Інтернет | Провода, кабелі та Wi-Fi
Мене звуть Тесс Вінлок. Я інженер програмного забезпечення в Google.
Спитаємо себе: як зображення, текстове повідомлення чи імейл надсилаються з одного
місця в інше? Це не магія. Це інтернет, реальна фізична система, створена для переміщення
інформації. Інтернет дуже схожий на поштову службу, але "посилки" тут дещо інші. Замість
коробок і конвертів інтернет надсилає бінарні дані. Інформація складається з бітів.
Біт можна описати як пару протилежностей: "увімкнено" або "вимкнено". "Так" чи "ні".
Зазвичай ми розуміємо одиницю у значенні "так" а нуль у значенні "ні". Оскільки біт має
два можливі стани, ми називаємо це бінарним кодом. 8 бітів, з’єднаних разом, складають
1 байт. 1000 байт — це кілобайт. 1000 кілобайт — це мегабайт. Пісня зазвичай кодується десь
у 3-4 мегабайти. Неважливо, чи це зображення, відео або пісня — все в Інтернеті представлено
надсилається у формі бітів. Це атоми інформації! Але ми не просто фізично надсилаємо одиниці
й нулі з одного місця в інше, від однієї людини до іншої. То що все ж таки ФІЗИЧНО
надсилається по дротах і повітряних хвилях? Розглянемо невеликий приклад фізичного
спілкування між людьми, коли вони передають один біт інформації з одного
місця в інше. Можна сказати, що ми вмикаємо світло на 1, а вимикаємо — на 0.
Інший приклад — звукові сигнали або ж код Морзе. Ці методи працюють, але вони
дуже повільні, у них легко помилитися і повністю залежать від людини.
Тут нам потрібна машина! За нашу історію ми створили багато систем, які можуть
надсилати цю бінарну інформацію через різні типи фізичних середовищ. Сьогодні
ми фізично надсилаємо біти в електричному вигляді, світлом і радіохвилями. Щоб відправити
біт електрично, уявіть дві лампочки, з'єднані мідним дротом. Якщо один оператор пристрою
вмикає електрику, то лампочка світиться. Немає електрики — немає світла. Якщо оператори
на обох кінцях домовились, що включення світла означає один, а вимкнення — нуль, то
ми отримали систему для передачі бітів даних від однієї людини до іншої електрично.
Але тут є проблема, якщо ви захочете надіслати п'ять нулів поспіль. Як ви можете зробити це
так, щоб хтось з них міг точно порахувати кількість нулів? Рішенням буде додавання
годинника або таймера. Оператори можуть домовитись, щоб відправник посилав
один біт на секунду. Одержувач лічитиме кожну секунду й перевіряти, що з'являтиметься
на лінії. Щоб надіслати п'ять нулів поспіль, просто вимкніть світло, зачекайте 5 секунд...
Людина на іншому кінці лінії занотує всі 5 секунд, наприклад, "нуль, нуль, нуль".
А для п'яти одиниць поспіль, навпаки, увімкніть світло. Звичайно, ми хочемо
надсилати дані швидше, ніж 1 біт на секунду. Тому нам потрібно збільшити
пропускну здатність: максимальну пропускну здатність пристрою. Пропускна здатність
вимірюється швидкістю бітів, тобто кількістю бітів, яку ми надсилаємо протягом заданого періоду
часу, зазвичай вимірюваного в секундах. Інша міра швидкості — це затримка, або час,
потрібний для переміщення 1 біту з одного місця в інше: від джерела до запитуючого пристрою.
У цьому прикладі один біт на секунду — це досить швидко, але людині працювати з такою
швидкістю. Скажімо, ви хочете завантажити пісню в 3 мегабайти за три секунди. При швидкості
8 млн біт на мегабайт це означає швидкість передачі даних близько 8 млн біт на секунду.
Звичайно, люди не можуть надсилати або отримувати 8 млн біт на секунду. Але для
машини це легко. Тепер виникає питання: яким кабелем надсилати ці повідомлення?
І як далеко може дійти сигнал? При застосуванні проводу Ethernet (такого, як у вашому будинку,
офісі чи школі) ми бачимо помітні втрати сигналу вже на кількох сотнях футів. Щоб
інтернет працював у всьому світі, нам потрібен інший спосіб передачі даних
на дуже великі відстані, навіть через океан. То що ще ми можемо використовувати?
Що рухається набагато швидше за електрику по дроті? Світло! Ми можемо надсилати біти
у формі світлових променів з одного місця в інше за допомогою волоконно-оптичного
кабелю. Волоконно-оптичний кабель — це скляний джгут, розроблений для відображення
світла. Коли ви направляєте промінь світла по кабелю, світло відскакує вгору і вниз уздовж
кабеля, доки його не буде отримано на іншому кінці. Залежно від кута відскакування, ми
можемо надсилати багато бітів одночасно, і всі вони рухатимуться зі швидкістю світла.
Тож волокно дає дуже високу швидкість. Але ще важливіше, що сигнал не погіршується
на великих відстанях. Саме так зберегти сигнал через сотні миль. Ось чому ми прокладаємо
волоконно-оптичні кабелі по океанському дні для з'єднання континентів. У 2008 р. поблизу
Олександрії в Єгипті було розрізано кабель, що залишило без інтернету більшу частину
Близького Сходу та Індії. Ми сприймаємо з'вязок в інтернеті як належне, але насправді
це досить вразлива фізична система. Волокно є чудовим рішенням, але з ним також дуже
дорого й важко працювати. Для більшості цілей ви все ж візьмете мідний кабель. Але
як передати щось без дроту? Як можна надіслати дані бездротовим способом?
Бездротові розрядні машини зазвичай використовують радіосигнал для надсилання
бітів з одного місця в інше. Ці машини мають переводити одиниці й нулі в радіохвилі різної
частоти. Приймальні машини обертають процес і на комп’ютері переводять його назад
у бінарний. Таким чином, бездротовий зв'язок зробив інтернет мобільним. А ось радіосигнал
не пройде настільки далеко, до того як повністю зникне. Тому ви не можете зловити
радіостанцію Лос-Анджелеса в Чикаго. Тому, хоча бездротовий зв'язок чудовий, сьогодні ми
все ж покладамось на дротовий інтернет. Якщо ви користуєтесь Wi-Fi у кав'ярні, то біти
надсилаються через цей бездротовий маршрутизатор, а потім переводяться на
фізичний провід і подорожують в інтернеті на величезні відстані. Фізичний метод надсилання бітів
в майбутньому може змінитися: можливо, на лазери, що передаються між супутниками, або
радіохвилі з повітряних куль чи дронів. Але основна бінарна форма інформації та протоколи
її передачі й отримання майже не змінилися. Усе в інтернеті: слова, електронні листи,
зображення, відео з кошенятами чи цуценятами... Усе зводиться до цих одиниць і нулів, що
передаються електронними імпульсами, світловими променями, радіохвилями і, звичайно, любов'ю.