Internet | Johdot, Kaapelit ja Wifi
Nimeni on Tess Winlock, olen ohjelmistoinsinööri Googlella.
Kysymys: Miten kuva, tekstiviesti tai sähköposti liikkuu laitteesta toiseen?
Se ei ole taikaa, vaan Internet. Käsin kosketeltava, fyysinen systeemi,
joka kuljettaa informaatiota.
Internet on kuin Posti. Fyysinen posti lähetetään hieman
eri tavalla. Pakettien ja kirjekuorien sijasta Internet lähettää binaaritietoja.
Tieto koostuu biteistä. Bitti voidaan kuvata vastakohtien parina:
päällä ta pois päältä, kyllä tai ei.
Numero 1 tarkoittaa yleensä päällä ja 0 tarkoittaa pois päältä.
Koska bitillä on kaksi mahdollista tilaa, kutsumme sitä binaarikoodiksi.
Kahdeksan koottua bittiä luo yhden tavun. 1000 bittiä on 1 kilotavu. 1000 kilotavua on
megatavu. Kappale on yleensä koodattu 3-4 megabitillä.
Kuvat, videot ja kappaleet, kaikkea netissä olevaa tietoa kuvataan ja
lähetetään bittien avulla. Ne ovat kuin tiedon atomeja.
Mutta emme fyysisesti lähetä nollia ja ykkösiä paikasta toiseen tai henkilöltä toiselle.
Joten mitä on se fyysinen materiaali jota lähetämme kaapeleiden ja ilman kautta?
Katsotaan pieni esimerkki, miten ihmiset voivat fyysisesti kommunikoida ja
lähettää yksi bitti paikasta toiseen. Sanotaan, että "1" tarkoittaa valo on päällä
ja "0" tarkoittaa valo on pois päältä. Tai voimme käyttää piippauksia
ja muita samankaltaisia tapoja. Nämä tavat toimivat, mutta ovat hitaita,
alttiita virheille ja täysin ihmisen vastuulla. Tarvitsemme koneen.
Olemme läpi historian rakentaneet koneita jotka voivat lähettää binaaritietoja eri
fyysisten välikappaleiden kautta. Nykyään lähetämme bittejä sähkön, valon
ja radioaaltojen avulla.
Lähettääksemme bitti sähkön avulla kuvittele, että sinulla on kaksi lamppua
jotka ovat liitetty kuparilangalla. Jos toinen valon käyttäjistä
napsauttaa sähkön päälle, kummatkin lamput syttyvät. Ei sähköä, ei valoa.
Jos valon käyttäjät päättävät yhdessä, että valo päällä on "1" ja valo pois päältä
on "0" meillä on järjestelmä, joka lähettää tietoja henkilöltä toiselle sähkön avulla.
Mutta meillä on pieni ongelma. Jos meidän tulee lähettää viisi "0" peräkkäin,
miten teemme sen niin että toinen henkilö voi laskea nollien lukumäärän?
Tulemme tarvitsemaan kellon tai ajastimen. Käyttäjät voivat päättää, että heistä toinen
lähettää yhden bitin sekunnissa ja vastaanottaja tallettaa jokaisen sekunnin
tiedon keräämiseksi. Viiden peräkkäisen "0" lähettämiseksi käyttäjä sammuttaa valon
ja odottaa 5 sekuntia. Toisella puolella oleva henkilö kirjaa nämä 5 sekuntia ylös.
Viiden "1" lähettämiseksi teet päin vastoin ja jätät valon päälle.
Haluamme tietenkin lähettää tietoa nopeammin kuin bitin sekunnissa,
joten meidän tulee laajentaa kaistanleveyttä - laitteen suurinta lähetyskapasiteettiä.
Kaistanleveys mitataan bittinopeudella mikä on niiden sekuntien bittimäärä,
joita voimme lähettää tietyn ajanjakson aikana, yleensä sekunneissa laskettuna.
Toinen mittaustapa on latenssi tai aika, joka kuluu yhden bitin matkustamiseen
paikasta toiseen, lähteestä pyynnön esittäneeseen laitteeseen.
Lampun käyttäjillemme yksi bitti sekunnissa oli melko nopeaa ja vaikeaa seurata.
Sanotaan, että haluat ladata 3 Mt kappaleen 3 sekunnissa,
mikä on 8 miljoonaa bittiä megatavua kohti ja 8 miljoonaa bittiä sekunnissa.
Ihmiset eivät tietenkään pysty lähettämään tai vastaanottamaan tietoa näin
nopeasti, mutta kone pystyy tähän helposti. Meidän pitää silti miettiä millaista
kaapelia käytämme tiedon lähettämiseen ja kuinka pitkälle signaali ylettää.
Kodin, toimiston tai koulun ethernet-kaapelin signaalin menetys tai häiriöt ovat
helposti huomattavissa muutaman sadan metrin päässä kaapelista.
Jotta Internet toimisi ympäri maailmaa, meillä on oltava vaihtoehtoinen tapa tiedon
lähettämiseen todella pitkiä välimatkoja. Kuten valtamerten yli.
Joten mitä muuta voimme käyttää? Mikä liikkuu sähköä nopeammin?
Tietenkin... valo!
Voimme lähettää bittejä valonsäteinä paikasta toiseen kuituoptisten kaapeleiden avulla.
Valokuitukaapeli on lasikuitua, joka on suunniteltu heijastamaan valoa.
Kun lähetät valonsäteen kaapeliin, valo pomppii kaapelissa ylös ja alas, kunnes
se saavuttaa määränpäänsä. Pompun kulmasta riippuen voimme lähettää useita
bittejä samanaikaisesti, niiden kaikkien liikkuessa valon nopeudella.
Joten kuitu on todella nopeaa. Mutta mikä parempi, signaali ei huonone pitkillä matkoilla.
Näin voit mennä satoja kilometrejä ilman signaalin häviämistä.
Tästä syystä käytämme valokuitukaapeleita merenpohjalla mantereiden liittämiseksi.
Vuonna 2008 Aleksandrian lähellä Egyptissä katkaistiin kaapeli, joka keskeytti
Interet-yhteyden Lähi-idässä ja Intiassa. Pidämme Internetiä helposti itsestään
selvänä asiana, mutta tosiasiassa se on todella hauras fyysinen järjestelmä.
Kuitu on mahtavaa, mutta se on myös todella kallista ja sitä on vaikeaa työstää.
Käytämmen useimpiin tarkoituksiin kuparikaapelia.
Mutta kuinka siirrämme tietoa ilman johtoja? Kuinka lähetämme asioita langattomasti?
Radio.
Langattomat bittiviestinnät käyttävät yleensä radiosignaalia bittien lähettämiseksi paikasta toiseen.
Koneiden on käännettävä ykköset ja nollat eri taajuisiksi radioaalloiksi.
Vastaanottava kone kääntää prosessin ja muuntaa sen takaisin binaariksi tietokoneellasi.
Joten langaton yhteys on tehnyt Internetistä liikkuvan. Mutta radiosignaali ei yllä
niin pitkälle ennen kuin se häviää kokonaan. Tämän takia et voi kuunnella
Los Angelesin radioasemaa Chicagossa.
Vaikka langaton yhteys onkin hieno, se luottaa edelleen langalliseen Internetiin.
Jos käytät wifiä kahvilassa, bitit lähetetään tälle langattomalle reitittimelle
ja siirretään sitten fyysisen johdon kautta pitkien matkojen saavuttamiseksi.
Bittien fyysinen lähetystapa voi muuttua tulevaisuutta riippumatta siitä lähetetäänkö
se satelliittien, radioaaltojen, ilmapallojen tai dronien avulla.
Tiedon taustalla oleva binaariesitys ja tiedon lähettäminen ja vastaanottaminen
on pysynyt melko samana.
Kaikki Internetissä oleva, olipa kyse sitten viesteistö, sähköposteista, kuvista,
kissavideoista, koiranpennuista, kaikki alkaa ykkösistä ja nollista joita
toimitetaan elektronisilla pulsseilla, valonsäteillä, radioaalloilla
ja paljolla, paljolla rakkautta.