Drähte, Kabel und WiFi

(fröhliche Musik) Ich bin Tess Winlock Ich bin Entwickler bei Google Eine Frage Wie kann ein Bild, eine Nachricht oder Email von einem Gerät zum Anderen gesendet werden? Das ist keine Magie. Das ist das Internet, ein greifbares, physikalisches System gemacht zur Informationsweitergabe. Das Internet ist im Grunde ähnlich der Post Aber die Daten werden ein wenig anderes gesendet. Statt kleiner Pakete und Umschläge werden im Internet binäre Informationen übermittelt. Alle Informationen bestehen aus Bits. Ein Bit kann als Gegensatzpaar bezeichnet werden, an oder aus, ja oder nein. Üblicherweise nutzen wir eine 1 (an), oder eine 0 (aus) Weil ein Bit zwei mögliche Werte hat nennen wir es "Binärcode". 8 Bits ergeben einen Byte 1000 Bytes ergeben ein Kilobyte. 1000 Kilobytes ergeben einen Megabyte. Ein normales Musikstück als Binärdatei ist üblicherweise 3-4 Megabyte groß. Es macht keinen Unterschied, ob es ein Bild, ein Video oder ein Lied ist. Alles im Internet wird in Bits repräsentiert und übertragen. Diese sind die Atome der Informationen, aber es ist nicht so, dass wir wirklich physische Einsen und Nullen von einem Ort zum Anderen senden oder von einer Person zu der Anderen. Wie funktioniert also die Übertragung über die Kabel und die Funkwellen? Nun, lass uns eine kleines Beispiel dazu anschauen wie Menschen physisch kommunizieren können um ein einzelnes Bit an Information von einem Ort zu einem anderen zu senden. Also sagen wir wir könnten ein Licht anschalten für eine Eins, oder ausschalten für eine Null, oder Pieptöne verwenden oder ähnliche Dinge wie Morszeichen. Diese Methoden funktionieren, aber sie sind wirklich langsam und anfällig für Luftverschmutzung und vollkommen abhängig von Menschen. Was wir wirklich brauchen ist eine Maschine. In der Vergangenheit haben wir viele Systeme gebaut, die wirklich in der Lage sind diese binären Informationen über verschiedene physische Medien zu senden. Heute senden wir physisch Bits mit Hilfe von Elektrizität, Licht und Radiowellen. (elektrisches Summen) Um ein Bit mit Elektrizität zu versenden, stell Dir vor Du hast zwei Glühbirnen, die mit einem Kupferdraht verbunden sind. Wenn ein Teilnehmer den Strom anschaltet dann leuchtet die Glühbirne. Keine Elektrizität, kein Licht. Wenn die Teilnehmer an beiden Enden sich einig sind, dass Licht an Eins bedeutet und Licht aus bedeutet Zwei dann haben wir ein System mit dem wir Bits von Information versenden können, von einer Person zu einer Anderen, das Elektrizität verwendet. Sie haben ein kleines Problem. Wenn Du eine Null fünf mal hintereinander senden möchtest, nun, wie kannst Du das auf eine Art machen das beide tatsächlich die Anzahl der Nullen zählen können? Nun, die Lösung ist so etwas die eine Uhr oder eine Stoppuhr einzuführen. Wenn die Teilnehmer sich einig werden können, dass der Sender ein Bit pro Sekunde senden wird, und der Empfänger sitzt da hört zu und schaut jede Sekunde, was auf der Leitung gerade geschieht. Um fünf Nullen hintereinander zu senden schaltet man das Licht aus und wartet fünf Sekunden. Die Person auf der anderen Seite der Leitung schreibt die Zeit mit. Alle fünf Sekunden, fünf hintereinander. Schalte es an. Für fünf Sekunden, jede Sekunde mitschreiben Offensichtlich würden wir Dinge gerne ein wenig schneller senden als ein Bit pro Sekunde. Also müssen wir unsere Bandbreite vergrößern, die maximale Übertragungskapazität von einem Gerät. Die Bandbreite wird als Bitrate gemessen. was die Nummer von Bits ist, die wir tatsächliche senden können über einen gegebenen Zeitraum, gewöhnlich gemessen in Sekunden. Eine andere Maßeinheit ist Latenz oder die Zeitdauer, die das Bit benötigt. um von einem Ort zu einem anderen zu gelangen. Von der Quelle zum anfragenden Gerät. In unserer menschlichen Analogie war ein Bit pro Sekunde ziemlich schnell aber ziemlich schwer für einen Menschen da mit zu kommen. Also lass uns sagen wir mochten tatsächlich einen drei Megabyte Song in drei Sekunden herunterladen. Mit 8 Millionen Bits pro Megabyte. Das bedeutet eine Bitrate von ungefähr 8 Millionen Bits pro Sekunde. Offensichtlich können Menschen nicht 8,000,000 Bit pro Sekunde senden oder empfangen. Aber eine Maschine kann das ohne Probleme, Aber es gibt auch noch die Frage was für ein Kabel man verwendet um die Nachricht zu versenden und wie weit das Signal reicht. Mit einem Ethernet Kabel. das Kabel, das du zu Hause oder im Büro oder in der Schule findest, Gibt es messbare Signalverluste oder Interferenzen nach nur wenigen hundert Fuß. Damit das Internet überall um den Globus funktionieren kann, brauchen wir eine alternative Methode um Bits über wirklich lange Distanzen zu versenden. z.B. über Ozeane hinweg. Also was können wir noch verwenden? Nun, was kennen wir, das sich noch viel schneller bewegt als einfache Elektrizität durch ein Kabel? Licht. Wir können tatsächlich Bits als Lichtstrahlen von einem Ort zu einem anderen senden, indem wir Glasfaserkabel verwenden. Ein Glasfaserkabel ist eine Faden aus Glas entwickelt um Licht zu reflektieren. Wenn man ein Lichtstrahl durch das Kabel sendet, dann hüpft das Licht über die Länge des Kabels auf und ab bis es am anderen Ende angekommen ist. Abhängig vom Winkel des Aufschlags können wir mehrere Bits gleichzeitig senden und alle reisen mit Lichtgeschwindikeit Deswegen ist Glasfaser wirklich, wirklich schnell. Aber noch wichtiger ist, dass das Signal nicht wirklich über lange Distanzen schwächer wird. Und so kannst Du hunderte von Meilen überbrücken, ohne Signalverlust. Deswegen verwenden wir Glasfaserkabel, die auf dem Meeresgrund verlegt werden um die Kontinente miteinander zu verbinden. 2008 wurde tatsächlich mal ein Kabel durchtrennt, nahe Alexandria in Ägypten, was tatsächlich das Internet in großen Teilen des mittleren Osten und Indien unterbrochen hat. Wir halten das Internet für selbstverständlich, aber es ist wirklich ein ziemlich fragiles phsysisches System, und Glasfaser sind toll, aber auch sehr teuer und schwer zu handhaben. Für die meisten Zwecke wirst du Kupferkabel vorfinden. Aber wie bewegen sich Dinge ohne Kabel? Wie senden wir Sachen kabellos? Kabellose Bit-Sende-Machinen verwenden typischerweise Funksignale um Bits von einem Ort zu einem anderen zu senden. Die Maschinen müssen die Einsen und Nullen in Funkwellen mit verschiedenen Frequenzen übersetzen. Die Empfangsmaschinen kehren den Prozess um und übersetzen wieder zurrück in Binärsignale auf deinem Computer. Kabellosigkeit hat unser Internet mobil gemacht, aber Funksignale reichen nicht so weit bevor sie komplett verstümmelt werden. Deswegen kann man nicht wirklich einen Radiosendet aus Los Angeles in Chicago empfangen. So toll die Kabellosigkeit auch ist, sie ist heute noch auf das kabelgebundene Internet angewiesen. Wenn Du in einem Kaffee das W-Lan benutzt dann werden die Bits durch den kabellosen Router gesendet und dann in ein psysisches Kabel übertragen um in den großen Entfernungen des Internets weiter zu reisen. Die physische Methode mit der wir Bits übertragen mag sich in Zukunft verändern, ob es Laserkommunikation zwischen Sateliten wird, oder Funkwellen von Ballons oder Drohnen, aber die zugrundeliegende Binäre repräsentation der Information und die Protocolle mit der diese Informaitonen gesendet und empfangen werden sind immer so ziemlich die gleichen geblieben. Alles im Internet, seien es Wörter, E-Mails, Bilder, Katzenvideos, Welpenvideos, das alles läuft letztenendlich darauf hinaus, dass diese Einsen und Nullen geliefert werden von elektrischen Impulsen, Lichtstrahlen, Radiowellen, und von viel, viel Liebe. (fröhliche Musik)