O tempo de transmissão pode ser definido, conforme Wikipédia , como (para um sinal digital):
"O tempo desde o primeiro bit até o último bit de uma mensagem sair do nó transmissor."
Pensando em sinais digitais, o tempo de transmissão corresponde à duração total de todo o pacote. Os dados são enviados para o fio a partir do buffer de envio. A quantidade de tempo que os bits individuais de um pacote devem esperar na fila de envio (buffer) é outro tipo de atraso chamado atraso de fila , portanto, estou excluindo-o por enquanto.
Minha pergunta é a seguinte: de que exatamente o tempo de transmissão é função? Por exemplo, podemos dizer que o atraso de propagação é função de uma fração da velocidade da luz e da distância entre os nós conectados, o atraso de processamento é função da velocidade de processamento das CPUs, FPGAs etc. o tempo parece ser vagamente definido em termos dessas relações funcionais.
Como o tempo de fila é um tipo separado de atraso, devemos pensar que os dados que serão enviados para a rede já ultrapassaram o tempo de fila, portanto, o único trabalho a fazer é enviar os dados para a rede. A pergunta que faço também assume a forma: "Que razões físicas impedem que os dados sejam enviados imediatamente para a rede?".
Claro, parece que não pode ser colocado no fio imediatamente e não é nada intuitivo, mas por quê? É a distância do local físico do buffer de envio até a extremidade inicial do fio? É algum tipo de limitação que os protocolos PHY são capazes de impor através de diferentes mecanismos de limitação (por exemplo, consulte: "...Muitos adaptadores Ethernet e portas de switch suportam múltiplas velocidades usando negociação automática para definir a velocidade e duplex para os melhores valores suportado por ambos os dispositivos conectados.") ? Se sim, quais são esses mecanismos no nível do hardware? É a taxa de amostragem do relógio do nó? Qual(is) deles provavelmente teria o maior impacto no tempo de transmissão?
Eu sei que nem todos os protocolos PHY são capazes de lidar com altas velocidades de transmissão (por exemplo, Comer, DE (2008). Computer Networks and Internets 5th Edition: "As interfaces seriais assíncronas comumente suportarão velocidades de transmissão de bits de até 230,4 kbit/s.") . Pelo que entendi, há uma limitação causada pelo cabeamento e pela própria camada física; no entanto, presumo que a resposta esteja em uma combinação das propriedades do nó de envio e da interface de conexão física na NIC.
A propósito, por favor, não me diga que é uma função do tamanho do pacote e da taxa de bits, pois eventualmente se resume a dizer que "O período é alto, mas por quê? Porque a frequência é baixa!", o que não tem sentido.
Posso ter ignorado algumas fontes que podem fornecer informações sobre isso, porém, não consegui encontrar nenhuma.
O que você chama de dados (digitais) deve ser representado como sinais elétricos analógicos para transmissão. O mundo real é analógico; apenas a informação é digital. Esses dados digitais (ou seja, quantizados) não podem existir no mundo real, analógico (ou seja, contínuo) (a menos que você esteja estudando partículas subatômicas, onde a física quântica assume o controle). Deve ser representado por um sinal analógico. (Um "sinal digital" é um nome impróprio; na verdade, significa informação digital transmitida por uma forma de onda analógica.)
Todas as formas de onda têm valores contínuos em vez de valores discretos e, portanto, são analógicas. Uma forma de onda não pode estar em um nível de tensão discreto e depois mudar instantaneamente para outro nível de tensão discreto. Um sinal digital teria apenas dois níveis, por exemplo, 0 e 1. Um estado de 1/2 nunca é permitido. Mas é impossível gerar tal sinal neste mundo analógico.
Normalmente, uma combinação de amplitude, fase e frequência é empregada para modular a informação digital em uma forma de onda analógica. O sinal "digital" mais simples, o sinal lógico (por exemplo, usado em TTL e CMOS), usa apenas modulação de amplitude para representar níveis/estados lógicos 0 e 1. Os estados lógicos são representados por níveis de tensão específicos, não como seria de esperar para valores verdadeiramente digitais, mas, como uma concessão ao mundo analógico em que o sinal deve operar, faixas de tensão (ou seja, um contínuo) para cada estado lógico.
Cada entrada lógica é um conversor analógico-digital muito simples. Quando a entrada é amostrada (acionada por um sinal de clock), uma tensão amostrada na faixa de baixa tensão é interpretada como lógica 0. Mas se a tensão amostrada estiver na faixa de alta tensão, então uma lógica 1 é "lida". Toda essa conversão analógica para digital é simplesmente tratada como entrada lógica ou digital, e os livros didáticos sempre usam pulsos quadrados perfeitos para representar mudanças nos estados lógicos.
RS-232 é um pouco semelhante ao TTL e CMOS, pois ambos usam modulação de amplitude simples. Mas para melhorar a capacidade de transmissão, o RS-232 usa uma faixa de tensão negativa para uma lógica 1 e uma faixa de tensão positiva para uma lógica 0.
A Ethernet fica mais complicada e, dependendo do padrão de velocidade, alguns usarão modulação de amplitude de pulso multinível.
Enquanto TTL/CMOS e RS-232 têm uma correspondência um-para-um de cada símbolo (analógico) representando apenas um bit (para dois valores digitais possíveis), existem esquemas de modulação que têm os símbolos representando mais de um único bit (para 2^N valores digitais possíveis).
Para realizar a transmissão de “ dados ”, a tensão de saída do transmissor deve ser modulada. Embora essa mudança de tensão percorra o fio à velocidade da luz, essa mudança de tensão é oposta ou promovida pela capacitância e indutância do fio e atenuada pela resistência. Então o sinal pode chegar ao receptor distorcido e com ruído.
As distorções previstas no sinal restringem tanto a taxa em que a tensão pode ser modulada para transmissão de cada símbolo, quanto a taxa em que o sinal pode ser amostrado de forma confiável para recepção precisa de cada símbolo. Essas restrições (com margens de segurança) tornam-se taxas máximas de transferência.
TERMO ADITIVO
Não existe “ se ”.
Abaixo está uma captura reveladora do osciloscópio de alta largura de banda (10 GHz) de um sinal "digital" CMOS (lógica de 3,3 V) em uma PCB com um projeto incorreto de impedância.
Esse mesmo sinal “digital” com um resistor de amortecimento no circuito para “corrigir” o problema de impedância.
Um sinal “digital” é afetado pelo circuito!
Mas ainda não se parece com aqueles sinais perfeitamente enquadrados nos livros didáticos. E isso nunca acontecerá (nem precisa), porque este é o mundo real que é analógico.
No seu primeiro parágrafo você diz que é o tempo entre o envio do primeiro e do último bit, o que é correto, então você descarta completamente isso como "a fila" no seu segundo parágrafo, o que é a coisa errada a se fazer.
Você simplesmente não pode enviar todos os dados ao mesmo tempo e presumir que todos serão recebidos instantaneamente.
O tempo de propagação pode estar próximo da velocidade da luz, mas você precisa de um período de tempo em que esse bit seja "mantido" no fio para que o receptor detecte se é 1 ou 0. Esse tempo de espera é um fator de aumento e o tempo de queda dos componentes eletrônicos de envio, e a sensibilidade dos componentes eletrônicos de recepção e a taxa de clock que esses dois dispositivos usam para sincronizar as taxas de dados entre si.
Há uma fila ou buffer antes dos dados serem enviados, mas o fio também é uma fila de dados, o que significa que um pacote inteiro nunca é transmitido instantaneamente na velocidade da luz, há um atraso para cada bit de dados.
Os atrasos totais para cada bit são o que constitui o tempo de transmissão.
O número de símbolos na mensagem e a taxa de símbolos (símbolos/seg ou baud).
A quantidade de informação que podemos transmitir de forma confiável por segundo é dada pelo teorema de Shannon-Hartley como uma função da largura de banda do canal e da relação sinal-ruído no canal.
A largura de banda é limitada por uma combinação de fatores físicos (transceptores de maior largura de banda, amplificadores, etc. são mais difíceis de construir do que aqueles de menor largura de banda, linhas de transmissão apresentam perdas em frequências mais altas, etc.) e sociais (digamos que você esteja construindo um dispositivo de radiofrequência, você tem um canal legalmente alocado no qual pode operar e esse canal tem uma determinada largura de banda).
A relação sinal-ruído tem uma combinação semelhante de fatores: o ruído sempre existirá, graças às leis da termodinâmica, e a potência do sinal é limitada por uma combinação de problemas práticos (custo, tamanho, calor, duração da bateria, explosão do dispositivo). ) e limites regulatórios.
Portanto, em qualquer cenário do mundo real, você tem uma certa quantidade de largura de banda que precisa caber, uma certa quantidade de energia que pode fornecer, uma certa quantidade de perda entre os pontos A e B e uma certa quantidade de ruído que você deve tolerar - tudo isso limitando o número de erros a X%. Dadas todas essas restrições, você contrata um engenheiro, e ele cria um código (uma forma de transformar os bits de uma mensagem em símbolos) e uma modulação (uma forma de transformar esses símbolos em algo físico como a fase ou amplitude de uma mensagem). um sinal elétrico) que atenda às suas necessidades. Dado isso, agora você sabe: uma mensagem de N bits é codificada como M símbolos, e M símbolos levam tsegundos para transmitir. Se você quiser ir mais rápido, alguma parte das restrições do seu projeto terá que mudar, e o design terá que mudar com elas. E se você pedir demais, seu engenheiro dirá: "Não posso mudar as leis da física!"