Internet: Przewody, kable i Wifi

Ten film edukacyjny wprowadza w świat fizycznej infrastruktury Internetu, po którym krążą informacje.

Więcej informacji na stronie: Code.org/educate/csp

Przedstawia Tess Winlock / Inżynier oprogramowania w Google

Specjalne podziękowania dla:
Tess Winlock,
Abby Huang
Bemneta Assefa
Saloni Parikh
archive.org
wikimediów
submarinecablemap.com
Google Earth
Wikipedii

Zacznij naukę na http://code.org/

Bądź z nami w kontakcie!
• na Twitterze https://twitter.com/codeorg
• na Facebooku https://www.facebook.com/Code.org
• na Instagramie https://instagram.com/codeorg
• na Tumblrze https://blog.code.org
• na LinkedIn https://www.linkedin.com/company/code-org
• na Google+ https://google.com/+codeorg

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.