Hlavní obsah
Doplňující partnerský obsah z code.org
Dráty, kabely a WiFi
Softwarová inženýrka Tess Winlock nám poví o tom, jak fyzická infrastruktura internetu umožňuje přenos informací.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
Jmenuji se Tess Winlock. Pracuji v Googlu jako programátorka. A mám otázku. Jak se zasílá obrázek, textová zpráva
nebo e-mail z jednoho zařízení na druhé? Nejedná se o kouzla. Je to internet, hmatatelný
fyzický systém, který byl vyvinut k přenášení
informací. Internet se hodně podobá poště, ale typ zásilek se trochu liší. Místo balíčků a obálek se po internetu
zasílají informace v binární podobě. Informace je složena z bitů. Bit je dvojková číslice, zapnuto nebo vypnuto,
ano nebo ne. Typicky se používá 1 (zapnuto) nebo 0 (vypnuto). Protože bit má 2 možné stavy, tak takový zápis informace nazýváme
binární kód. 8 bitů - osmiciferné binární
číslo, tvoří 1 bajt. Tisíc bajtů je kilobajt. Tisíc kilobajtů je megabajt. Písnička je obvykle zakódovaná do 3 - 4 megabajtů (MB). Nezáleží na tom, zda jde o obrázek,
video nebo píseň. Vše na internetu je zapsáno
a zasíláno jako bity. Jsou to atomy informace, ale nejedná se o zasílání jedniček a nul z místa na místo, od osoby k další osobě. Jak se fyzicky informace přenáší
přes dráty či vzduchem? Podívejme se na příklad,
jak lidé mohou přenést jeden bit informace z místa na místo. Mohli bychom, řekněme,
rozsvítit světlo (jako 1) nebo zhasnout (0), nebo
využít zvukový signál třeba jako u Morseovky. Tyto metody fungují, ale
jsou pomalé a zcela závislé na lidech. Potřebujeme stroj. Doposud jsme vyrobili
mnoho systémů, které mohou posílat binární informaci skrze různé typy fyzických médií. Dnes zasíláme bity pomocí
elektřiny, světla a radiových vln. Pro zaslání bitu pomocí
elektřiny si představte, že máte 2 žárovky
spojené měděným drátem. Pokud operátor zařízení zapne elektřinu, žárovka se rozsvítí. Vypnutá elektřina =
zhasnutá žárovka. Pokud operátoři na obou stranách
souhlasí, že rozsvíceno znamená "1" a zhasnuto znamená "0", pak máme systém pro zasílání bitů od jedné osoby k další
za použití elektřiny. Mají ale malý problém. Pokud potřebujete zaslat
pět nul v řadě za sebou, jak to udělat, aby kdokoli z nich mohl
počítat počet nul? Řešením je přidání
hodin nebo časovače. Operátoři si odsouhlasí,
že odesílatel zašle 1 bit za sekundu a příjemce si sedne a zaznamená
co vidí v jedné každé sekundě. Pro zaslání 5 nul za sebou stačí zhasnout a počkat 5 sekund. Osoba na druhém konci zapíše
všech 5 sekund. Pro pět jedniček v řadě
stačí rozsvítit na 5 sekund, a zapsat každou sekundu. Je zřejmé, že chceme vysílat
rychleji než jeden bit za sekundu. Potřebujeme zvýšit tzv. šířku pásma, neboli maximální
přenosovou kapacitu zařízení. Šířka pásma se měří počtem bitů, které dokážeme zaslat
za dané časové období, obvykle v sekundách. Jiný způsob měření rychlosti je latence, neboli čas, který zabere
přenos jednoho bitu z místa na místo. Od zdroje k našemu zařízení. Pro člověka je bit za sekundu rychlý a poněkud těžko stíhatelný. Řekněme, že chcete stáhnout
písničku o velikosti 3 MB za 3 s. 8 000 000 bitů v megabajtu, to znamená rychlost
8 000 000 bitů za sekundu. Lidé nedokáží zasílat
nebo přijímat 8 000 000 bitů za sekundu. Ale přístroje to zvládají. Další otázka je, po jakém druhu
kabelu tyto zprávy přenášet a jak daleko mohou být přeneseny. U ethernetového kabelu,
který znáte z domova, kanceláře či školy, je ztráta signálu nebo rušení
měřitelná už po stovkách metrů. Aby internet fungoval
po celém světě, potřebujeme další metody
pro přenos bitů na velké vzdálenosti. Mluvíme tu o přenosu
přes oceány. Co k tomu využít? Co se pohybuje výrazně rychleji
než elektřina v kabelu? Světlo. Můžeme poslat bity jako
svazek světelných paprsků z místa na místo pomocí
optického vlákna. Optický kabel je skleněné vlákno navržené tak, aby odráželo světlo. Když posíláte světelný signál po kabelu, světlo se odráží v kabelu po celé délce dokud není přijato na druhém konci. V závislosti na úhlu odrazu můžeme zasílat více
bitů současně a všechny jsou přenášeny
rychlostí světla, takže optické vlákno je opravdu
rychlé a ještě důležitější je, že signál není na dlouhých
vzdálenostech zkreslen. Takto lze přenášet signál
stovky kilometrů bez ztrát. To je důvod, proč pod oceány používáme optické kabely pro
spojení kontinentů. V roce 2008 byl kabel přerušen
v oblasti Alexandrie v Egyptě a skutečně narušil internet
na Středním východě a v Indii. Považujeme internet
za samozřejmý, ale je to křehký fyzický systém a vlákno je úžasné, ale také velmi drahé
a není snadné s ním pracovat. Většinou se používá měděný kabel. Ale jak přenášíme data bez drátů? Jak přenášíme bezdrátově? Bezdrátová zařízení obvykle používají
pro zasílání bitů z místa na místo radiový signál. Zařízením musí překládat jedničky a nuly do radiových vln různých frekvencí. Přijímací zařízení dělá obrácený proces. Překládají zpět binární informaci
Vašemu počítači. Bezdrátový je mobilní internet, ale radiový signál necestuje
daleko aniž by byl rušen. Proto nemůžete naladit
rádio "Los Angeles" v Chicagu. A ačkoli je bezdrátový přenos výborný,
stále spoléháme na drátový přenos. Jste-li v kavárně na WiFi, jsou bity zasílány přes
bezdrátový router a pak po fyzickém drátu na opravdu dlouhé vzdálenosti. Fyzické způsoby zasílání bitů
se mohou v budoucnu měnit, např. využití laseru mezi satelity nebo radiových vln z balónů či dronů, ale znázornění informací v binární soustavě a protokoly pro jejich zasílání
zůstávají zhruba stejné. Vše na internetu, slova, e-maily, obrázky, videa s koťaty a štěňaty jsou vlastně jen jedničky a nuly přenášené jako elektrické pulzy,
světelný signál, radiové vlny se spoustou a spoustou lásky.