インターネットはどのようにデータを非常に高速に送信できますか？

正しい場所にいるかどうかはわかりませんが、ここの誰かが良い答えを提供できると思いました。電気がいかに速く流れるかを知りたい。たとえば、最近のビデオゲームでは、世界中の誰かを撃つことができ、彼らはほとんど即座に死にます。電気はどのようにこれを行うことができますか？私はこの質問をグーグルで検索しようとしていましたが、悪い結果を見つけました。だから私はここにいます。

これは、1人のユーザーが1つの投稿で回答できるものではありません。ただし、この回答が役立つ十分な情報とリンクを提供してくれることを願っています。

インターネットを介した信号の送信方法を理解することが重要です。ただし、ノイズと膨大な数のユーザーのために、同じ信号をエンコード、デコード、再送信などする必要があるため、処理に必要な時間は実際の電気信号が移動する必要があるよりも桁違いに大きいことに注意してください。また、1ミリ秒でコンピューターに非常に長い時間がかかります。GeForceのQuadro K6000のグラフィックスカードそのくらいの時間（5196 GFLOPS回の1msの）に5.000.000.000+浮動小数点演算を実行することができます。

導電性ケーブル：

電子自体は、伝導ケーブル内で跳ね返るので、それほど速く移動しません。ただし、電気は一方が他方に跳ね返る電子に基づいて移動するのではなく、電磁相互作用によって他方が反発する：

3つの電子が並んでいるとします（1次元の空間を想定）。最初を少し動かします。1番目から2番目までの距離が少し短くなります。それらにかかる静電力は少し大きくなります。クーロンの法則によれば： ここで：は力の大きさ、はクーロン定数、とは2つの粒子それぞれの電荷、最後には粒子間の距離です。

最初の粒子が2番目の粒子に向かって移動すると、静電気力はほぼ瞬時に増加します。これにより、2番目のパーティクルが3番目のパーティクルに向かって少し移動します。

「ほぼ瞬時に」とは、実際には「光の速度で」を意味します（）。$c=299,792,458m/s$

導線の内部には極端な数の電子があり、物理学はもう少し複雑ですが、その要点は信号が「ほぼ瞬時に」導体を通過するがより遅いこと。$c$

光ファイバー：

光ファイバケーブルは、電子ではなく光子によって信号を伝送します。ただし、この場合でも、フォトンは直線的に移動しません。ただし、フォトンがライン上を移動するのに必要な時間は、パケットの再送信と同様に、信号のエンコードとデコードの処理時間に比べて非常に短いです。

無線：

最後に、通信衛星と多数のタイプの無線リンクを使用して信号を送信します。多くの送信プロトコル、変調、周波数を使用して無線を送信します。この場合、信号は電磁放射を使用して送信されます。これは非常に複雑なテーマであり、すべてを網羅することはできません。

情報を電気信号にエンコードするスマートな方法：

電圧パルスがワイヤのもう一方の端に到達するだけでは不十分です。その電圧はいくつかの情報を伝えるためにあります。送信される情報に基づいてキャリア信号を変更することにより情報をエンコードする動作（搬送されるため、キャリアと呼ばれる）は、変調と呼ばれます。

同じチャネルを共有するスマートな方法：

これらすべての通信チャネルを接続し、情報を信頼できる方法でこの広大なネットワーク上を移動する必要があります。最初は、2つのノードが互いに通信するために、ノードAからノードBへのパスを形成する多数のケーブルを予約します。他のノードはこの同じパスを使用できません。これは回線交換と呼ばれます。インターネットのような広大なネットワークを可能にした突破口は、多数のノードが1つの特定の通信チャネルを共有できることでした。この共有は、パケットスイッチングによって有効化されました。。2つのノードだけに回線を予約する代わりに、すべてのノードはバスが空いているかどうかを確認し、データと宛先情報（およびその他の情報）を含むパケットを送信してからチャネルを解放します。パケットは宛先を見つける必要があり、これはパケットルーティングと呼ばれます。これは別の大きな課題です。ルーティングと変調の必要性は、電磁波の伝播速度と比較して、パケットが宛先に到達するまでに「非常に長い」時間がかかる主な理由です。これらのすべてのユーザーが同じネットワークに共存するには、ルーティングも必要です。

インターネット：

これらすべては、他の多くの技術とともに、インターネットを形成するために一緒に使用されます。

遅延補償：

競合するビデオゲームを含む多くのアプリケーションでは、特にサーバーが「ヒット」を登録する必要がある場合、数ミリ秒の遅延は許容されません。そこで、ラグ補正が導入されます。使用される方法の1つは、サーバーが各エンティティの位置とアニメーション状態の短い履歴を保持することです。次に、各エンティティのラグ、速度、アニメーション状態に加えて、ワールドジオメトリに基づいて、プレイヤーが武器を「発射」したときに「ヒット」が発生するかどうかを確認するために、多くのテストと物理シミュレーションを実行します。

これはコメントとしては良いかもしれませんが、長すぎます。あなたの声明は、データがほぼ瞬時に送信されることを認識していることを示しているが、あなたが提示する観察結果のどれも、それがすぐに送信されることを実際に証明しないという事実に対処したかった。

あなたはビデオゲームに言及しています。ゲーム開発者は、プレーヤー間に大きな遅延があることをよく知っているため、いくつかのトリックを実行します。それらの1つは、サーバー/他のプレーヤーからまだ受け取っていない特定の情報についてクライアントに推測させることです。たとえば、クライアントは、たとえば50ms前から相手の位置と速度を知っています。したがって、「彼の動きがこのようなものである場合、彼はおそらく今ここにいる」と推定して言い、この予測された位置を確認します。ほとんどの場合、それはかなり正確であり（おそらくプログラマーがこれに費やした労力によるものです）、実際には待ち時間がないように感じます。それ以外の場合、それは不正確であり、あなたには、実際に彼があなたのコンソールが予測したものとは異なる位置にいたときに、プレーヤーが撃たれたように見えます。

関連するメモでは、ほとんどのディスプレイは約60Hzで動作し、一部のディスプレイはダブルバッファリングと呼ばれるものを実行します。ここでは詳しく説明しませんが、プロセッサがフレームをレンダリングしてから実際に表示されるまでに最大33msのレイテンシが発生します。ほとんどの人はこれに気づかないので、ネットワークの待ち時間が33ミリ秒に相当したとしても、プログラミングのトリックがなくても瞬時に知覚できると提案するのは合理的だと思います。

要約すると、インターネットは必ずしも「高速」ではありません。しかし、賢い人は賢くして、実際よりも速く見えるようにします。さらに情報が必要な場合は、gamedev.stackexchange.comの人々に尋ねることを検討してください。

通信リンクのデータレートを上げる重要な要素ではなく、追加の要素として変調（信号の機能で長距離にわたって容易に放射できる高エネルギーの「キャリア」を変更するプロセス）だけに言及していることに驚いています。インターネットの初めにそれらの54kbpsモデムを覚えていますか？ADSLモデムが起動すると、主に使用された変調により、データレートがすぐに20倍以上増加しました：QAMでは、ビットレートがシンボル（クロック）レートよりも高くなりました（さまざまな振幅と位相を使用して）同じバケツで同じ速度で移動します。賢い方法でそれらを配置するだけです。そして、私たちはまだ終わっていません。他の多くの人がすでに存在するか、調査中です...

a）QAM変調の状態マップ、RF変調の 1つb）シンボルレートがデータレートとどのように異なるか、たとえばマルチレベル振幅変調（FMの祖先）、QAMのコンポーネントの1つ（もう1つは位相、 FMに関連）。

特にあなたの問題については、プレイヤーが何をしているのかを予測しようとする以外に、ゲームは通常あなたのマシンによってレンダリングされます。座標、速度などの重要な情報はほんのわずかしか転送されません。1つのWebページにはおそらくそれよりもはるかに多くの情報がありますが、実際の問題はレイテンシ（特にハードコアゲーマーの場合）であり、信号のハブの数とともに蓄積されます他の多くのことの中でも特に伝播遅延から来ています（距離とともに増加する信頼性のある最大データレートが損失とともに低下するため、距離も問題です）。

インターネットは相互接続されたルーターのネットワークで、一般に最短/最速のルートをとろうとするルーティングプロトコルを使用して、インターネットトラフィック（パケット）をインターネット間で転送します。
現在、ほとんどのルーターは光ファイバーを介して接続されています-特に、ルーター間の距離が数十または数メートル以上ある場合、またはルーター間の速度が高い場合（1、10または40 Gb / s）-この現在インターネットの一部であるほぼすべてのルーターが含まれます。注目すべき例外は、おそらくホームルーター/モデムなどです。
いずれにせよ、ファイバまたは電気ケーブルを通る信号の伝播速度は、光の速度に近いです。そのため、理論上、約70ミリ秒でオーストラリアのメルボルンからアゾレス諸島のアングラデエロイズモ（これらはほぼ対掌体）にパケットを取得できます。次に、実際の例を見てみましょう。ルーターからルーターへパケットをトレースし、各「ホップ」間のおおよその遅延を出力する便利な「traceroute」呼び出しがあります。（im msが「往復」であることに注意してください-理論上、片道はこれの半分です）：

  7   127 ms   143 ms   139 ms  i-0-1-0-0.sydp01.bi.telstraglobal.net [202.84.220.218]
  8   111 ms   113 ms    64 ms  i-0-5-0-2.sydp-core02.bi.telstraglobal.net [202.84.220.217]
  9   167 ms   201 ms   210 ms  i-0-3-0-6.paix-core01.bx.telstraglobal.net [202.84.140.194]
 10   156 ms   158 ms   188 ms  i-0-0-0-5.paix02.bi.telstraglobal.net [202.84.251.18]
 11   204 ms   206 ms   175 ms  80.157.128.205
 12   537 ms   512 ms   593 ms  mad-sa3-i.MAD.ES.NET.DTAG.DE [217.5.95.173]
 13   554 ms   552 ms   579 ms  80.157.129.10
 14   544 ms   569 ms   545 ms  10.255.26.254
 15   568 ms   568 ms   538 ms  catvaweb.cabotva.net [81.20.240.40]

（会社のイントラネットを経由するホップは省略しました）。
遅延は、「光の速度」だけで予想されるよりもはるかに長いことに気付くでしょう。これは、パケットを転送するルーターによって導入される遅延です。特に負荷がかかっている場合は、高速な場合もありますが、低速な場合もあります。

ご覧のとおり、遅延の大部分は、伝播遅延ではなく、ルーターの転送によるものです。tracerouteツール（オンラインで見つけることができるWebベースのものが多数あります）を少し試してみると、ルートが常に同じであるとは限らず、どこにいても遅延がいたるところにあることがわかります。
オンラインゲーム会社は、インターネットへの接続が良好な場所でサーバーをホストし、サービスプロバイダーと契約して、パケットを他よりも優先させることができます。また、一部のインターネットサービスプロバイダーは同じことを行い、ゲーマーを優先する場合があります（有料）。ご覧のように、主な遅延はファイバーではなくルーターにあるため、これが可能です。ストリーミングビデオではこれは重要ではありませんが、ゲームでは重要です。そのため、サービスプロバイダーはコンテンツに基づいてインターネットパケットに優先順位を付けることができます-ビデオに帯域幅を追加しますが、遅延を増やしますが、ゲーム（帯域幅をあまり必要としない）はルーターのキューで最小遅延のために優先順位を指定できます。

そして彼らはほとんど即座に死にます

$c \approx 186,000$

データパケットがインターネットインフラストラクチャを介して地球の反対側に伝播するには、おそらく数十ミリ秒程度かかりますが、実際には、瞬間に比べて「永遠」です。

$10^{-23}s$

言い換えれば、LHCでいくつかの粒子が崩壊するのにかかるよりも、世界中の「敵」を「殺す」のに約1億以上の時間がかかります。

ほぼ瞬時に？いくつかの基本的な粒子相互作用の時間スケールと比較すると、地球上の1年と比較して、計算された宇宙の年齢よりもはるかに長いです。

私はあなたがいつかこれについて熟考したいと思うかもしれないと思った。

電気は基本的に光の速度で移動します。インターネットでは、これを少し遅くする唯一のものは、あなたの家と世界中の敵の家の間でインターネットトラフィックをルーティングするネットワークハードウェアです：このハードウェアには、ルーター、スイッチ、変換するものが含まれます電気を光（ファイバー）に戻します。これらは非常に高速なテクノロジ（トランジスタ、シリコンチップ、その他）に基づいているため、影響は最小限です。ですから、あなたが持っているのは、光の速度で翻訳される情報のわずかな遅れです。太陽からの光は、地球に到達するために9,300万マイルを移動するのに8分かかります。したがって、この視点で考えると、ゲームコンソールからの情報が「ほぼ瞬時に」

それはほとんど光速に関連しています。

アムステルダムニューヨークの理論的制限= 40msアムステルダムニューヨークの
インターネット制限= 82ms

アムステルダムアデレードの理論的制限= 130msアムステルダムアデレードの
インターネット制限= 320ms

鳥が飛ぶようにパリからニューヨークまで、光は約20msかかります。したがって、完璧なPing時間は40ミリ秒になります。光ファイバーガラスでは、光は31％遅くなります。さらに、光ファイバの光はこのように跳ね返り、\ / \ / \ /により経路が長くなります。それにルーティング機器の時間を追加します。パリからニューヨークへの最速のpingは現在約82msです。

アムステルダムからアデレードまでは100ミリ秒で320ミリ秒です。おそらく、物理法則で許される理論上の限界、つまり1550 kmで130ミリ秒に近くなり、すでに理論的な限界に近づいています。

インターネット速度のリストは次のとおりです。https： //wondernetwork.com/pings

それに加えて、帯域幅の概念。

コンピューター、画面、周辺機器、サウンド、キーボード内の機器のレイテンシーは、通常約10ミリ秒です。したがって、PCで発生するイベントに対するルーターへの最速の応答時間は、データ転送のDirectXによって常に20ミリ秒未満です。

オンラインビデオゲームの応答時間が非常に速いのは、すべてがコンピューターで行われるためです。誰かを撃つと、コンピューターは相手を殺したと判断し、対応する写真を即座に表示します。また、対戦相手のコンピューターにこのイベントについて通知しますが、これが遅れて発生することを確認することはできません。通常、計算は、不正行為を防ぐために中央サーバーでも2回実行されます。実際に対戦相手を殺していないとサーバーが判断した場合、0.5秒ほど後に彼らは生き返ります。

ネットワーク配信時間は、遠隔地間で最大300ミリ秒以上になる可能性があり、プレーヤーのアクションごとにこのような遅延が発生すると、ペースの速いゲームはプレイできなくなります。

私は文を読んで、そこに同じ答えを持つ2つの（関連）質問、ある：1）があるため、インターネットは「速い」の送信データすることができ、それが使用する電磁（EM）エネルギー伝達の様々な形をし、EMが伝播し、非常に高速（約186,000マイル/秒）、2）電気は電磁エネルギーであり、EMは非常に速く伝播するため、「高速で流れる」ことができます。