電気速度とデータ転送

電気が非常に遅いことをいくつかの場所で読んだことがあります。それでは、銅線のインターネットトラフィックはどのように高速になりますか？低レベルのデータ転送構造に関する知識には大きなギャップがあると思います。とにかく、私はそれを検索し、見つけることができなかったので？

ワイヤの電気は、本質的に電子などの電荷キャリアの動きです。これらは非常にゆっくりと動きます。

ただし、ワイヤの一端での電圧の変化により、ワイヤの他端でほぼ瞬時に対応する変化が生じます。

非常に長いホースパイプについて考えてみましょう。タップをオンにしたときにパイプが空の場合、反対側から出てくるまでにパイプが水で満たされるまでに数秒かかることがあります。パイプがすでに水で満たされている場合、蛇口を回すとすぐに遠端から水が押し出されます。

電圧はおおよそ圧力に似ています。水圧の変化は、水が移動するよりも速く水で満たされたパイプを介して伝達されます。

私は実際に数年前にこの正確な質問に関するブログ投稿を書きました。

基本的に、個々の電子は1秒間にわずか数ミリメートルで移動しますが、互いに衝突する「信号」はそれよりはるかに速く移動します（光の速度の大部分）。

ボールがチューブに非常にゆっくり入る方法に注意してください。しかし、ボールが入った「信号」（チューブを下に伝播する力）はそれよりずっと速く移動します。ワイヤ内を移動する電子は、非常によく似た方法で機能します。

電子が導体内を移動する速度は比較的遅いが、情報は導体のペアまたは空気中を電気の波によって運ばれ、これらの波は非常に速く伝わる：真空中の光速またはその2/3は同軸ケーブルです。

ロープを手に取り、一端を何かに付けたり、友人にそれを持たせてから、ロープの端をすばやく上下にひっくり返すと、ロープに波が発生し、端から端まで素早く移動します。ただし、ロープの粒子はあまり速く動きません。

別の例は海の波です。津波は時速数百マイルで移動しますが、波を運ぶ水はそれほど速く移動しません。

電気自体は、光の速度x速度係数でワイヤを通過します。したがって、速度係数が75％の安価なRG-58同軸ケーブルは、光の速度の75％で電波を送信できます。

混乱を招くのは、情報の送信にDC電流だけを使用するのではなく、交流またはDC電圧に印加された交流（変調）を使用して情報を送信するためです。使用される各伝送媒体には、動作する最大周波数があります。スイッチドDC 5-50 wpm（アースリターンでポールに吊り下げられたワイヤ）を使用した電信、標準POTS回線は4 kHz（シールド付きの田舎のパラレル2ペアケーブル）を通過でき、DSLAMに近いDSL回線は2 MHz（ツイストペアから） DSLAM to house）、CAT5イーサネットツイストペアケーブル100MHzなど。通常、伝送媒体がサポートできる周波数が高いほど、通過できるデータレートが高くなります。

電気は同じ速度でケーブルを通過しますが、スイッチングレートが高くなるにつれて、情報が増えます。

電気を使用して情報を送信するというこの概念に加えて、使用される変調の種類があります。

近くで、単純な方形波シリアルはうまく機能するかもしれません。多くのフレーバーがあります。TTLは0〜5ボルトのシフトを使用し、RS-232は正と負の3〜15ボルトの電圧スイングを使用します。などなど

POTS電話回線では、方形波の送信は機能せず、回線の特性により正弦波に変換されるため、QAMで使用される振幅シフト、周波数シフト、位相シフト、またはこれらの組み合わせなど、さまざまな変調方式が使用されますデータレートを150bpsから56kbpsに上げるために使用します。

DSLはPOTSよりもはるかに高い周波数で動作し、ディスクリートマルチトーンと呼ばれる変調技術を使用して、複数のキャリア周波数で動作します（ラジオAM帯域を考えて、すべてのステーションを一度に受信し、それぞれがデータ信号を伝送し、他方でそれらを結合します）終了）位相および振幅シフト変調を使用して、1〜7Mbpsのデータレートに達する。

これはローカルループをカバーします。インターネットバックボーンに入ると、デジタル信号（DS）や光キャリア（OC）メディアなどを使用して、複数のチャネルでPCM（パルス符号変調）技術を使用してトラフィックを移動します。これらは、ネットワークの真のデジタル部分です。ここでもトラフィックはほぼ光速で移動しますが、データレートは使用されている周波数と変調技術に依存します。

補遺：電子は、ある原子から別の原子にわずかな距離を移動します。電気として認識される電流の流れは、導体の長さにわたって1つの原子から別の原子に移動する電子のほぼ瞬間的なカスケードです。