Internet | przewody, kable i wi-fi
Nazywam się Tess Winlock. Jestem
inżynierem oprogramowania
w Google. Pytanie na dziś: w jaki sposób
obraz, tekst lub e-mail przemieszcza się
z miejsca na miejsce. To nie magia, to
Internet. Materialny system służący do
przesyłu informacji. Działa niczym poczta,
ale przesyłany materiał fizyczny
jest trochę inny. Bez skrzynek czy kopert.
Internet przesyła informacje binarne.
Informacje składają się z bitów. Bit można
opisać jako parę przeciwieństw:
włączone/wyłączone, tak/nie. Zwykle 1
oznacza "Tak", a 0 "Nie". Bit występuje
w dwóch możliwych stanach, stąd kod
binarny. 8 bitów daje 1 bajt. 1000 bajtów
to kilobajt. 1000 kilobajtów to megabajt.
Zaszyfrowana piosenka liczy zwykle około
3-4 MB. Nieważne, czy chodzi o obraz,
wideo, czy piosenkę, wszystko w Internecie
reprezentują przesyłane bity. To atomy
informacji
Nie rozsyłamy jednak fizycznie jedynek i
zer z miejsca na miejsce, ani od osoby do
osoby. Czym jest zatem fizyczna materia,
którą rzeczywiście przesyłamy kablami
i drogą powietrzną? Zastanówmy się jak
ludzie komunikują się fizycznie w celu
przesłania pojedynczej informacji z
miejsca na miejsce. Powiedzmy, że
1 oznacza włączenie światła, 0 wyłączenie.
Albo dźwięki czy coś takiego, aż po
alfabet Morse'a. Niby wszystko działa, ale
bardzo wolno, z błędami i zależy w pełni
od ludzi. Potrzebne jest zatem urządzenie.
Przez wieki wybudowano wiele systemów,
które mogą przesyłać takie informacje
binarne za pomocą mediów fizycznych.
Obecnie wysyłamy bity drogą elektryczną,
świetlną i przez fale radiowe. Weźmy
elektryczność; mamy dwie żarówki połączone
miedzianym kablem. Jeśli operator jednego
włącza zasilanie, żarówka świeci. Nie ma
prądu, nie ma światła. Jeśli operatorzy po
obu stronach uzgodnią, że światło oznacza
1, a ciemność 0, uzyskujemy system
przesyłu części informacji od osoby do
osoby przy pomocy elektryczności. Jest
jednak drobny problem. Jeśli pięciokrotnie
trzeba wysłać zero raz za razem, jak to
zrobić tak, aby każda osoba mogła policzyć
ile zer przeszło?
Rozwiązaniem jest zastosowanie zegara lub
timera. Operatorzy mogą ustalić, że
nadawca wyśle 1 bit na sekundę, a odbiorca
usiądzie i zapisze każdą, pojedynczą
sekundę i sprawdzi, co otrzymał. Aby
wysłać pięć zer po kolei, wyłącza się
światło, czeka 5 sekund, a osoba po
drugiej stronie zapisze każdą z 5 sekund.
Dla pięciu jedynek z rzędu, trzeba włączyć
światło, zaczekać 5 sekund i każdą spisać.
Chcemy oczywiście, by prędkość była wyższa
niż bit na sekundę, więc musimy zwiększyć
szerokość pasma - maksymalną
przepustowość. Szerokość mierzy się
szybkością przesyłu czyli liczbą bitów,
które można przesłać w danym czasie
zwykle w sekundach. Inną miarą tempa
jest opóźnienie lub ilość czau potrzebna
do przemieszczenia 1 bitu z miejsca na
miejsce, ze źródła do danego urządzenia.
Trzymając się ludzkiej analogii, bit na
sekundę to tempo, którego człowiek
już nie rejestruje. Powiedzmy że chcemy
pobrać piosenkę 3MB w 3 sekundy.
W tempie 8 milionów bitów na megabajt,
czyli około 8 milionów bitów na sekundę.
Oczywiście człowiek nie wyśle, ani nie
odbierze 8 milionów bitów na sekundę, ale
maszyna sobie poradzi. Kolejne pytanie -
jaki kabel prześle takie wiadomości i na
jakie odległości można przemieszczać
sygnały. Dzięki przewodowi ethernet, który
mamy w domach, w biurach, w szkołach,
widać mierzalną utratę sygnału lub
zakłócenie na kilkaset stóp. W przypadku
Internetu działającego globalnie, potrzeba
metody wysyłania bitów na wielkie
dystanse. Mówimy o przekraczaniu
oceanów. Czego zatem użyć? Co przemieszcza
się kablem znacznie szybciej od
elektryczności? Światło. Możemy przesyłać
bity jako wiązki światła przy pomocy
światłowodu. Jest to szklany przewód
zaprojektowany by odbijał światło.
Gdy przesyła się wiązkę światła kablem,
światło odbija się na całej długości kabla
i zostaje odebrane na drugim końcu.
W zależności od kąta odbicia, możemy
wysyłać wiele bitów jednocześnie,
a wszystkie biegną z prędkością światła.
Światłowód zapewnia szybkość. Co jednak
ważniejsze, sygnał nie ulega pogorszeniu
na długich dystansach. Może pokonywać
setki mil bez żadnej szkody. Dlatego na
dnach oceanów kładzie się światłowody,
które łączą kontynenty ze sobą.
W 2008 roku doszło do przecięcia kabla
w pobliżu Aleksandrii w Egipcie, co
zaburzyło działanie Internetu na Bliskim
Wschodzi i w Indiach. My uważamy Internet
za coś oczywistego, ale to tak naprawdę
jest delikatny układ fizyczny. Światłowody
są fantastyczne, ale niestety drogie i
trudne w obsłudze. W większości stosuje
się kable miedziane. Jak jednak przesyła
się bez kabla? Bezprzewodowo? Przez radio.
Urządzenia przesyłające bity bezprzewodowo
zwykle wykorzystują do przesyłu sygnał
radiowy. Urządzenia przetwarzają jedynki i
zera na fale radiowe o różnych
częstotliwościach. Odbiorniki prowadzą
proces odwrotny - przetwarzają je na
system binarny w komputerze. Ten rodzaj
przesyłu zapewnia mobilność Internetu.
Ale sygnały radiowe na takiej odległości
zostałyby całkiem zniekształcone. Nie
dałoby się odbierać stacji z Los Angeles w
Chicago. Wymiar bezprzewodowy jest super,
ale korzystamy głównie z przewodów. Gdy
używamy wi-fi, bity wysyła się do
bezprzewodowego routera, a tam są
przetwarzane przez kabel, aby mogły się
przemieszczać Internetem na duże dystanse.
Wkrótce fizyczna metoda przesyłu bitów
może ulec zmianie dzięki laserom pomiędzy
satelitami, falom radiowym z balonów,
dronów, ale binarna reprezentacja
informacji i protokołów przesyłu oraz
odbioru takich informacji pozostaje bez
zmian. Wszystko, co "idzie" przez Internet
- słowa, emaile, filmiki z kotkiem czy
pieskiem, sprowadza się do przesyłu zer
i jedynek za pomocą wiązek światła,
impulsów elektronicznych i morza miłości.