问题

目前世界上最快的信息传输速度极限是每秒多少字节?

回答
关于“世界上最快的信息传输速度极限是多少字节/秒”,这个问题其实并没有一个简单、固定不变的数字答案。原因在于,信息传输的速度受到多种因素的制约,而且技术在不断进步,我们看到的“极限”也在不断被刷新。

为了更详细地说明,我们得先拆解一下信息传输的“速度”到底是怎么衡量的,以及哪些因素在影响它。

首先,我们要明确“字节/秒”这个单位。

比特 (bit): 这是信息传输的最基本单位,表示一个二进制的“0”或“1”。
字节 (byte): 通常由8个比特组成。所以,1字节 = 8比特。
速度单位: 我们常说的传输速度,比如 1Gbps (Gigabits per second),意思是每秒传输1千兆比特。如果换算成字节,就是 125MBps (Megabytes per second),因为 1Gbps / 8 = 0.125 GBps = 125 MBps。所以,当人们讨论信息传输速度时,更常使用的是比特/秒(bps),而不是字节/秒(Bps)。

那么,为什么说没有一个固定的“极限”呢?主要有以下几个关键点:

1. 传输介质的物理限制:
光纤: 目前我们生活中最快的网络连接,很大程度上依赖于光纤通信。光纤通过光脉冲来传输信息。光纤的带宽(承载信息的频率范围)是有限的,这是由光的物理特性决定的。
铜线: 传统的铜线网线(比如Ethernet)的传输速度会受到电阻、信号衰减等因素的严重限制,远不及光纤。
无线(WiFi, 5G/6G等): 无线传输的速度受到频谱、信噪比、调制方式等多种因素影响,其速度的极限通常比光纤低。

2. 调制和编码技术:
即使在同一根光纤上,不同的调制(将数字信号转换成光信号的方式)和编码技术,也能在相同的频率范围内传输更多的比特。早期我们可能一个频率只能传几个比特,而现在利用更复杂的调制技术(如OFDM、QAM的高阶版本),可以在每个符号(representing a group of bits)中携带更多信息。这就像我们把一句话用不同的方式说出来,有的说得更精炼,就能在同样的时间里传递更多内容。

3. 并行传输与多通道:
现代高速通信系统并非只依赖一根光纤或一个频率。它们会使用多模光纤(虽然在长距离传输中有损耗,但在短距离和特定应用中有用)或者更常见的波分复用 (WDM) 技术。
波分复用 (WDM) 是一个非常关键的技术,它允许多个不同波长(颜色)的光信号在同一根光纤中同时传输。每一束不同颜色的光都可以被看作是一个独立的通信“通道”。通过增加波长通道的数量,以及在每个通道内提高调制效率,总体的传输速度就能成倍提升。
并行处理: 在数据中心内部,也会采用并行传输的方式,将数据拆分到多个并行的通道上同时传输,然后再合并。

4. 理论极限——香农哈特利定理:
从信息论的角度,有一个著名的定理叫做香农哈特利定理 (ShannonHartley Theorem)。它给出了在一个有噪声的信道中,能够可靠传输的最大信息速率的理论上限。这个上限取决于信道的带宽(B)和信噪比(SNR)。
公式大致是:`C = B log2(1 + SNR)`,其中 C 是信道容量(以 bps 为单位)。
这个定理告诉我们,只要信噪比足够高或者带宽足够大,理论上信息传输速度可以无限提高,但实际中我们受限于有限的带宽和无法消除的噪声。

那么,目前“最快”的记录是多少?

这就像问“世界上最快的车”一样,结果会随着你限定的条件(比如是量产车、概念车、F1赛车,还是火箭)而不同。在信息传输领域,有实验室的研究记录,也有实际部署的商业记录。

实验室级别的突破往往代表着“极限”的探索,而实际部署则反映了当前可用的最高速度。

近期一些重要的研究突破: 许多研究机构和公司一直在进行光纤通信的极限研究。例如,一些研究团队通过利用更复杂的调制技术(如128QAM或更高阶的QAM)、更宽的频谱(如C波段、L波段,甚至探索扩展频谱)以及更多波长通道的波分复用技术,在实验室环境中创造了惊人的传输速率。
例如,一些报告曾提到在实验条件下,通过一根光纤实现了超过 千太比特/秒 (Petabit/s) 的总传输能力。这是什么概念呢?1 PBps = 1000 Tbps = 1,000,000 Gbps。如果换算成字节,就是 125 PBps。这个速度是目前普通家庭宽带的成千上万倍。

实际部署中的最高速度:
在数据中心内部连接、城域网骨干网或者国家级骨干网中,我们已经看到了单波长传输速率达到 400 Gbps 或 800 Gbps 的设备。而通过波分复用技术,将几十甚至上百个这样的高速波长集成到一根光纤中,整根光纤的总容量可以达到 几十 Tbps 甚至 上百 Tbps。
比如,一些最新的高速光传输设备和系统,可以支持总容量达到 48 Tbps 或 80 Tbps 的每根光纤传输。这些是实际能够购买和部署的设备所能达到的。

所以,回到你的问题:“目前世界上最快的信息传输速度极限是每秒多少字节?”

从理论和实验室的探索来看,已经实现了远超我们日常想象的速率,比如以 PB/s (Petabytes per second) 为单位的总光纤容量。 但这通常是多波长、多通道、高度优化的实验环境下的成果。
从实际部署和可用的技术来看,单通道的最高速率已经达到 800 Gbps (100 GB/s) 左右,而通过波分复用技术在单根光纤中实现的总传输速率,目前最高可以达到几十 Tbps(即数 TB/s),例如 48 Tbps (6 TB/s) 或 80 Tbps (10 TB/s) 这样的量级已经是非常高的商业应用了。

关键在于,我们不能把实验室的“极限探索”直接等同于“普及的速度”。 很多时候,技术的极限存在于实验室,而市场接受和大规模部署的速度会相对滞后。但正是这些实验室里的“最快”,在不断地推动着我们今天能享受到越来越快的网络服务。

总而言之,与其说是一个固定的“极限”,不如说是一个不断被突破的“标杆”。目前,在实验室中,我们已经可以看到每根光纤承载 Petabit/s 的能力,这换算成字节就是 Petabytes/s 的量级。而在实际商业应用中,我们正在快速普及 Tbps/s 级别的光纤传输能力。

网友意见

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楼上最高赞那位拿100万GB在那里吹牛逼的也是够了。100万GB也就1PB而已。

还说什么,即使使用光纤连接,上传 100PB 的数据将需要 20 多年时间????

你是搞笑的?

用最先进的光传输技术,100PB要不了多久就传完了。

100PByte=800Pbit。

去年OFC 2017关于光传输的Post-deadline Paper报道的是1 Pbit/s,

Kobayashi, Takayuki, et al. "1-Pb/s (32 SDM/46 WDM/768 Gb/s) C-band dense SDM transmission over 205.6-km of single-mode heterogeneous multi-core fiber using 96-Gbaud PDM-16QAM channels." Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC), 2017. IEEE, 2017.

这是1 Pbit/s传了206.5 km。这里只用了46 个WDM通道,事实上,WDM通道数量可以轻松push到300+。再牺牲一下传输距离,到10 Pbit/s也就是这两年的事。要传完800Pbit也就80秒的事。

事实上,更近距离(31 km)的2 Pbit/s的传输早在2015年就报道了,

Puttnam, B. J., et al. "2.15 Pb/s transmission using a 22 core homogeneous single-mode multi-core fiber and wideband optical comb." Optical Communication (ECOC), 2015 European Conference on. IEEE, 2015.


就算是用现在商用的技术(100 Gbit*80波),800Pbit也就用800*1000/8=100000秒=1667分=27.8个小时,就能传完。


事实上,现在Google、亚马逊这样的大型互联网公司,数据中心之间的互联都是用的光传输技术,下图是2013年的时候,google的数据中心分布,

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用卡车拉比较快!

亚马逊 Amazon Web Services 云服务在 2016 年正式开始一项新业务,允许企业将大量数据进行上传被备份,而数据的转移方式也是相当的奇特。

由于企业数据体积庞大,因此如果依靠一般的互联网上传备份数据的话,那么将消耗大量的时间。为此,亚马逊推出了一款 “数据卡车”(AWS Snowmobile 卡车),这是一辆满载硬盘的 18 轮集装箱卡车,其能够备份 100 万 GB 的数据。



据介绍,亚马逊在收到来自客户的公司数据云备份申请之后就会派 AWS Snowmobile 卡车开到其数据中心,并通过光纤连接将其硬盘驱动器连接到客户公司数据中心迁移,一辆卡车可以携带高达 100 亿字节(即 100 万 GB)的数据,将其再开回 Amazon 的数据中心,并上传到云存储当中。

亚马逊指出,虽然使用卡车搬运数据的方式看起来很不互联网,但却是应对海量数据上传时最切实际的做法。目前,即使使用光纤连接,1Gbps 直连,上传 100PB 的数据将需要 20 多年时间。使用这种 18 轮 AWS Snowmobile 卡车拉到洛杉矶,只需 10 天时间。


相关链接:

AWS Snowmobile 数据传输服务_数据迁移方案-AWS云服务

亚马逊云存储推18轮数据卡车:可备份100万GB

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