İnternet verileri nasıl bu kadar hızlı iletebilir?

Doğru yerde olup olmadığımdan emin değilim, ama burada birisinin iyi bir cevap verebileceğini düşündüm. Elektriğin nasıl bu kadar hızlı akabildiğini bilmek istiyorum. Örneğin, günümüzde video oyunları, dünyanın her yerinden birini vurabilir ve neredeyse anında ölürler. Elektrik bunu nasıl yapabilir? Bu soruyu google'da denemeye çalışıyordum, ancak kötü sonuçlar buldum, bu yüzden buradayım.

Bu, tek bir gönderide, tek bir kişi tarafından cevaplanabilecek bir şey değildir. Ancak, umarım bu cevap yardımcı olmak için yeterli bilgi ve bağlantılar sağlar.

Sinyallerin İnternet üzerinden nasıl iletildiğini anlamak önemlidir. Bununla birlikte, gürültü ve çok sayıda kullanıcı nedeniyle, aynı sinyalin kodlanması, kodu çözülmesi, yeniden iletilmesi vb. Ayrıca milisaniyede bir bilgisayar için çok büyük bir zaman olduğunu unutmayın; bir GeForce Quadro K6000 grafik kartı bu sürede 5.000.000.000+ kayan nokta işlemi gerçekleştirebilir (5196 GFlops çarpı 1 ms).

İletken kablolar:

Elektronların kendileri o kadar hızlı hareket etmezler çünkü iletken kabloların içinde zıplarlar. Ancak elektrik, biri diğerine sıçrayan elektronlara dayanarak hareket etmez, biri elektromanyetik etkileşim yoluyla diğerini iter:

Satırda 3 elektron var (bir boyutlu boşluk olduğunu varsayın). İlkini biraz hareket ettirin. Birinciden ikinciye olan mesafe biraz daha küçülür. Üzerlerindeki elektrostatik kuvvet biraz daha büyür. Coulomb Yasasına göre : burada:kuvvetin büyüklüğü, Coulomb sabiti, ve iki parçacığın her birinin yüküdür ve son olarak aralarındaki mesafedir.

İlk parçacık ikinciye doğru ilerledikçe elektrostatik kuvvet neredeyse anında artar. Bu, ikinci parçacığın üçüncü parçaya doğru biraz hareket etmesine neden olur.

"Neredeyse anında" aslında " ışık hızında " ( ) anlamına gelir .$c=299,792,458m/s$

İletken bir telin içinde aşırı sayıda elektron vardır ve fizik biraz daha karmaşıktır, ancak bunun özü, bir iletkeni "neredeyse anında" ancak daha yavaş bir sinyalden geçer .$c$

Optik fiber:

Fiber optik kablolar sinyalleri elektronlar yerine fotonlarla iletir. Ancak bu durumda bile, fotonlar düz bir çizgide ilerlemez. Bununla birlikte, fotonun hat boyunca hareket etmesi için gereken süre, sinyalleri kodlamak ve kodunu çözmek için işlem süresine ve paket yeniden iletimlerine kıyasla hala çok azdır.

Kablosuz:

Son olarak, çok sayıda iletim protokolü, modülasyonu ve frekansı kullanarak kablosuz, sinyalleri iletmek için iletişim uyduları ve çok sayıda kablosuz bağlantı kullanılır . Bu durumda, sinyaller elektromanyetik radyasyon kullanılarak iletilir . Bu çok karmaşık bir konu ve muhtemelen hepsini ele alamıyorum.

Bilgileri elektrik sinyallerine kodlamanın akıllı yolları:

Bir voltaj darbesinin bir telin diğer ucuna ulaşması yeterli değildir; bu voltaj bazı bilgileri iletmek için vardır. Aktarılacak bilgiye (taşınan, dolayısıyla ad taşıyıcısı) dayalı olarak bir taşıyıcı sinyali değiştirilerek bilginin kodlanması işlemine modülasyon denir .

Aynı kanalları paylaşmanın akıllı yolları:

Tüm bu iletişim kanallarının bağlanması ve bilginin bu geniş ağda güvenilir bir şekilde dolaşması gerekir. Başlangıçta, iki düğümün birbiriyle iletişim kurması için, A düğümünden B düğümü'ne bir yol oluşturan bir dizi kablo ayıracaklardı. Başka hiçbir düğüm aynı yolu kullanamazdı. Buna devre anahtarlama denir . İnternet gibi bu kadar geniş bir ağı mümkün kılan atılım, çok sayıda düğümün belirli bir iletişim kanalını paylaşma yeteneğiydi. Bu paylaşım paket geçişi ile etkinleştirildi. Bir devreyi yalnızca iki düğüm için ayırmak yerine, her düğüm sadece veri yolunun boş olup olmadığını kontrol eder, daha sonra veri ve hedef bilgisi (ve diğer bazı şeyleri) içeren bir paket iletir ve ardından kanalı serbest bırakır. Paketlerin hedeflerini bulması gerekir ve buna paket yönlendirmesi denir , bu da başka bir büyük konudur. Yönlendirme ve modülasyon ihtiyacı, bir paketin hedefine ulaşmak için elektromanyetik dalgaların ne kadar hızlı gittiğine kıyasla "bu kadar uzun" sürmesinin ana nedenidir. Yönlendirme ayrıca tüm bu kullanıcıların aynı ağda bir arada var olması için gereklidir.

İnternet:

Tüm bunlar, diğer birçok teknolojiyle birlikte, İnternet'i oluşturmak için birlikte kullanılır .

Gecikme Tazminatı:

Rekabetçi video oyunları da dahil olmak üzere birçok uygulamada, özellikle bir sunucunun "isabet" kaydetmesi gerektiğinde birkaç milisaniye gecikme kabul edilemez. Bu noktada gecikme tazminatı devreye girer. Kullanılan yöntemlerden biri, sunucunun her bir varlık konumu ve animasyon durumu hakkında kısa bir geçmişi tutmasını içerir. Ardından, bir oyuncu her bir varlığın artı dünya geometrisinin gecikmesine, hızına ve animasyon durumuna göre silahlarını "ateşlediğinde" bir "isabet" olup olmayacağını görmek için bir dizi test ve fizik simülasyonu gerçekleştirin.

Belki bu bir yorum olarak daha iyi olurdu, ama çok uzun. İfadelerinizin neredeyse anında iletilecek verileri algıladığınızı gösterdiği gerçeğini ele almak istedim , ancak sunduğunuz gözlemlerin hiçbiri gerçekten hızlı bir şekilde iletilmediğini kanıtlamıyor.

Video oyunlarından bahsediyorsun. Oyun geliştiricileri, oyuncular arasında önemli bir gecikme olduğu gerçeğinin farkındadır, bu yüzden birkaç numara çıkarırlar. Bunlardan biri, istemcinin sunucudan / diğer oyunculardan henüz almadığı belirli bilgileri tahmin etmesidir. Örneğin, müşteriniz rakibinizin konumunu ve hızını, örneğin, 50ms önce bilir. Bu yüzden tahmin eder ve der ki, "eğer hareketi böyleyse, muhtemelen şimdi buradadır" ve tahmin edilen konumu görüyorsunuz. Çoğu zaman, oldukça doğrudur (muhtemelen programcıların buna gösterdiği çaba nedeniyle) ve aslında gecikme yokmuş gibi hissediyor. Diğer zamanlarda yanlış ve size göre, konsolunuzun tahmin ettiğinden farklı bir pozisyondayken, oyuncunun vurulduğu anlaşılıyor.

İlgili bir notta, çoğu ekran 60Hz civarında çalışır ve bazıları çift arabelleğe alma adı verilen bir şey yapar. Buradaki ayrıntılara girmeyeceğim, ancak bu işlemcinin bir çerçeve oluşturması ile gerçekte görüntülenmesi arasında 33 ms'ye kadar gecikme sürüyor. Çoğu insan bunu fark etmez, bu yüzden ağ gecikmesi 33 ms'ye eşit olsa bile, herhangi bir programlama hilesi olmasa bile anında olduğunu algılayabileceğinizi düşünmenin mantıklı olduğunu düşünüyorum.

Özetle, internet mutlaka "hızlı" değildir. Ancak akıllı insanlar , gerçekte olduğundan daha hızlı görünmesini sağlamak için akıllı şeyler yaparlar . Daha fazla bilgi istiyorsanız, gamedev.stackexchange.com adresinden insanlara sormayı düşünebilirsiniz .

İnsanlar sadece modülasyonlardan (sinyalin fonksiyonu olarak uzun mesafeler boyunca kolayca yayılabilen daha yüksek enerjili bir "taşıyıcı" modifiye eden süreç) iletişim bağlantılarının veri hızını arttırmada önemli bir unsurdan ziyade ek bir faktör olarak şaşırdım. İnternetin başlangıcındaki 54kbps modemleri hatırlıyor musunuz? ADSL modemler devreye girdiğinde, çoğunlukla kullanılan modülasyon nedeniyle veri hızında ani bir yirmi kat + artış oldu: QAM ile bit hızı, daha fazla şey sığdırmak gibi sembol (saat) oranından (çeşitli genlikler ve fazlar kullanarak) yükseldi. aynı kova içinde aynı hızda seyahat, sadece onları düzenlemek için daha akıllıca bir yol bulmak. Ve henüz işimiz bitmedi, birçok kişi zaten var ya da araştırılıyor ...

a) QAM modülasyonunun durum haritası , RF modülasyonlarından biri b) Sembol hızının veri hızından nasıl farklı olabileceği, örneğin çok seviyeli genlik modülasyonu (FM'nin atası), QAM bileşenlerinden biri (diğeri faz, çok FM ile ilgili).

Özellikle probleminiz için, oyuncuların ne yaptığını tahmin etmeye çalışmak dışında, oyunlar genellikle makineniz tarafından oluşturulur; koordinatlar, hızlar vb. gibi çok az miktarda hayati bilgi taşınır. Tek bir web sayfasının bundan daha fazla bilgiye sahip olması muhtemeldir, ancak asıl sorun gecikmedir (özellikle hardcore oyuncular için) ve sinyallerinizin hub sayısı ile birikir. diğer şeylerin yanı sıra yayılma gecikmelerinden kaynaklanıyor (mesafe de artan maksimum güvenilir veri hızı kayıplarla düştüğü için de bir sorundur).

İnternet, genellikle en kısa / en hızlı yolu seçmeye çalışan bir yönlendirme protokolü kullanarak aralarındaki internet trafiğini (paketler) ileten birbirine bağlı yönlendiriciler ağıdır.
Çoğu yönlendirici günümüzde optik fiber ile bağlanmıştır - özellikle yönlendiriciler arasındaki mesafe 10 saniyeden veya birkaç metreden fazlaysa veya yönlendiriciler arasındaki hızlar yüksek olduğunda (1, 10 veya hatta 40 Gb / s) - bu günümüzde internetin bir parçası olan hemen hemen her yönlendiriciyi içerir. Dikkate değer istisna muhtemelen ev yönlendiriciniz / modeminizdir.
Her iki durumda da, sinyallerin fiber ya da elektrik kalbe boyunca yayılma hızı ışık hızına yakındır. Bu nedenle, teorik olarak, Melbourne, Avustralya'dan Angra de Heroismo'ya, Azores'e (bunlar neredeyse antipodlardır) yaklaşık 70ms'de bir paket alabilirsiniz. Şimdi gerçek dünya örneğine bakalım. Paketlerinizi yönlendiriciden yönlendiriciye kadar takip eden ve her 'hop' arasındaki yaklaşık gecikmeyi uygun bir şekilde veren bir yardımcı çağrı 'traceroute' var. (İm ms'nin 'gidiş-dönüş' olduğuna dikkat edin - bu yüzden teoride tek yönlü bunun yarısıdır):

  7   127 ms   143 ms   139 ms  i-0-1-0-0.sydp01.bi.telstraglobal.net [202.84.220.218]
  8   111 ms   113 ms    64 ms  i-0-5-0-2.sydp-core02.bi.telstraglobal.net [202.84.220.217]
  9   167 ms   201 ms   210 ms  i-0-3-0-6.paix-core01.bx.telstraglobal.net [202.84.140.194]
 10   156 ms   158 ms   188 ms  i-0-0-0-5.paix02.bi.telstraglobal.net [202.84.251.18]
 11   204 ms   206 ms   175 ms  80.157.128.205
 12   537 ms   512 ms   593 ms  mad-sa3-i.MAD.ES.NET.DTAG.DE [217.5.95.173]
 13   554 ms   552 ms   579 ms  80.157.129.10
 14   544 ms   569 ms   545 ms  10.255.26.254
 15   568 ms   568 ms   538 ms  catvaweb.cabotva.net [81.20.240.40]

(Şirketimin intranetinin üzerinden geçen şerbetçiotu bıraktım).
Gecikmelerin sadece 'ışık hızından' beklediğinizden çok daha uzun olduğunu fark edeceksiniz. Bu, paketlerinizi yönlendiren yönlendiriciler tarafından getirilen gecikmedir. Bazen hızlı, bazen yavaş, özellikle de yük altındayken.

Gördüğünüz gibi, gecikmelerin çoğu yayılım gecikmelerinden değil, yönlendirici yönlendirmeden kaynaklanmaktadır. Traceroute aracı ile biraz oynarsanız (çevrimiçi bulabileceğiniz çok sayıda web tabanlı olanlar varsa), rotanın her zaman aynı olmadığını ve hatta nerede olduğunu, gecikmelerin her yerde olduğunu göreceksiniz.
Çevrimiçi oyun şirketleri, sunucularını internete iyi bir bağlantısı olan yerlerde barındırır ve paketlerinin diğerlerine göre önceliğini vermek için servis sağlayıcılarla anlaşma yapabilir. Ayrıca, bazı internet servis sağlayıcıları aynı şeyi yapabilir ve oyunculara öncelik verebilir (bir fiyata!). Bu mümkündür, çünkü görebileceğiniz gibi, ana gecikmeler fiberde değil yönlendiricilerdedir. Video akışı için bu önemli değil, oyunlar için kritik. Bu nedenle, servis sağlayıcılar içeriklerine göre internet paketlerine öncelik verebilir - videoya daha fazla bant genişliği ancak daha fazla gecikme verebilir, oysa (çok fazla bant genişliği gerektirmeyen) oyunlara minimum gecikmeler için yönlendiricinin kuyruğunda öncelik verilebilir.

ve neredeyse anında ölüyorlar

$c \approx 186,000$

İnternet altyapısından Dünya'nın diğer tarafına yayılması için bir veri paketinin, muhtemelen, 10 milisaniye kadar sürmesi gerekir, ancak aslında, bu, anlık ile karşılaştırıldığında bir 'sonsuzluk'tur .

$10^{-23}s$

Başka bir deyişle, dünyadaki 'düşmanınızı' öldürmek 'için bazı parçacıkların LHC'de çürümesinden yaklaşık 100.000.000.000.000.000.000.000 daha fazla zaman gerekir.

Neredeyse anında? Bazı temel parçacık etkileşimlerinin zaman ölçekleriyle karşılaştırıldığında, dünyadaki bir yıla kıyasla evrenin hesaplanan yaşından çok daha uzundur.

Bir ara düşünmek isteyebileceğini düşündüm.

Elektrik temel olarak ışık hızında hareket eder. internette, bunu yavaşlatacak tek şey, internet trafiğini evinizle rakibinizin evi arasında dünya çapında yönlendiren ağ donanımıdır: bu donanım, yönlendiriciler, anahtarlar ve elektriği ışığa (fiber) ve arkaya. Bunlar aynı zamanda çok hızlı (transistler, silikon yongaları ve ne olmasa da) teknolojiye dayanır ve bu nedenle etkiler minimaldir. Yani elinizde ışık hızında çevrilen bilgilerde küçük bir gecikme var. güneşten gelen ışığın dünyaya ulaşmak için 93 milyon mil yol kat etmesi 8 dakika sürer, bu yüzden bu perspektife koyduğunuzda, oyun konsolunuzdaki bilgilerin "neredeyse anında" olması mantıklıdır

Çoğunlukla ışık hızına görecelidir.

Amsterdam New York'un teorik limiti = 40ms Amsterdam New York'un
internet limiti = 82ms

Amsterdam Adelaide'nin teorik limiti = 130ms Amsterdam Adelaide'nin
internet limiti = 320ms

Paris'ten NYC'ye kuş uçarken, ışık yaklaşık 20 ms sürer. mükemmel bir Ping süresi 40 ms olacaktır. Fiber optik camda ışık% 31 daha yavaştır. Dahası, bir optik fiberdeki ışık bu \ / \ / \ / gibi sekerek rotayı uzatır. Buna tesisat ekipmanı sürelerini de ekleyin. Paris'ten New York'a en hızlı ping şu anda yaklaşık 82 ms.

Amsterdam to Adelaide 320ms, 100 yıl içinde, belki de fizik yasalarının izin verdiği teorik sınıra, yani 130ms, 1550km için, zaten teorik sınıra yakın olacak.

İşte internet hızlarının bir listesi: https://wondernetwork.com/pings

Buna bant genişliği kavramını da ekleyin.

Bilgisayarınız, ekranınız, çevre birimleriniz, sesiniz, klavyenizdeki ekipmanın gecikme süresi normalde yaklaşık 10 ms'dir. Bu nedenle, PC'nizde gerçekleşen bir olayın yönlendiricinize en hızlı yanıt süresi, herhangi bir veri aktarımı için DirectX tarafından her zaman 20ms'den azdır.

Çevrimiçi video oyunlarının bu kadar hızlı tepki sürelerine sahip olmasının nihai nedeni , bilgisayarınızda her şeyin yapılmasıdır . Birini vurduğunuzda, bilgisayarınız rakibinizi öldürdüğünüze karar verir ve anında ilgili resmi görüntüler. Ayrıca rakibinizin bilgisayarını bu olay hakkında bilgilendirir, ancak bunun bir gecikmeyle gerçekleştiğini göremezsiniz. Tipik olarak, hesaplamalar, hile yapılmasını önlemek için merkezi bir sunucuda ikinci kez gerçekleştirilir. Eğer sunucu rakibinizi gerçekten öldürmediğinize karar verirse, yarım saniye kadar sonra tekrar canlandıklarını göreceksiniz.

Ağ dağıtım süresi, uzak konumlar arasında 300+ ms'ye kadar çıkabilir ve her oyuncunun eyleminde bu tür gecikmeler meydana gelirse hızlı tempolu oyunlar oynatılamaz.

İfadeleri okuduğumda, aynı cevapla iki (ilgili) soru var: 1) İnternet, çeşitli elektromanyetik (EM) enerji iletim formlarını kullandığı ve EM'nin çok hızlı yayıldığı için verileri "hızlı" iletebiliyor ( çünkü yaklaşık 186.000 mil / s), 2) elektrik "hızlı akış" yapabiliyor öyle elektromanyetik enerji ve EM çok hızlı yayar.