Lichtgeschwindigkeit in Glasfaserleitungen

[FatzManiac]

Wenn jemand behauptet, dass Daten in Glasfaserleitungen (GF) mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden, hat er vermutlich nicht Unrecht.

Aber wenn man berücksichtigt, dass der Laserstrahl keinen geradlinigen Weg durch die GF nimmt, sondern in einer Art „Zickzack“ zwischen der reflektierenden Ummantelung der GF verläuft, ist doch der Weg des Lichts länger, als wenn es einfach geradlinig (ohne Reflexionen) laufen würde.

D. h. die Laufzeit eines Signalbits in einer GF für eine gegebene Strecke müsste doch etwas länger sein, als wenn man dieses Signalbit zeitgleich über einen frei strahlenden Laser parallel neben der GF senden würde. Gleiches sollte für die parallele Sendung via Kupferleitung gelten.

Wenn also Glasfaseranbieter stolz behaupten, dass die Daten in ihrer GF mit Lichtgeschwindigkeit reisen, ist das zwar nicht grundsätzlich gelogen. Aber ich halte es für eine irreführende Marketingaussage, denn auch der elektrische Strom fließt mit Lichtgeschwindigkeit (z. B. durch Kupferadern). Weil es in Kupferadern (CU) aber keine Reflexion gibt und der Strom quasi geradlinig „hindurch rast“, denke ich, dass ein zeitgleich elektrisch durch eine CU-Leitung und als Laserstrahl durch eine GF gesendetes Signalbit durch die Kupferader beim Empfänger etwas früher ankommt und genutzt werden kann. (Natürlich ist der Laufzeitunterschied von der Länge der Strecke abhängig - und mit menschlichen Sinnen wohl kaum zu erfassen).

Wenn man jetzt noch bedenkt, dass das elektrische Signal beim Sender gar nicht erst in ein Lichtsignal umgewandelt und auch beim Empfänger nicht wieder in ein elektrisches Signal zurückgewandelt werden muss, denke ich, dass man nicht (physikalisch belastbar) behaupten kann, Daten kommen via GF schneller beim Empfänger an, als durch eine Kupferader - eher umgekehrt. (Notwendige Zwischenverstärker lasse ich in beiden Fällen mal außen vor, um es nicht unnötig kompliziert zu machen).

Ich halte es daher für irreführend, explizit die Lichtgeschwindigkeit als Vorteil von Glasfaserleitungen im Vergleich zu Kupferleitungen anzuführen. Die GF-Anbieter sollten sich ausschließlich auf die höhere Datenrate (Bandbreite) beziehen um einer Verbraucherschutzklage aus dem Weg zu gehen …

Meine Frage: Kann ein Experte hier meine vorgenannten Überlegungen veri- oder falsifizieren?

Viele Grüße vom
ollen FatzManiac

[C_Punkt]

@FatzManiac

D. h. die Laufzeit eines Signalbits in einer GF für eine gegebene Strecke müsste doch etwas länger sein, als wenn man dieses Signalbit zeitgleich über einen frei strahlenden Laser parallel neben der GF senden würde.

Die Lichtgeschwindigkeit von knapp 300.000 km/Sekunde ist die Geschwindigkeit von Licht im Vakuum. Hier reden wir jedoch von einem Medium, d.h. von einem Kabel. Die tatsächliche Geschwindigkeit liegt daher um etwa 1/3 niedriger, las ich vor etlichen Jahren mal. Aus dem Grunde forscht(e?) man auch an hohlen Glasfaserleitern, in denen das Licht tatsächlich fast die „echte“ Lichtgeschwindigkeit erreichte.

Gruß
C.

[X_Strom]

@FatzManiac

Aber wenn man berücksichtigt, dass der Laserstrahl keinen geradlinigen Weg durch die GF nimmt, sondern in einer Art „ Zickzack “ zwischen der reflektierenden Ummantelung der GF verläuft, ist doch der Weg des Lichts länger, als wenn es einfach geradlinig (ohne Reflexionen) laufen würde.

Das stimmt für Multimode-Kabel, nicht aber für Singlemode-Kabel.

@FatzManiac

D. h. die Laufzeit eines Signalbits in einer GF für eine gegebene Strecke müsste doch etwas länger sein, als wenn man dieses Signalbit zeitgleich über einen frei strahlenden Laser parallel neben der GF senden würde.

Ja, da die Lichtgeschwindigkeit im Glas niedriger ist als in Luft oder Vakuum.

@FatzManiac

Gleiches sollte für die parallele Sendung via Kupferleitung gelten.

In der Praxis ist das nicht so. Denn in der Praxis willst du nicht bloß ein Bit schnell übertragen, sondern viele Bits. Ein einfacher „An“ Impuls läuft theoretisch mit Lichtgeschwindigkeit auf dem Kupferkabel. Willst du ein paar Mbit/s übertragen, musst du die Adern zur Signalverbesserung verdrillen. Übliche Netzwerkkabel haben daher Ausbreitungsgeschwindigkeiten von etwa 80% der Lichtgeschwindigkeit.
Aber: Ein reales Kabel hat eine Längsinduktivität und Querkapazität, es verzögert daher die Signalausbreitung noch mehr.

@FatzManiac

Wenn also Glasfaseranbieter stolz behaupten, dass die Daten in ihrer GF mit Lichtgeschwindigkeit reisen, ist das zwar nicht grundsätzlich gelogen. Aber ich halte es für eine irreführende Marketingaussage, denn auch der elektrische Strom fließt mit Lichtgeschwindigkeit (z. B. durch Kupferadern).

Jein.
Eine rein optische Verbindung ist so schnell wie das Licht - eine Kupferverbindung wäre ähnlich schnell, wenn sie denn ohne Modems auskommen würde. Modems sind aber notwendig, um ein paar Mbit/s lange Strecken zu transportieren. Und selbst beim Kupfer-Ethernet wird herumgerechnet und gewandelt (https://de.wikipedia.org/wiki/5-PAM), wodurch es zu Verzögerungen kommt.

Beim Vergleich des Pings bekommst du einen Eindruck:
Mein VDSL-Anschluss erzielt zu Google einen Ping nicht unter 10 ms.
Ein Glasfaser-Anschluss eines Kunden schafft rund 3 ms.

Also:
Wenn du einen einzelnen 5-Volt-Impuls über 100 km übertragen wolltest, wäre das über ein nicht verdrilltes Kupfer-Adernpaar vielleicht schneller als ein einzelner Lichtblitz über Glasfaser. (Die Verzögerung durch die Induktivitität kann ich nicht berechnen - vielleicht wirkt sie sich da auch schon bemerkbar aus. Jedenfalls wird ein 5V-Rechteck.-Impuls am Ende von 100 Kilometern kaum noch als Rechteck erkennbar sein, da kommt irgendein Matsch an).

[sweber]

Hi!

Da sind einige falsche Vermutungen drin.

Die Lichtgeschwindigkeit ist keinesfalls konstant, sondern ist in allen Medien geringer als im Vakuum. Die Brechzahl gibt das Verhältnis von Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu der im Medium wieder. Geh mal grob davon aus, dass in den meisten nicht gasförmigen Medien etwa 60% erreicht werden, in Gasen ist der Unterschied meistens vernachlässigbar.

Das heißt, ein direkter Laserstrahl ist immer deutlich schneller als der im Medium!

Deine Vorstellung von reflektierten Lichtstrahlen in den Leitern findet sich heute eher in dekorativen Anwendungen, zu Beleuchtungszwecken und anderem, aber in der Kommunkationstechnik kaum noch. Meist hat man auf eher kürzeren Strecken Gradienten-Fasern, also nicht zwei Materialien, anderen Grenzschicht das Licht reflektiert wird, sondern einen weichen Übergang, der die Lichtstrahlen sanft zurück biegt. Das mildert deinen Effekt massiv.
Über längere Distanzen benutzt man Singlemode-Fasern, in denen das Licht quasi nur gradeeaus, und nicht zur Seite kann.

Der Grund ist gar nicht mal so sehr die Zeit zum Durchlaufen des Kabels, sondern dass ein kurzer Lichtpuls bei der Reise durchs Kabel immer länger wird, weil Teile davon mehr und andere weniger Reflektionen machen. Bei einer Singlemode-Faser kommt der Puls weitgehend mit der gleichen Länge am Ende raus. Man kann also sehr viele sehr kurze Pulse mit kurzem Abstand ins Kabel schicken, und die kommen immernoch einzeln hinten raus.

Übrigens… die Ausbreitung von Signalen in elektrischen Leitungen ist ein Thema für sich. MIt steigender Frequenz spielen die Eigenschaften des Kabels eine immer größere Rolle, und verändern die Ausbreitungsgeschwindigkeit immer weiter. Zwischen zwei verschiedenen Kabeln können die Unterschiede so groß sein, dass deine Überlegungen daneben verblassen.

Natürlich wird die Lichtgeschwindigkeit vom Marketing als Begriff massiv ausgeschlachtet. Entscheidend ist gar nicht so sehr, wie schnell die Daten durch die Leitung rauschen, sondern wieviele in welcher Zeit. Und dann ist da ja nicht nur deine eine Leitung, sondern diverse Geräte bei dir und auch außerhalb, die von einem Kabel oder Funksignal auf ein anderes übertragen, zwischenspeichern, konvertieren, und und und. Das frisst auch Zeit.

[FatzManiac]

Danke für Deine Ausführungen.
Und Dank an alle hier, die mich aufgeklärt haben.

Ich werde den betreffenden Anbieter also nicht anmeckern!

[X_Strom]

@sweber

Entscheidend ist gar nicht so sehr, wie schnell die Daten durch die Leitung rauschen, sondern wieviele in welcher Zeit.

Für einfache Webseiten-Nutzung, Videos / Livestreams, Banking, E-Mail & Co. ist die Dauer zwischen dem Absenden und dem Empfang der Daten ziemlich egal, solange er im Rahmen bleibt.
10 ms oder 100 ms - das merkt man kaum.

Sobald aber Online-Spiele oder Telefonie übers Internet laufen, ist der Anspruch auf eine geringe Verzögerung gegeben - er macht den Unterschied zwischen „Erde gerettet“ und „die Aliens haben gesiegt“.

Fun fact: Der sogenannte „digitale Teilnehmeranschluss (DSL - digital subscriber line)“ basiert auf einer vollständig analogen Übertragung der Daten.

[FatzManiac]

@X_Strom

Sobald aber Online-Spiele oder Telefonie übers Internet laufen, ist der Anspruch auf eine geringe Verzögerung gegeben - er macht den Unterschied zwischen „Erde gerettet“ und „die Aliens haben gesiegt“.

Jetzt könnte man darüber diskutieren, was von beidem denn nun Fluch und was Segen wäre.
Leider bedeutet „Erde gerettet“ meist ja auch „Menschheit gerettet“. Nur mal angenommen, die Aliens wären die intelligenteren und vernünftigeren Wesen - dann wäre es für die Erde doch bestimmt vorteilhafter, wenn die Aliens über uns Menschen siegten und das Steuer auf dem blauen Planeten übernähmen …

@X_Strom

Fun fact: Der sogenannte „ digitale Teilnehmeranschluss ( D SL - digital subscriber line)“ basiert auf einer vollständig analogen Übertragung der Daten.

Ist es nicht so, dass es, wenn man’s genau nimmt, gar nichts wirklich „Digitales“ gibt (ausgenommen dem, was man wirklich an den Fingern (digiti) abzählt).
Denn wenn man einen Datenstrom aus Einsen und Nullen nur zeitlich hochauflösend genug betrachtet, stellt man doch fest, dass es überhaupt keine absolut steilen Signalflanken gibt: Die Einsen steigen gemächlich (also analog) von 0 auf 1 an* und bei den Nullen ist es genau so, bloß umgekehrt.
*) Seien es nun Micro-, Nano- oder Pico-Sekunden …

Wer immer uns das Digitale als das Nonplusultra der Zukunft verkaufen will, lügt uns was in die Tasche: Unsere Welt ist und bleibt analog - wenn man genau hinsieht. „Digitalisierung“ ist nichts weiter als eine verzweifelte Beschwörungsformel!

[Morgan_le_Fay]

Mir ist das Prinzip des Datentransportes klar, andererseits wieder nicht. Denn als Optiker weiß ich, dass reflektiertes Licht polarisiert ist. Jeder der schon einmal das Sonnenlicht auf der Wasseroberfläche hat spiegeln sehen, kennt den Effekt, den man mittel Polfilter weitgehend beheben kann.
Für mich ist die Glasfasergeschichte deshalb eine sehr fragwürdige Innovation, angesichts der Daten, die man durchlassen kann bzw. nicht durchlassen möchte.
Ein weiterer Aspekt ist technischer Natur…: ein winziger Fehler an der spiegelnden Ummantelung reicht aus, um die komplette Datenweiterreichung zu unterbrechen. Denn wenn ein Datenbit die Faser verlässt, ist sie verloren, der Datensatz zerstört.

[FatzManiac]

„N bisken Verlust is immer!“ habe ich vor langer Zeit mal im Physikunterricht gelernt. Das betrifft sämtliche Bereiche der Physik, aber auch der Biologie.

Wir sollten uns damit abfinden, dass das eine und andere Bit genau so untergehen kann, wie die eine und andere Zelle unseres Körpers. Aber wenn die Ingenieure und Programmierer es einigermaßen pfiffig anstellen, wird dieser Verlust vom System erkannt und kann wieder korrigiert werden. Außerdem gibt’s da ja auch noch die (Daten-)Redundanz.

Und mit etwas Glück werden der atomare Erst- sowie sein Gegenschlag dann doch nicht ausgelöst. Zumindest hat das bisher - in Zeiten der Kupfer-Ära in Tateinheit mit rein elektrischer Signalübertragung - immer noch funktioniert. Ich drücke daher der Glasfaser die Daumen, dass das auch noch eine Zeitlang so bleibt.