Gépre van szükség. A történelem során sok rendszer épült, ami ehhez hasonló bináris információt továbbított különböző eszközökkel. Manapság a biteket elektromos árammal továbbítjuk, fénnyel és rádióhullámokkal. Elektromos áram Az elektromos árammal küldött bit úgy működik, mintha két vezetékkel összekapcsolt lámpa lenne. Ha az egyik operátor bekapcsolja az áramot, a lámpa felgyullad. Ha nincs áram, nincs fény. Ha mindkét operátor megegyezik, hogy a fény 1-et jelent, a nincs fény 0-t, akkor van egy rendszerünk információs bitek küldésére egyik személytől a másikig elektromos árammal. De van egy gond. Tegyük fel, hogy egymás után öt 0-t akarunk küldeni. Hogyan tudjuk azt megtenni úgy, hogy mindkét végen meg lehessen számolni a nullákat? Az a megoldás, hogy bevezetünk egy órajelet. Az operátorok megegyezhetnek, hogy másodpercenként küldenek egy bitet, és a vevő fél másodpercenként regisztrálja a vonal állapotát. Öt 0-t úgy lehet küldeni, hogy kikapcsolod az áramot és vársz öt másodpercet. A másik oldalon figyelik a másodperceket és jegyzik: „0,0,0,0,0”. Az 1-ekkel fordított a helyzet, kapcsold be az áramot. Persze 1 bit/sec-nél (bit/másodperc) gyorsabban szeretnénk üzeneteket küldeni. Ezért növelni kell a sávszélességet, ami az eszköz maximális átviteli kapacitása. A sávszélességet bitben mérik, ami adott idő (általában másodperc) alatt elküldött bitek számát jelenti. A sebesség másik mérőszáma a késés, ami azt méri, hogy mennyi idő alatt jut el egy bit az egyik helyről a másikra az adótól a vevőig. Az emberi példánkban a forrástól a célig az 1 bit/sec sebesség jó gyors, de embernek nehezen követhető. Tegyük fel, hogy le akarsz tölteni egy 3 megabyte-os dalt 3 másodperc alatt. Megabyte-onként 8 millió bittel számolva ez 8 millió bit/sec-et jelent. Egy ember nem képes ilyen sebességgel adni vagy venni, de egy gép meg tud birkózni a feladattal. Az is felmerül, hogy milyen vezetéken küldjük ezeket az üzeneteket, és milyen messzire jutnak el. Az otthonokban vagy az iskolában szokásos ethernet kábelen már 100 méter körül jelveszteség mérhető. Ha azt szeretnénk, hogy az internet világviszonylatban működjön, más eszközre van szükség az információ nagy távolságokra küldéséhez. Például tengerentúlra. Akkor mit használjunk? Mi az, ami sokkal gyorsabban terjed, mint az áram a vezetékben? Hát a fény. A biteket fénysugárként küldjük az egyik helyről a másikra optikai kábelen keresztül, ami egy üveghuzal, ami visszaveri a fényt. Amikor elküldesz egy fénynyalábot a kábelben, az a kábelben ide-oda ugrál, amíg megérkezik a túloldalra. A visszaverődés szögétől függően egyidejűleg több bitet is küldhetünk, ahol minden fénysebességgel halad. Az optikai kábel igazán gyors. De ami még fontosabb, hogy a jel nagy távolságon se torzul. Így több száz kilométerre küldhetünk jelvesztés nélkül. Ezért használunk üvegszálat a tengerfenéken át a kontinensek összekapcsolásához. 2008-ban egy kábelt átvágtak az egyiptomi Alexandria közelében, ami elvágta a Közel Kelet és India nagy részén az internetet. Bár természetesnek vesszük az internetet, az valójában egy törékeny rendszer. Az üvegszál fantasztikus, de igencsak drága, és nehéz dolgozni vele. Legtöbbször rézhuzalt használnak. De hogyan boldogulunk vezeték nélkül? Hogyan küldünk adatokat? Rádióhullám Általában a vezeték nélküli bit-küldő gépek rádiójeleket küldenek egyik helyről a másikra. A gépek az 1-eket és 0-kat különböző frekvenciájú rádióhullámmá fordítják le. A vevő gépek megfordítják az eljárást és visszaalakítják binárisra a számítógépnek. A wifi mobillá tette az internetet. De a rádiójel nem jut messze anélkül, hogy ne válna teljesen zajossá. Ezért nem lehet tisztán fogni Los Angeles-i rádióadót Chicagóban. Akármilyen jó a WIFI, ma még függ a vezetékes internettől. Ha egy kávézóban WIFIt használsz, akkor a bitjeid a WIFI routeren keresztül mennek, ezután a kábelre kerülnek, hogy bejárják az internet nagy távolságait. A bitek továbbításának technikája változhat a jövőben. Talán műholdak közötti lézersugarak lesznek, vagy léggömbök vagy drónok közötti rádióhullámok. De az információ bináris kódolása és a küldési és vételi protokollok alapvetően nem változnak. Minden az interneten – legyen az szöveg, email, kép, cicás, kutyás videó – 1-ekké és 0-kká alakul, amit elektronikus impulzusok, fénysugár, rádióhullám és persze rengeteg szeretet továbbít. (zene)