Przewody, kable i WiFi

INTERNET: PRZEWODY, KABLE I WIFI Jestem Tess Winlock, informatyczka w Google. Pytanie: jak obraz, wiadomość tekstowa lub mejl są przesyłane między urządzeniami? To nie magia! To internet: namacalny, fizyczny system do przekazu informacji. Przypomina pocztę, choć przesyłanie obiektów fizycznych przebiega inaczej. Zamiast paczek i kopert internet przesyła informacje binarne. Złożone z bitów. Bit można opisać jako parę przeciwieństw: włączone-wyłączone, tak-nie. Zwykle jedynka oznacza "włączone", a zero – "wyłączone". A że bit ma dwa możliwe stany, kod nazywamy binarnym. Osiem bitów tworzy bajt. Tysiąc bajtów to jeden kilobajt. Tysiąc kilobajtów daje megabajt. Kodowanie piosenki wymaga trzech-czterech megabajtów. Nieważne, czy przesyłamy obraz, film czy piosenkę. W internecie wszystko ma postać bitów. To atomy informacji. Ale nie przesyłamy fizycznie jedynek i zer z miejsca na miejsce, od osoby do osoby. Co więc jest wysyłane przewodami i drogą powietrzną? Zobaczmy, jak ludzie komunikują się fizycznie, by wysłać informację z jednego miejsca w drugie. Powiedzmy, że zapalamy światło dla jedynki i gasimy dla zera lub używamy sygnałów dźwiękowych, może kodu Morse'a. Te metody są powolne i zależne od ludzi. Potrzebujemy maszyny. Na przestrzeni dziejów stworzyliśmy wiele systemów do wysyłania informacji binarnych przez różne ośrodki fizyczne. Dziś przesyłamy bity za pomocą prądu, światła i fal radiowych. PRĄD Jak wysłać bit za pomocą prądu? Połączmy dwie żarówki miedzianym przewodem. Gdy jeden operator włączy prąd, to żarówka zaświeci. Bez prądu światła nie będzie. Gdy operatorzy uzgodnią, że zapalone światło oznacza jedynkę, a zgaszone – zero, to mamy system przekazu bitów informacji od osoby do osoby, przy użyciu prądu. Jest kłopot. Chcemy wysłać zero pięć razy z rzędu. Jak to zrobić, żeby druga osoba mogła te zera policzyć? Rozwiązaniem jest zegar. Trzeba uzgodnić, że nadawca wysyła jeden bit na sekundę, a odbiorca co sekundę sprawdza, co się dzieje. Aby przesłać pięć zer z rzędu, trzeba zgasić żarówkę i odczekać pięć sekund. Druga osoba policzy sekundy, zapisze zera i zapali światło. Oczywiście bit na sekundę to za mało. Trzeba zwiększyć szerokość pasma. To maksymalna przepustowość urządzenia. Szerokość pasma mierzymy w przepływności. To liczba bitów, które możemy przesłać w danym okresie, zwykle mierzonym w sekundach. Inną miarą prędkości jest opóźnienie – czas, jakiego trzeba, by jeden bit przeniósł się z jednego miejsca w drugie. Od źródła do odbiornika. Dla człowieka jeden bit na sekundę to szybko. Trudno nadążyć! Powiedzmy, że chcemy załadować trzymegabajtową piosenkę w trzy sekundy. Przy 8 mln bitów na megabajt przepływność wynosi 8 mln bitów na sekundę. Ludzie nie wyślą tylu bitów na sekundę, ale maszyna sobie poradzi. Pytanie: jakimi przewodami wysyłać te informacje i jak daleko mogą dotrzeć sygnały? W przewodzie ethernetowym, jaki znajdziecie w domu, biurze czy szkole, zauważycie mierzalną utratę sygnału na odległości zaledwie stu metrów. Aby internet działał globalnie, trzeba innej metody wysyłania bitów na duże odległości. Mówię o przekazach transoceanicznych. Czego użyć? Co przemieszcza się szybciej niż prąd w przewodach? Światło. Wysyłamy bity jako wiązki światła, używając światłowodu. To szklana nić zrobiona tak, by odbijać światło. Wiązka wysłana przewodem odbija się od niego i biegnie aż do odbiornika. Zależnie od kąta odbicia możemy wysyłać wiele bitów jednocześnie. Wszystkie biegną z prędkością światła. Metoda jest więc szybka, a sygnał nie traci jakości na dużych odległościach. Można pokonać setki kilometrów bez utraty sygnału. Dlatego używamy światłowodów na dnie oceanu, łącząc kontynenty. W 2008 r. doszło do przecięcia przewodu niedaleko Aleksandrii. Duże obszary Bliskiego Wschodu i Indii straciły dostęp do sieci. Myślimy, że internet jest wieczny, a to delikatny, fizyczny system. Doskonała metoda światłowodowa jest kosztowna. Najczęściej więc używamy przewodów miedzianych. A jak przesyłać informacje bez kabla, czyli bezprzewodowo? Urządzenia najczęściej korzystają z sygnałów radiowych, by wysyłać bity. Maszyny tłumaczą jedynki i zera na fale radiowe o różnych częstotliwościach. Odbiorniki odwracają ten proces i tłumaczą sygnał na kod binarny w komputerze. Dzięki temu mamy internet mobilny, ale sygnał radiowy nie przemieszcza się aż tak daleko; zostaje zniekształcony. W Chicago nie posłuchacie radia Los Angeles. Przekaz bezprzewodowy opiera się na internecie przewodowym. Gdy używacie Wi-Fi w kawiarni, to bity są przesyłane routerem bezprzewodowym do fizycznego przewodu i dopiero nim przemieszczają się na duże odległości. Może fizyczna metoda przesyłania bitów kiedyś się zmieni. Lasery z satelitów, fale radiowe z balonów lub dronów… Ale binarne przedstawienie informacji i protokoły ich wysyłania oraz odbierania do tej pory nie uległy zmianom. Wszystko w internecie: słowa, mejle, obrazy, filmiki z kotkami i pieskami, wszystko sprowadza się do zer i jedynek przesyłanych impulsami elektrycznymi, wiązkami światła, falami radiowymi… z miłością!