Физическая рабочая парадигма прохождения сигнала по проводам

Question

Возможный дубликат:
Как физически работает сетевая карта?

Привет,

Это может быть больше вопросом физики, так что извините, если есть какие-либо неудобства.

Когда я изучаю компьютерные сети, я часто читаю что-то вроде этого

чтобы представить сигнал, мы помещаем некоторое напряжение на один конец провода, а другой конец будет определять напряжение и, следовательно, сигнал.

Поэтому мне интересно, как именно сигнал проходит через провод?

Вот мое текущее понимание, основанное на моих официальных знаниях об электронике:

Сначала нам нужно замкнуть цепь, чтобы ограничить / удержать электронное поле. Когда мы поместим напряжение где-то в цепи, электронное поле начнет накапливаться в среде цепи, этот процесс должен быть таким же быстрым, как скорость света. И поскольку электронное поле создается, электроны в среде схемы перемещаются, и, таким образом, возникает электронный ток, и как только электронный ток становится достаточно сильным, чтобы его можно было обнаружить где-то еще в В на всей цепи, тогда В знает, что произошло в A, и, таким образом, связь между A и B достигнута.

Вышесказанное говорит только о процессе передачи одного напряжения через провод. Если есть поток битов и нам нужно отправить серию напряжений, я не уверен, что из следующего верно:

• 2-е напряжение должно отправляться только от A после того, как 1-е напряжение было обнаружено в B, временной интервал - это время, необходимое для стимуляции электронного поля в среде и формирования обнаруживаемого электронного тока в B.

• Несколько разных напряжений могут быть посланы по проводу один за другим, разные электронные значения тока будут существовать по проводу одновременно и достигать B последовательно.

Надеюсь, я дал понять, и кто-то еще задумывался над этим вопросом.

(Я отмечаю этот вопрос по сети, потому что я не знаю, есть ли лучший вариант.)

Спасибо,

Сэм

Answer 1

У вас есть два вопроса

Проходит ли последовательность электрических сигналов вдоль провода, как несколько небольших железнодорожных вагонов, одновременно движущихся вдоль железнодорожного пути? Или это как двое мужчин, толкающих концы деревянного столба?

Проведите простой мысленный эксперимент - давайте изобретем гигабитный Ethernet.

Наш кабель Ethernet будет иметь длину 300 метров. Это будет идеальный проводник, и мы будем игнорировать любые законы физики, которые препятствуют распространению сигнала со скоростью света. Поэтому, когда я подключаю один конец провода к моей батарее PP3, сигнал передается на другой конец на расстоянии 300 м в микросекунде (300/(3 * 10 ^ 8)). Гигабит означает 10 ^ 9 бит в секунду, поэтому за микросекунду мне нужно отправить 1000 бит, поэтому все эти 1000 изменений напряжения должны присутствовать где-то в 300-метровом проводе, как только первый бит достигает другого конца.

Как электрический сигнал проходит через провод

Электрическое поле прикладывается на концах провода. Это привлекает или отталкивает близлежащие носители заряда и заставляет их медленно перемещаться на небольшое расстояние. Для металлических проводников носителями заряда являются электроны, для других проводников это могут быть положительно заряженные ионы или смесь положительно и отрицательно заряженных ионов, движущихся в противоположных направлениях одновременно. Носители заряда немного дальше по проводу подвержены крошечным движениям своих соседей. Хотя физическое движение носителей заряда очень медленное, воздействие на их соседей происходит очень быстро (вспомним колыбель Ньютона). Таким образом, крошечное нарушение в положении носителей заряда распространяется вдоль провода, пока не достигнет другого конца.

Эту часть вопроса лучше задать на https://physics.stackexchange.com/

Answer 2

Я сделаю удар. Прежде всего, концепции открытых и замкнутых цепей хорошо работают только на постоянном токе и на частотах, где длина волны сигнала значительно больше, чем размер схемы. На более высоких частотах поведение напряжений и токов становится более сложным.

Что касается отправки битового потока через пару проводов, обе ваши альтернативы верны. Шина IEEE 488 (иначе GP-IB или ранее, HP-IB) использует ваш первый метод. Процесс передачи данных использует 8 строк данных и 3 линии рукопожатия. Отправитель подает напряжение на 8 линий данных, ждет, пока напряжение достигнет получателя, а затем подает напряжение на одну из линий квитирования, сообщая получателю, что данные есть. Когда приемник видит напряжение на этой линии квитирования, он измеряет напряжения на линиях данных и определяет 8 двоичных значений, которые представляют эти напряжения. Затем получатель подает напряжение на другую линию квитирования, чтобы сообщить отправителю, что он получил данные и что отправитель может отправить следующие 8 битов. (Рукопожатие немного сложнее, но это достаточно близко для этого обсуждения.)

Все это ожидание занимает время и ограничивает скорость передачи данных по шине. Кроме того, максимальная скорость передачи данных уменьшается по мере увеличения расстояния между отправителем и получателем, поскольку изменения напряжения между отправителем и получателем занимают больше времени.

Междугородние линии связи и современные компьютерные сети работают больше как ваш второй метод. Отправитель отправляет много битов вместе как последовательность напряжений на пару проводов. Скорость, с которой отправитель может изменять напряжение на проводах, ограничена полосами пропускания проводной пары, передающими цепями отправителя и приемными цепями получателя. Когда полосы частот компонентов таковы, что напряжение может быстро изменяться, а расстояние между отправителем и получателем велико, отправитель может отправлять много битов последовательно, прежде чем получатель увидит первый бит.

Существует много способов отправки двоичных значений на пару проводов, кроме того, что одно напряжение представляет собой "1", а другое напряжение - "0". Например, вы можете использовать 4 разных напряжения, представляющих двоичные значения "00", "01", "10" и "11". На паре проводов, которые позволяют изменять напряжение только определенное количество раз в секунду, использование 4 напряжений вместо 2 позволяет отправлять в два раза больше битовых значений за определенный интервал времени.

Answer 3

Существуют различные способы отправки информационного сигнала по проводной среде. Три способа: а) изменение напряжения, б) изменение тока и в) изменение фазы.