ワイヤーを通過する信号の物理的な動作パラダイム
こんにちは、
これは物理学の問題かもしれませんので、ご不便をおかけして申し訳ありません。
コンピュータネットワークを勉強するとき、私はよくこのようなものを読みます
信号を表すために、ワイヤの一方の端に電圧をかけ、もう一方の端が電圧を検出して信号を検出します。
だから私は信号がワイヤーを正確に通過する方法を疑問に思っていますか？
エレクトロニクスに関する私の正式な知識に基づく私の現在の理解は次のとおりです。
まず、電場を拘束/保持するためにclose回路が必要です。回路のどこかに電圧をかけると、回路媒体内に電界が蓄積し始めます。このプロセスは光速と同じくらい速いはずです。そして、電場が構築されると、回路媒体内の電子が移動し、したがって電子電流が発生し、電子電流が検出されるのに十分な強さになると完全な回路上のどこか別のBで、BはAで何が起こったかを知っているので、AとBの間の通信が実現されます。
上記は、ワイヤーを介してsingle電圧を送信するプロセスについてのみ説明しています。ビットストリームがあり、一連の電圧を送信する必要がある場合、次のうちどれが正しいかわかりません。
2番目の電圧は、1番目の電圧がBで検出された後にのみ、Aから送信する必要があります。時間間隔は、媒体内の電界を刺激し、Bで検出可能な電子電流を形成するのに必要な時間です。
いくつかの異なる電圧が1つずつワイヤに送信される可能性があり、異なる電子電流値がワイヤに沿って同時に存在し、Bに到達します連続して。
私は自分自身を明確にし、他の誰かがこの質問について考えたことがあることを願っています。
（私はこの質問にネットワークのタグを付けます。より良いオプションがあるかどうかわかりません。）
ありがとう、
サム
2つの質問があります
一連の電気信号は、線路に沿って同時に移動する複数の小さな客車のようにワイヤーを通過しますか？それとも、2人の男性が木の棒の端を押すようなものですか？
簡単な思考実験をしてください-ギガビットイーサネットを再発明しましょう。
イーサネットケーブルの長さは300メートルになります。それは完全導体であり、信号が光速で伝搬するのを妨げる物理法則を無視します。したがって、ワイヤーの一方の端をPP3バッテリーに接続すると、信号はマイクロ秒（300 /（3 * 10 ^ 8））で300m離れたもう一方の端に伝わります。ギガビットは毎秒10 ^ 9ビットを意味するので、マイクロ秒で1000ビットを送信する必要があります。したがって、最初のビットがもう一方の端に到達するのと同じように、これらの1000の電圧変化はすべて300mワイヤのどこかに存在する必要があります。
電気信号はどのようにワイヤーを通過しますか
ワイヤーの端に電界がかかります。これにより、近くの電荷キャリアを引き付けたり反発したりして、ゆっくりと小さな距離を移動させます。金属ワイヤの場合、電荷キャリアは電子であり、他の導体の場合、それらは正に帯電したイオン、または同時に反対方向に移動する正と負に帯電したイオンの混合物である可能性があります。ワイヤに沿って少し離れた電荷キャリアは、隣接する電荷キャリアの小さな動きの影響を受けます。電荷キャリアの物理的な動きは非常に遅いですが、隣接する電荷キャリアへの影響は非常に速く発生します（ニュートンのゆりかごを考えてみてください）。このようにして、電荷キャリアの位置の小さな乱れが、もう一方の端に到達するまでワイヤに沿って伝播します。
質問のこの部分は、 https://physics.stackexchange.com/ で尋ねた方がよいかもしれません。
私はそれを刺します。まず、開回路と閉回路の概念は、DCで、信号の波長が回路のサイズよりも大幅に長い周波数でのみうまく機能します。より高い周波数では、電圧と電流はより複雑になります。
ワイヤーのペアを介してビットストリームを送信することに関しては、両方の選択肢が当てはまります。 IEEE 488バス（別名GP-IBまたは以前はHP-IB）は、最初の方法を使用します。データ転送プロセスは、8本のデータラインと3本のハンドシェイクラインを使用します。送信側は8本のデータラインに電圧をかけ、電圧がレシーバーに到達するのに十分な時間待機してから、ハンドシェイクラインの1つに電圧をかけ、データがそこにあることをレシーバーに通知します。受信機は、そのハンドシェイクラインの電圧を確認すると、データラインの電圧を測定し、それらの電圧が表す8つのバイナリ値を決定します。次に、受信機は別のハンドシェイクラインに電圧をかけ、データを受信したこと、および送信者が次の8ビットを送信できることを送信者に通知します。 （ハンドシェイクはそれよりも少し複雑ですが、この議論には十分に近いです。）
その待機はすべて時間がかかり、バスのデータレートを制限します。また、送信機と受信機の間の電圧変化にかかる時間が長くなるため、送信機と受信機の間の距離が長くなると、最大データレートは低くなります。
長距離通信リンクと最新のコンピュータネットワークは、2番目の方法のように機能します。送信側は、1対のワイヤで一連の電圧として多くのビットを一緒に送信します。送信者がワイヤの電圧を変更できる速度は、ワイヤペア、送信者の送信回路、および受信者の受信回路の帯域幅によって制限されます。コンポーネントの帯域幅が電圧を急速に変化させるようなものであり、送信側と受信側の間の距離が大きい場合、送信側は受信側が最初のビットを認識する前に多くのビットを順番に送信できます。
1つの電圧が「1」を表し、別の電圧が「0」を表すだけでなく、ワイヤのペアでバイナリ値を送信する方法はたくさんあります。たとえば、バイナリ値「00」、「01」、「10」、「11」を表す4つの異なる電圧を使用できます。電圧を1秒間に特定の回数だけ変更できるワイヤーのペアでは、2つではなく4つの電圧を使用すると、特定の時間間隔で2倍のビット値を送信できます。
ワイヤー媒体に沿って情報信号を送信するには、さまざまな方法があります。 3つの方法は、a）電圧を変化させる、b）電流を変化させる、c）位相を変化させることです。