-
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.
