Megabit på längden och tvären

av Jörgen Städje den 21 Aug 2015

Hur många megabyte får det plats mellan Stockholm och Uppsala? Hur långt är egentligen ett datapaket på den optiska fibern?

Ljuset i en optisk fiber färdas inte oändligt fort, utan något långsammare än det går i rymden. Eftersom hastigheten är välkänd, skulle man i princip kunna mäta ett datapaket i en optisk fiber med linjal för att få en uppfattning om hur långt det egentligen är. När ett paket sänts ut från Stockholm tar det en stund innan det dyker upp i exempelvis Uppsala. Eftersom datapaketen har en känd längd kan man också räkna ut hur många byte som ligger på lut och färdas på vägen i fibern mellan Stockholm och Uppsala. Det hjälper när man vill ha en ungefärlig, begriplig uppfattning om vad som färdas i fibrerna. Vi ska ta reda på hur långa och hur många.

Hur är ett IP-paket konstruerat?

Allt data som sänds på optiska fibrer är paketerat enligt IP-protokollet. IP-protokollet är en digital förpackning runt din text eller dina bilder (din nyttolast) som är ett sätt att ge nyttolasten en avsändar- och mottagaradress och ett antal möjligheter till felkontroll, vilket är anledningen till att data som hamnar i din dator alltid är riktigt, oavsett om det farit fem meter eller runt halva jorden.

ip-paket

Uttrycker man mycket förenklat ett IP-paket som block ser det ut som ovan. Först kommer headern, som innehåller mottagaradress, avsändaradress och uppgifter om nyttolastens längd, ett sekvensnummer och så vidare, så man kan veta vart paketet ska, hur stort det borde vara och vilket paket i ordningen det är osv. Headern är alltid lika stor, nämligen 160 bit eller 20 byte.

Därefter följer själva nyttodatat, alltså din text eller bitar av din bild. Den kan vara olika lång, men normalt väljer man den allra längsta sorten 12000 bit eller 1500 byte.

Slutligen kommer en kontrollsumma, som utgör bevis på att paketet är oskadat. Den är alltid 24 bitar eller tre byte lång.

Ett typiskt paket är alltså 1523 byte långt när det ska ut på den optiska fibern.

Så här långt är ett mail

Paketet sänds ut i fibern som (exempelvis) ljusblinkningar där en blink motsvarar en etta och avsaknad av en blink en nolla. På en förbindelse med 100 Gbps kapacitet blir det hundra miljarder möjliga blinkningar per sekund. Det kan visualiseras så här.

helt-datapaket

Överdimensionerat ljussvärd? Här står undertecknad med ficklampa och skickar iväg ett datapaket. Antag att jag är riktigt snabb med tummen och kan blinka fram IP-paket med 100 gigabit (gigablink) per sekund. Då skulle ett datapaket av den största storleken med 160 bitars header och 12000 bitars nyttolast se ut så här, cirka 24 meter långt. Det skulle ta 0,12 mikrosekunder att skicka ut.

Så här lång är headern på 160 bitar, cirka 33 centimeter. Den syns inte på förra bilden.

160-bitar

En byte om åtta bitar blir bara ynka 1,6 centimeter lång och får plats på en tumnagel.

1-byte

(Det här är bara delvis sant. Man kan optimera överföringen genom att sända flera bitar samtidigt på olika våglängder i samma fiber, och sända flera dataströmmar samtidigt på flera parallella fibrer. Med mera. Men vi struntar i det.)

Ljusets hastighet i mediet

Du måste låtsas att mediet framför ficklampan är glas och inte luft. Ljuset går långsammare i glas än i luft, och långsammare i luft än i vakuum. Det har med mediets brytningsindex att göra, den parameter som avgör hur kraftigt ljuset bryts när det passerar in i eller ut ur ett material och in i ett annat.

Prism_rainbow_schema

Det är av den anledningen vi kan se hur ett prisma bryter solljus. Glasets brytningsindex är olika för olika våglängder, så att dessa bryts olika starkt och därför sprids ut så snyggt. Regnbågen är samma fenomen. Ju högre brytningsindex, desto långsammare går ljuset i mediet.

Det lägsta brytningsindexet har rymdens vakuum, nämligen 1. Ljusets hastighet i vakuum är 299.792.458 m/s, väldigt nära 300.000 km/s.

Luftens brytningsindex är något högre, nämligen omkring 1,0003, vilket ger ljuset en hastighet på ~298.896.000 m/s i luft.

Av större vikt för SUNETs användare är glasets brytningsindex på cirka 1,5, vilket ger ljuset en hastighet på ~199.000.000 m/s i optisk fiber.

Mät Sverige i megabyte

Därför kan vi mäta dataförbindelsernas utsträckning i megabyte. Titta bara på kartan.

nordenkarta-med-siffror

Det får grovt räknat plats 62,5 kilobyte per kilometer fiber. Sålunda är Sverige 97,9 megabyte (1567 km) långt från Ystad till Treriksröset.

Men det kommer mer!

Inom en snar framtid kommer flera nationer att ha etablerat kolonier på Månen, kanske till och med inom Nya SUNETs livstid, framåt år 2030. Men hur ska man kommunicera med Jorden? Det är uppenbart att ”Houston, we read you, over” Pip. Sprak. ”Tranquility base…” inte duger för den moderna internetmänniskan. Internet kommer att behöva sträckas ut även till månbasen. Laserkommunikation till Internationella Rymdstationen har redan provats och visats fungera. För snabb överföring till månbasen sätter man lämpligen upp en laser på Månens hitsida, riktad mot Jorden. Eftersom Månen inte vrider sig i förhållande till Jorden, behövs det bara en laser. En lämplig plats för en månbas är Månens nordpol, eftersom den är ständigt solbelyst, vilket är positivt för bruket av solceller, och det verkar finnas vatten i de ständigt mörka kratrarna därstädes.

Men Jorden vrider sig i förhållande till Månen, så på Jorden behövs flera mottagarstationer. Lämpligen ett par stycken på varje kontinent, eftersom en laserstråle inte kan gå igenom moln.

earth-and-moon

Mellan Jorden och Månen är det cirka 350.000 kilometer, så där får det plats 1,46 gigabyte i 10 Gbps (observera att ljusets hastighet i vakuum är 300.000 km/s). 100 Gbps är inte att hoppas på, på grund av turbulens i atmosfären.

Eftersom fördröjningen är 1,16 sekunder till och från Månen kommer telefonkonversationer och videokonferens att bli lite besvärliga, fast det nog går att vänja sig. Huvudambitionen kommer säkerligen att läggas på applikationer som Facebook och e-post där fördröjningen inte är lika irriterande. Sannolikt får också tjänster som Netflix ett uppsving. Bandbredd lär det inte bli någon brist på.

När det första universitetet etablerats på Månen kommer de utan tvivel att behövs anslutning till SUNET. SUNET kommer att hyra in sig på NASAs länk till Månen och kalla det för Svarta nätet.

Läs mer

Att bo och kommunicera på Månen: http://techworld.idg.se/2.2524/1.500569/snart-kan-du-och-jag-bo-pa-manen

Interplanetärt Internet: http://techworld.idg.se/2.2524/1.106378/reportage-fran-jorgen-stadje-interplanetart-internet

Kan man göra ett ljussvärd? http://techworld.idg.se/2.2524/1.516856/att-svinga-ett-ljussvard—sci-fi-eller-sanning

Fler blogginlägg av Jörgen Städje

Från oss alla, till er alla

14 Dec 2017
/ Bloggen fiberfeber

Så arbetar NOC

13 Nov 2017
/ Bloggen fiberfeber

SUNET i Hongkong

20 Sep 2017
/ Bloggen fiberfeber

SUNETs handbok i informations- och IT-säkerhet

1 Sep 2017
/ Bloggen fiberfeber

Den ökända hästen från Troja

31 Jul 2017
/ Bloggen fiberfeber

Redundans är allt

3 Jul 2017
/ Bloggen fiberfeber

SNIC-snack

2 Jun 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff: del 5 av 2

3 Maj 2017
/ Bloggen fiberfeber

Maria Häll: We are at the Forefront!

13 Apr 2017
/ Bloggen fiberfeber

Maria Häll: Vi ligger i framkant!

10 Apr 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff, del 4 av 2

22 Feb 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff, del 3 av 2

30 Jan 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff! Del 2 av 2

9 Jan 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff! Del 1 av 2

16 Dec 2016
/ Bloggen fiberfeber

Long Read – Cleanliness is a Virtue

20 Sep 2016
/ Bloggen fiberfeber

Långläsning - tvättar bäst som tvättar först

16 Sep 2016
/ Bloggen fiberfeber

Följa fiber – från Tulegatan till Stockholms universitet.

26 Aug 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ericsson, then swänske Lars Magnus

7 Jun 2016
/ Bloggen fiberfeber

One ring to rule them all

24 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Den tunga bakgrundstrafiken

12 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Long read: How to Design a Fibre Optic Network

5 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Welcome to the Fiber Fever Blog!

3 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Procuring an Optical Network – Smooth as Silk

2 Maj 2016
/ Blogg

The Breadth and Width of a Megabit

29 Apr 2016
/ Blogg

The Nobel Prized Piece of Glass

28 Apr 2016
/ Blogg

What’s the time? Really?

28 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (3) – molnsäkerhet

26 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (2) – vad är molnet egentligen?

25 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (1) – det här får du

25 Apr 2016
/ Blogg

Read about the brand new Sunet network.

11 Apr 2016
/ Bloggen fiberfeber

GÉANT och NORDUnet – bästa kompisar

14 Mar 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ljuset kommer från Tyskland

3 Mar 2016
/ Bloggen fiberfeber

Thunderbirds are GO!

19 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ett panorama av verkligheten

17 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Det allseende ögat

15 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Förstärkning på längden

15 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Dämpning och förstärkning i optisk fiber

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Grundläggande om L-bandet

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

C-bandet – grundläggande om

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Logaritmer, min käre Watson

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

CERN – krossen som slår sönder materiens minsta byggstenar

12 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Riksarkivets samarbete med SUNET

11 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

One Ring to Rule them - Vetenskapsrådet

21 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Alla jättars jätte - Cisco

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

En värld av siffror - belastning

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Ur led är inte alls tiden - atomur

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

En djungel av kontaktdon

4 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Elektronisk enbärsdricka - Juniper

27 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Vad är Géant?

26 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Radar Love - Eiscat

25 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

The Color Purple - dispersion

25 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Full Metal Packet - switchen

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Get your kicks on route 66 - routrar

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Game of Stones - kvarts

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

The Twilight Zone - fotonen

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Peering – SUNETs ekonomiska ryggrad

9 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

I mörkret är alla katter infraröda

4 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fibertyperna i nätet och deras optiska felaktigheter

29 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Vad är klockan? Egentligen?

21 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Nätets centrum

20 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Den optiska transceivern

17 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Polarisation och informationsöverföring

1 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Laserns historia

30 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Koherent ljus, vad är det?

28 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

När allt är klart

28 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

SUNET – nu ännu bättre!

16 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fibern fruktar fukten

11 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Att få kontakt

11 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Så tillverkas optisk fiber

31 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

EMC – EMI – EMP

31 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Glasbiten som gav nobelpris

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Långartikel: Fibern från Frostmofjället

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Upphandling av optiskt nät

25 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

OptaSense – när fiber blir sensorer

3 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: Optisk magi med ramanförstärkare

2 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk utvikning: 130.000 fibrer som i en liten ask

1 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

NOCen spekulerar 2: Felrapporter

27 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

NOCen spekulerar 1: hög belastning

26 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: Optisk magi med EDFA

22 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Långartikel: Så designar man ett fiberoptiskt nät

11 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Bredare motorväg för svenska data – äntligen en offensiv satsning!

22 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Om den interaktiva tidslinjen

21 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Om den interaktiva kartan

20 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fiberfeber: Vad som har varit och vad som komma skall

19 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Följ bygget av Sunets nät på bloggen Fiberfeber!

18 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: den mystiska routerkraschen

11 Jun 2006
/ Bloggen fiberfeber

2000–2013: Sunet mognar och kapaciteten ökar. Identitetsfederation skapas.

1 Jan 2000
/ Bloggen fiberfeber

1990–1999: Kapaciteten stiger, 2 – 34 – 155 Mbps

1 Jan 1990
/ Bloggen fiberfeber

1968–1989: Idéernas tidevarv. Internets vagga.

1 Jan 1968
/ Bloggen fiberfeber

Jörgen Städje

Jag heter Jörgen Städje och har skrivit om teknik och vetenskap sedan 1984. Friskt kopplat, hälften brunnet!