Το διαδίκτυο | Σύρματα, Καλώδια και Wi-Fi
Με λένε Τες Γουίνλοκ, είμαι μηχανικός λογισμικού στην Google κι έχω ένα ερώτημα.
Πώς γίνεται η αποστολή εικόνας, μηνύματος, κειμένου ή ηλεκτρονικού ταχυδρομείου στις συσκευές;
Δεν γίνεται δια μαγείας, αλλά μέσω του Διαδικτύου.
Ένα απτό, φυσικό σύστημα, φτιαγμένο να μεταφέρει πληροφορίες,
Το ίντερνετ μοιάζει πολύ με την ταχυδρομική υπηρεσία, αλλά αυτά που στέλνονται διαφέρουν.
Αντί για κουτιά και φακέλους, το ίντερνετ στέλνει δυαδικές πληροφορίες.
Η πληροφορία είναι φτιαγμένη από ψηφία.
Ένα ψηφίο (μπιτ) μπορούμε να το φανταστούμε σαν ένα ζευγάρι αντιθέτων.
Αναμμένο ή Σβηστό.
Ναι ή Όχι.
Συνήθως χρησιμοποιούμε το 1 για αναμμένο και το 0 για σβηστό.
Επειδή ένα μπιτ έχει δύο πιθανές καταστάσεις το σύστημα αυτό ονομάζεται δυαδικό.
Οχτώ μπιτ το ένα δίπλα στο άλλο μας κάνουν ένα μπάιτ.
Χίλια μπάιτ μας κάνουν ένα κιλομπάιτ. Χίλια κιλομπάιτ είναι ένα μεγαμπάιτ.
Ένα τραγούδι συνήθως κωδικοποιείται σε 3-4 μεγαμπάιτ.
Δεν παίζει ρόλο αν πρόκειται για εικόνα, βίντεο ή τραγούδι,
όλα στο Διαδίκτυο αναπαριστώνται και ταξιδεύουν ως μπιτ.
Αυτά είναι τα άτομα της πληροφορίας.
Αλλά και πάλι, δεν στέλνουμε πραγματικά νούμερα από μέρος σε μέρος ή από άνθρωπο σε άνθρωπο.
Οπότε, τι ταξιδεύει πραγματικά μέσα στα καλώδια και τον αέρα;
Ας δούμε ένα μικρό παράδειγμα του πώς θα μπορούσαμε οι άνθρωποι να στείλουμε στην πράξη ένα μπιτ ο ένας στον άλλο.
Θα μπορούσαμε να αναβοσβήνουμε ένα φως.
Ή να χρησιμοποιούμε ήχους ή κάτι παρόμοιο σαν κώδικα Μορς.
Οι παραπάνω μέθοδοι λειτουργούν αλλά είναι πραγματικά αργές, εύκολα συμβαίνουν σφάλματα
και είναι απολύτως εξαρτώμενες από τους ανθρώπους.
Αυτό που πραγματικά χρειαζόμαστε είναι μηχανές. Στην ιστορία της ανθρωπότητας έχουν φτιαχτεί
πολλά συστήματα που μπορούν να στέλνουν τις δυαδικές πληροφορίες μέσω διαφόρων τύπων υλικών μέσων.
Σήμερα, στέλνουμε τα μπιτ με τον ηλεκτρισμό, το φως και τα ραδιοκύματα.
Η αποστολή ενός μπιτ με ηλεκτρισμό γίνεται με δύο λάμπες συνδεδεμένες με χάλκινο σύρμα.
Αν ένας χειριστής συσκευής ανοίξει το ρεύμα, τότε η λάμπα ανάβει. Χωρίς ρεύμα δεν έχει φως.
Αν συμφωνήσουν δύο χειριστές ότι το αναμμένο φως σημαίνει 1 και το σβηστό φως σημαίνει 0,
τότε έχουμε ένα σύστημα αποστολής μπιτ πληροφορίας μεταξύ ανθρώπων με χρήση ηλεκτρισμού.
Υπάρχει ένα μικρό προβληματάκι βέβαια, αν θέλουμε να στείλουμε πέντε 0 στη σειρά,
πώς θα το κάνουμε έτσι ώστε να μπορούμε να μετρήσουμε πόσα μηδενικά είναι;
Υπάρχει λύση, ένα ρολόι ή χρονοδιακόπτης.
Οι χειριστές μπορούν να συμφωνήσουν ότι
ο αποστολέας θα στέλνει 1 μπιτ ανά δευτερόλεπτο, ενώ ο λήπτης θα καταγράφει κάθε δευτερόλεπτο.
Για να στείλουμε πέντε 0 στη σειρά, απλώς σβήνουμε το φως, και περιμένουμε 5 δευτερόλεπτα.
ενώ ο λήπτης στην άλλη μεριά της γραμμής γράφει κάθε δευτερόλεπτο.
Για τα 1, κάνουμε το αντίθετο, ανοίγουμε το φως.
Ίσως, βέβαια, να θέλαμε να μεταδίδουμε λίγο πιο γρήγορα
από ένα μπιτ το δευτερόλεπτο, οπότε χρειάζεται να αυξήσουμε το εύρος ζώνης
που είναι η μέγιστη δυνατότητα μετάδοσης μιας συσκευής.
Το εύρος ζώνης μετράται με τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων,
που είναι ο αριθμός των μπιτ που μπορούμε να στείλουμε σε ένα χρονικό διάστημα, συνήθως ένα δευτερόλεπτο.
Ένας άλλος τρόπος να μετρήσουμε την ταχύτητα είναι ο χρόνος αναμονής, δηλαδή ο πραγματικός χρόνος
που χρειάζεται ένα μπιτ για να ταξιδέψει από ένα μέρος σε ένα άλλο, δηλαδή από την πηγή στην αιτούμενη συσκευή.
Στη δοκιμή με τους ανθρώπους ένα μπιτ ανά δευτερόλεπτο ήταν αρκετά γρήγορο
και ίσως δύσκολο για έναν άνθρωπο να τα βγάλει πέρα και να συμβαδίσει.
Αν θέλετε να κατεβάσετε ένα τραγούδι 3ΜΒ σε 3 δευτερόλεπτα και σκεφτούμε ότι υπάρχουν 8 εκατομμύρια μπιτ ανά μεγαμπάιτ,
μιλάμε για ρυθμό μετάδοσης 8 εκατομμυρίων μπιτ ανά δευτερόλεπτο.
Προφανώς ένας ένας άνθρωπος δεν μπορεί να στείλει ή να λάβει 8 εκατομμύρια μπιτ ανά δευτερόλεπτο, αλλά μια μηχανή μπορεί.
Το ερώτημα είναι τι είδους καλώδιο χρειάζεστε και πόσο μακριά τα πηγαίνουν τα σήματα.
Με καλώδια Ethernet, σαν αυτά που έχετε στο σπίτι, το γραφείο ή το σχολείο σας,
υπάρχει σημαντική απώλεια σήματος ή παρεμβολή μετά από μόλις μερικές εκατοντάδες μέτρα.
Για να μπορεί να λειτουργήσει το διαδίκτυο κατά μήκος όλης της γης χρειαζόμαστε
μια εναλλακτική μέθοδο για την αποστολή μπιτ σε πραγματικά μεγάλες αποστάσεις.
Να μπορεί να διασχίσει ακόμα και ωκεανούς. Τι άλλο θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε;
Τι κινείται πιο γρήγορα από τον ηλεκτρισμό μέσω καλωδίων;
Φως!
Μπορούμε να στείλουμε μπιτ ως ακτίνα φωτός από ένα μέρος σε ένα άλλο με τη χρήση καλωδίων οπτικής ίνας.
Οπτική ίνα είναι είναι μια γυάλινη κλωστή φτιαγμένη έτσι ώστε να αντανακλά το φως.
Όταν στέλνουμε μια ακτίνα φωτός σε αυτό το καλώδιο, αντανακλάται στα τοιχώματα κατά μήκος του
μέχρι να φτάσει στην άλλη άκρη.
Ανάλογα με την γωνία ανάκλασης στέλνουμε πολλές ακτίνες ταυτόχρονα, που όλες ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός.
Άρα, η οπτική ίνα είναι πραγματικά γρήγορη.
Το κυριότερο όμως είναι ότι δεν έχουμε απώλεια σήματος σε μεγάλες αποστάσεις.
Το σήμα μπορεί να ταξιδέψει ακόμα και εκατοντάδες χιλιόμετρα χωρίς ιδιαίτερες απώλειες.
Για αυτό χρησιμοποιούμε καλώδια οπτικής ίνας στο βυθό των ωκεανών για να συνδέσουμε τις ηπείρους.
Το 2008 κόπηκε ένα καλώδιο κοντά στην Αλεξάνδρεια της Αιγύπτου
και διακόπηκε το Διαδίκτυο σε μεγάλο μέρος της Μέσης Ανατολής και της Ινδίας.
Αν και θεωρούμε το ίντερνετ δεδομένο, είναι ουσιαστικά ένα εύθραυστο φυσικό σύστημα.
Αν και η ίνα είναι εκπληκτική, είναι επίσης ακριβή και δύσκολη στην χρήση.
Γι' αυτό η χρήση του καλωδίου χαλκού είναι η πιο διαδεδομένη.
Πώς στέλνουμε όμως σήματα ασύρματα, χωρίς καλώδια;
Με ραδιοκύματα.
Οι ασύρματες συσκευές αποστολής μπιτ χρησιμοποιούν συνήθως ραδιοσήματα για την αποστολή μπιτ από μέρος σε μέρος.
Οι συσκευές αυτές πρέπει ουσιαστικά να μεταφράσουν τα 1 και τα 0 σε ραδιοκύματα διαφόρων συχνοτήτων.
Οι συσκευές που λαμβάνουν τα σήματα αντιστρέφουν τηδιαδικασία και τα μετατρέπουν ξανά σε 0 και 1 στον υπολογιστή σας.
Άρα η ασύρματη μετάδοση κάνει το Διαδίκτυο φορητό.
Όμως, ένα ραδιοσήμα δεν ταξιδεύει και τόσο μακριά χωρίς να χαλάσει.
Έτσι δεν μπορείς να πιάσεις ένα ραδιοφωνικό σταθμό του Λος Αντζελες στο Σικάγο.
Όσο καλό και αν είναι το ασύρματο, σήμερα εξαρτάται ακόμα από το ενσύρματο ίντερνετ.
Αν είσαι σε μια καφετέρια και χρησιμοποιείς το WiFi, τότε τα μπιτ στέλνονται στον ασύρματο ρούτερ του μαγαζιού
και μετά μεταφέρονται μέσα από το καλώδιο για να ταξιδέψουν τις πραγματικά μεγάλες αποστάσεις του διαδικτύου.
Η φυσική μέθοδος αποστολής bit μπορεί να αλλάξει στο μέλλον, ίσως να γίνεται με ακτίνες laser μεταξύ δορυφόρων,
είτε με ραδιοκύματα από μπαλόνια ή drones, αλλά η αναπαράσταση της πληροφορίας σε δυαδικό σύστημα
και τα πρωτόκολλα της αποστολής και λήψης αυτής της πληροφορίας έχουν πάνω κάτω μείνει ίδια.
Τα πάντα στο ίντερνετ, είτε είναι λέξεις, email, εικόνες, βίντεο, όλα τελικά μετατρέπονται σε 1 και 0
που μεταφέρονται με ηλεκτρικούς παλμούς, ακτίνες φωτός, ραδιοκύματα και πολλή πολλή αγάπη.