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.