Dráty, kabely a WiFi

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.