Модуль I · тема 2, урок 1 з 2 · 120 хв
У шухляді вдома лежить п'ять різних кабелів. Усі підходять до телефона. Чому один заряджає за годину, а другий за три?
Сьогодні розберемося. Питати треба не «яка дірка підійде», а «скільки даних тут пролізе».
ip -br a адресу свого комп'ютера;ping, чи живий сервер і як далеко він.Слова протокол, смуга і пакет поки нічого не означають. Розберемо їх по черзі.
| Етап | Хв | Що робимо |
|---|---|---|
| Вгадай кабель | 10 | По класу йдуть 5 справжніх кабелів |
| Роз'єм ≠ протокол | 15 | Матрьошка понять, таймлайн швидкостей USB |
| HDMI і смуга | 20 | Рахуємо «роздільна × fps × біт» |
| Перерва | 10 | — |
| Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth | 25 | Шлях пакета, 2,4 проти 5 ГГц, дальність BT |
| Дивимось на мережу з термінала | 25 | ip -br a, ip r, ping, curl -I |
| Підсумок і ДЗ | 15 | Схема «ноутбук → роутер → інтернет → VPS» |
| Разом | 120 |
curl і зробиш стенд із порівнянням 5 інтерфейсів.
Тому все, що запишеш сьогодні в net.log, знадобиться наступного разу.lesson-02/.
Не шукай lesson-03: її немає.Чотири різні слова, які всі називають «USB»
Хтось каже: «у мене USB-C». Що ти дізнався з цієї фрази?
Тільки форму штекера. Це те саме, що описати книжку словом «прямокутна». Про зміст ти не знаєш нічого.
А від чого тоді залежить швидкість? І чи буде картинка на моніторі? Точно не від форми. Розберемо чотири різні речі, які всі звуть одним словом.
| Поняття | Що це | Приклад |
|---|---|---|
| Роз'єм | форма штекера і гнізда: скільки контактів, як вони розташовані | USB-C — 24 контакти, вставляється будь-яким боком |
| Кабель | фізика: скільки всередині жил, чи є екран, яка довжина | дешевий USB-C має лише 4 жили — це живлення і пара USB 2.0 |
| Порт | гніздо разом із контролером усередині пристрою | той самий роз'єм на ноутбуці може бути «просто USB» або Thunderbolt |
| Протокол | правила: як кодуються біти, хто говорить першим, як перепитувати | USB 2.0, USB4, DisplayPort Alt Mode, Thunderbolt 4 |
З'єднання — це ланцюг із трьох ланок. Роз'єм, кабель, протокол.
Ланцюг рветься там, де найтонше. Так само і тут: швидкість задає найповільніша ланка, а не найшвидша.
На схемі два з'єднання. Роз'єм у них однаковий, а результат відрізняється у 83 рази.
Телефон із USB-C, ноутбук із USB-C, кабель USB-C. Файл на 5 ГБ копіюється 3 хвилини — рівно як по USB 2.0. У чому причина?
На перерві їх дадуть у руки. Зараз — щоб упізнати з першого погляду.
| Як пишуть | Рік | Швидкість | Для чого вистачає |
|---|---|---|---|
| USB 1.1 Full-Speed | 1998 | 12 Мбіт/с | миша, клавіатура |
| USB 2.0 Hi-Speed | 2000 | 480 Мбіт/с | принтер, вебкамера, флешка «на документи» |
| USB 3.0 = 3.1 Gen 1 = 3.2 Gen 1 | 2008 | 5 Гбіт/с | зовнішній жорсткий диск, швидка флешка |
| USB 3.1 Gen 2 = 3.2 Gen 2 | 2013 | 10 Гбіт/с | зовнішній SSD |
| USB 3.2 Gen 2×2 | 2017 | 20 Гбіт/с | тільки по USB-C: працюють два канали одразу |
| USB4 | 2019 | 20 або 40 Гбіт/с | диск + монітор + зарядка одним кабелем |
| USB4 версія 2.0 | 2022 | 80 Гбіт/с | монітори 8K, професійні док-станції |
Є ще Thunderbolt. Це окремий протокол компанії Intel. Їздить він по тому самому роз'єму USB-C.
Thunderbolt 3 і 4 дають 40 Гбіт/с. Thunderbolt 5 — уже 80 Гбіт/с.
Упізнати просто. Біля порту намальовано значок блискавки. Немає блискавки — це звичайний USB.
| Режим | Напруга × струм | Потужність | Що заряджає |
|---|---|---|---|
| USB 2.0, звичайний порт | 5 В × 0,5 А | 2,5 Вт | майже нічого, лише живить мишу |
| USB 3.0, звичайний порт | 5 В × 0,9 А | 4,5 Вт | телефон, повільно |
| USB Power Delivery 3.0 | до 20 В × 5 А | 100 Вт | ноутбук |
| USB PD 3.1 (EPR) | до 48 В × 5 А | 240 Вт | ігровий ноутбук, монітор |
Великий струм гріє тонкий дріт. Тому зарядка спершу питає кабель, чи він витримає.
Відповідати вміє не кожен кабель. Усередині має стояти маленька мікросхема. Вона зветься e-marker.
Немає мікросхеми — зарядка навмисне зменшить струм. Це не поломка, а захист від пожежі.
Продавець каже: «Кабель USB-C — отже, Thunderbolt, 40 Гбіт/с». Як перевірити це просто в магазині?
Одна помилка тут дає розбіжність рівно у 8 разів
Провайдер обіцяв 100. Браузер показує 12. Хто збрехав?
Ніхто. Просто мірялося різне.
Канали міряють у бітах за секунду. Файли міряють у байтах. А в байті рівно вісім бітів.
Тому 100 Мбіт/с — це щонайбільше 12,5 МБ/с. Поділи на вісім і не сварися з провайдером.
b це біт, велика B це байт:
Mbps ≠ MB/s.Тепер порахуємо, скільки летітиме конкретний файл. Три кроки, і біля кожного числа підписуй одиницю.
Не підписав — обов'язково зіб'єшся. Це найчастіша помилка на цій темі.
ГБ × 8 = Гбіт;час (с) = Гбіт ÷ Гбіт/с.Ти копіюєш той самий фільм на 8 ГБ через USB 2.0. Скільки це триватиме теоретично і що змінить USB 3.0?
Тепер порівняємо всіх на одній картинці. Але є проблема.
Bluetooth дає 2 Мбіт/с, HDMI — 48 000. При звичайній шкалі перша смужка стала б невидимою рискою.
Тому шкалу зробили логарифмічною. Кожна вертикальна лінія на ній — у десять разів більша за попередню.
Провайдер продав канал «100 Мбіт/с». Файл на 100 МБ качається 8 секунд. Тебе обманули?
Чому 4K@60 не пролізе в кабель HDMI 1.4 — і це не полагодити
Відео в інтернеті стиснуте. Файл на дві години важить пару гігабайтів.
По кабелю HDMI картинка йде інакше — нестисненою. Кожен піксель кожного кадру передається окремо.
Через це потрібну швидкість можна порахувати на аркуші. Нічого міряти не треба, усе рахується множенням.
ширина × висота × кадрів/с × біт на піксель = біт/сАле самих пікселів мало. Кабель несе ще й службові дані.
По-перше, між рядками й кадрами є порожні проміжки. Це зветься гасіння. Так екран розуміє, де кінець рядка.
По-друге, біти захищають від помилок. На кожні 8 корисних бітів у дріт іде 10. Це зветься кодування 8b/10b.
Разом виходить множник приблизно 1,5. Порахував пікселі — помнож на півтора.
| Режим | Сирі пікселі | ×1,5 — треба від кабелю | Куди пролізе |
|---|---|---|---|
| 1080p @ 60 | 2,99 Гбіт/с | 4,46 Гбіт/с | HDMI 1.4 — із запасом |
| 1440p @ 60 | 5,31 Гбіт/с | 7,96 Гбіт/с | HDMI 1.4 |
| 4K @ 30 | 5,97 Гбіт/с | 8,91 Гбіт/с | HDMI 1.4 — майже впритул |
| 4K @ 60 | 11,94 Гбіт/с | 17,82 Гбіт/с | тільки HDMI 2.0 (стеля 18) |
| 4K @ 120 | 23,89 Гбіт/с | 35,8 Гбіт/с | HDMI 2.1 |
| 8K @ 60 | 47,78 Гбіт/с | 71,7 Гбіт/с | HDMI 2.1 лише зі стисненням DSC |
Знайди в таблиці рядок 4K@60. Потрібно 17,82, а кабель дає 18.
Запас — лише 0,18 Гбіт/с. Це один відсоток. Ніби вода налита по самі вінця склянки.
Тому дешевий чи задовгий кабель на цьому режимі починає моргати чорним екраном. А на 1080p той самий кабель працює бездоганно.
| Стандарт | Рік | Смуга | Стеля картинки |
|---|---|---|---|
| HDMI 1.4 | 2009 | 10,2 Гбіт/с | 4K @ 30 або 1080p @ 120 |
| HDMI 2.0 | 2013 | 18 Гбіт/с | 4K @ 60 |
| HDMI 2.1 | 2017 | 48 Гбіт/с | 4K @ 120, 8K @ 60 |
| DisplayPort 1.4 | 2016 | 32,4 Гбіт/с | 4K @ 120; типовий для моніторів ПК |
| DisplayPort 2.1 | 2022 | до 80 Гбіт/с | кілька моніторів 4K одним кабелем |
Є хитрий режим із назвою DisplayPort Alt Mode. Він пускає сигнал для монітора прямо по кабелю USB-C.
Саме так монітор чіпляють до ноутбука однією дротиною. Усередині одночасно їдуть три речі: картинка, дані й 100 Вт живлення.
Купили монітор 4K, хочуть 60 кадрів. Удома знайшовся кабель HDMI 1.4. Що буде на екрані?
Куди насправді їде пакет, коли ти натиснув Enter
Wi-Fi зручний, і дротів не треба. То навіщо взагалі кабель?
Уяви коридор на перерві. Усі кричать одночасно, і кожен чекає паузи, щоб його почули. Приблизно так працює Wi-Fi: пристрої ділять один ефір.
Кабель — це розмова віч-на-віч у порожній кімнаті. Своя пара жил, повна швидкість, ніхто не перебиває.
Тому сервери, ігрові комп'ютери й камери досі сидять на дроті.
Ти відкрив сайт і натиснув Enter. Далі твій запит проходить п'ять ланок. Ось вони на схемі — зліва твій ноутбук, справа інтернет і сервер.
Дві коробки на схемі роблять різну роботу. Комутатор розносить кадри всередині кабінету. Маршрутизатор веде їх назовні, в інтернет.
Комутатор не знає жодної IP-адреси. Він розрізняє пристрої за іншим номером. Той номер записаний у саму мережеву карту ще на заводі й не змінюється.
Зветься він MAC-адреса. У кабінеті таких адрес десяток, і комутатор пам'ятає, у який порт устромлено кожну. Тому кадр летить не всім одразу, а лише потрібному комп'ютеру.
Маршрутизатор робить іншу річ. Адреса, яку комп'ютер дістає всередині
кабінету — на зразок 192.168.0.15, — діє тільки там. Це
внутрішня адреса: однакових таких у світі мільйони, і відповідь
з інтернету не знайшла б дороги назад. Звідки беруться саме такі числа,
розберемо в уроці 4.
Тому маршрутизатор підміняє її на одну спільну адресу — ту, під якою твоя школа видима назовні. Собі він записує, кому потім віддати відповідь.
Ця підміна зветься NAT. Наступний урок про неї окремо; поки досить знати, що вона є.
Тепер про самі дроти. У кабелів Ethernet є категорія: Cat5, Cat6 і так далі. Що більше число, то якісніший дріт.
Від категорії залежить не тільки швидкість, а й довжина. Той самий порт по різному кабелю добиває на різну відстань.
| Стандарт | Швидкість | Кабель | Максимум сегмента |
|---|---|---|---|
| 10BASE-T | 10 Мбіт/с | Cat3 | 100 м |
| 100BASE-TX «Fast Ethernet» | 100 Мбіт/с | Cat5 | 100 м |
| 1000BASE-T «Gigabit» | 1 Гбіт/с | Cat5e | 100 м |
| 2.5GBASE-T | 2,5 Гбіт/с | Cat5e / Cat6 | 100 м |
| 5GBASE-T | 5 Гбіт/с | Cat6 | 100 м |
| 10GBASE-T | 10 Гбіт/с | Cat6 | 55 м |
| 10GBASE-T | 10 Гбіт/с | Cat6a | 100 м |
Чому всюди сто метрів? Це не примха стандарту, а фізика.
Сигнал у дроті слабшає з відстанню. Як голос у довгому коридорі. Далі за сто метрів приймач уже не відрізняє одиницю від нуля.
Треба довше — ставлять комутатор посередині. Або переходять на оптику, де сигнал іде світлом.
Кабель Ethernet уміє ще одну корисну річ: годувати пристрій струмом. Це зветься PoE, Power over Ethernet.
Потужність залежить від стандарту: 15,4 Вт, 30 Вт або аж 90 Вт. Так живлять камери й точки Wi-Fi там, де розетки немає.
У кабінеті прокладено Cat6 довжиною 80 м, поставили комутатор на 10 Гбіт/с. Порт піднявся, але показує 1 Гбіт/с. Чому?
Чим вища частота — тим більше швидкості й тим менше дальності
| Покоління | Стандарт | Рік | Діапазони | Стеля |
|---|---|---|---|---|
| Wi-Fi 4 | 802.11n | 2009 | 2,4 і 5 ГГц | 600 Мбіт/с |
| Wi-Fi 5 | 802.11ac | 2014 | тільки 5 ГГц | 3,5 Гбіт/с |
| Wi-Fi 6 | 802.11ax | 2019 | 2,4 і 5 ГГц | 9,6 Гбіт/с |
| Wi-Fi 6E | 802.11ax | 2021 | + 6 ГГц (5925–7125 МГц) | 9,6 Гбіт/с |
| Wi-Fi 7 | 802.11be | 2024 | 2,4 / 5 / 6 ГГц | ≈46 Гбіт/с |
Числа в останній колонці виглядають чудово. Тільки вдома ти таких не побачиш ніколи.
Це стеля для ідеального роутера в лабораторії. Там вісім антен і жодної стіни.
У твого телефона антен дві, і він за стіною. Тому реально виходить у 10–20 разів менше. Так і задумано.
Причина фізична. Що вища частота, то коротша хвиля. А коротка хвиля гірше огинає перешкоди й гірше пробиває стіни.
Тому 2,4 ГГц бере дальністю. А 5 і 6 ГГц беруть швидкістю.
Є ще одна біда. На 2,4 ГГц тісно: там сидять сусідські роутери, мікрохвильовки, бездротові миші й усі навушники Bluetooth.
Ти сидиш у дальній кімнаті за двома стінами. Роутер віддає дві мережі — на 2,4 і на 5 ГГц. Яку обрати і чому?
Ці два слова плутають щодня. Насправді це два різні відрізки дороги.
Wi-Fi — це шлях від тебе до роутера. Метрів десять по повітрю, не більше.
Інтернет — усе, що далі за роутером. Кабель провайдера, десяток чужих машин, сервер на іншому континенті.
Це як під'їзд і місто. Швидко пробіг сходами — ще не значить, що швидко доїдеш через усе місто.
Роутер показує з'єднання «Wi-Fi 6, 1200 Мбіт/с», а файли з інтернету качаються на 50 Мбіт/с. Роутер бреше?
Створений не для файлів, а для того, щоб роками жити від батарейки
Bluetooth сидить у тому самому діапазоні 2,4 ГГц, що й Wi-Fi. Але задача в нього протилежна.
Wi-Fi женеться за швидкістю. Йому потрібна розетка.
Bluetooth женеться за економією. Йому потрібно, щоб навушник важив п'ять грамів і грав вісім годин від крихітної батарейки.
| Різновид | Швидкість | Де застосовують |
|---|---|---|
| Bluetooth Classic (BR/EDR) | до 3 Мбіт/с | аудіо, гарнітури, автомагнітоли |
| Bluetooth Low Energy 4.x | 1 Мбіт/с | фітнес-браслети, датчики, мітки |
| Bluetooth 5.0, режим 2M | 2 Мбіт/с | сучасні навушники, геймпади |
| Bluetooth 5, режим Coded | 125–500 кбіт/с | дальність до 4 разів більша, датчики на подвір'ї |
| Клас | Потужність | Дальність | Що це зазвичай |
|---|---|---|---|
| Class 1 | 100 мВт | до 100 м | промислові модулі, деякі колонки |
| Class 2 | 2,5 мВт | до 10 м | майже все, що ти тримаєш у руках |
| Class 3 | 1 мВт | до 1 м | мітки, дуже дрібні датчики |
Обіцяні «10 метрів» міряли в чистому полі. Удома буде менше, і винен у цьому ти сам.
Людина на дві третини складається з води. А вода дуже добре поглинає хвилі 2,4 ГГц.
Тому телефон у задній кишені й навушник на протилежному вусі — класична причина, чому звук заїкається. Між ними ти.
Треба перекинути другові фото на 40 МБ. Bluetooth 5.0 (2 Мбіт/с) чи спільна мережа Wi-Fi?
Цю таблицю ти заповниш власними числами на наступному уроці. Зараз — щоб бачити картину цілком.
| Інтерфейс | Що передає | Швидкість | Дальність | Живлення |
|---|---|---|---|---|
| USB | дані + живлення | 0,48–80 Гбіт/с | 0,8–5 м | так, до 240 Вт |
| HDMI | відео + звук | 10,2–48 Гбіт/с | до 5–15 м | ні |
| Ethernet | дані | 0,01–10 Гбіт/с | 100 м | так, PoE до 90 Вт |
| Wi-Fi | дані | до 9,6 Гбіт/с | 10–50 м | ні |
| Bluetooth | дані + аудіо | 1–3 Мбіт/с | 10 м | ні |
Подивись на колонку дальності в рядку USB. Що швидший стандарт, то коротший кабель. Це не випадковість.
Звичайний кабель USB 2.0 тягне 5 метрів. USB 3.x — уже близько трьох. А USB4 на 40 Гбіт/с — усього 0,8 метра.
Довші кабелі теж бувають. Але в них усередині стоїть підсилювач, і коштують вони помітно дорожче.
Чотири команди, які показують твою мережу зсередини
Усі приклади нижче зроблені на сервері. IP-адреси в них із діапазону
203.0.113.x — він спеціально виділений для документації
й нікому не належить. У тебе числа будуть свої.
Два рядки — два інтерфейси. Перший машина вигадала для себе, і назовні він не веде. Другий справжній — до нього підключений кабель.
Розрізнити їх треба з першого погляду: саме адресу справжнього ти перепишеш собі у звіт. Ось на що дивитися.
lo — петля. Це не карта, а сам до себе: 127.0.0.1 завжди означає «ця машина».eth0 — справжня мережева карта, стан UP — кабель живий.203.0.113.17/24 — адреса й маска. /24 значить: перші три числа — це номер мережі, останнє — номер машини в ній.fe80:: — адреса IPv6, той самий інтерфейс має і її.Другий рядок каже: сусідів по своїй мережі машина знає сама. До них вона доїде без підказок.
Перший рядок важливіший. Слова default via означають шлюз.
Це той маршрутизатор, якому машина віддає все, чого не знає.
Шлюз — як вахтер на виході. Не знаєш, куди йти? Іди до нього.
Немає цього рядка — інтернету не буде. Навіть якщо IP-адреса є.
Сервер відповів — це вже добре. Але у виводі є більше, ніж «живий чи ні».
З цих рядків видно, наскільки далеко сервер, скільки маршрутизаторів по дорозі й чи рівно тримається канал. Розкажуть це чотири деталі виводу.
time=23.7 ms — скільки летів пакет туди і назад. Це затримка, а не швидкість: у грі саме вона зветься «пінг».ttl=54 — лічильник життя пакета. Виходить зазвичай із 64 і зменшується на кожному маршрутизаторі. 64 − 54 = 10 вузлів між тобою і сервером.0% packet loss — жоден пакет не загубився. Втрати понад 1–2% на Wi-Fi — привід підійти ближче до роутера.avg, а не на одне число.ipconfig замість ip -br a,
route print замість ip r, ping -n 4
замість ping -c 4. Порівняй свою затримку з серверною — числа
будуть різні, і це матеріал для таблиці.Кожен рядок — один маршрутизатор. Перший, 192.168.0.1, — це
твій домашній роутер. Рядок * * * не означає поломку: просто цей
вузол налаштований не відповідати на службові пакети. Пакети йдуть далі, як видно
з рядка 4.
ping + curl -I вистачає, щоб довести,
що канал живий. У завданнях уроку traceroute необов'язковий.Самої сторінки на екрані немає — ми її й не просили. Питання зараз одне: чи віддає сервер сторінку взагалі.
Ось що варто прочитати в цьому виводі.
-I просить лише заголовки, без самої сторінки — швидко й не забиває екран.HTTP/2 200 — сервер живий і сторінка є. 404 — файлу немає, 403 — немає прав, 500 — зламався сам сервер.content-length: 1842 — сторінка важить 1842 байти. Якщо тут 0, файл порожній: чекер це помітить.ping перевіряє машину, curl — програму на ній.
Машина може відповідати на ping чудово, а веб-сервер бути вимкненим.
Тому діагностику завжди ведуть знизу вгору: спершу ip r,
потім ping, потім curl.ping до сервера проходить без втрат, а сайт у браузері
не відкривається. Про що це говорить?
Перший рядок пишемо через > — він створює файл заново.
Решту дописуємо через >>. Переплутаєш — попередній вивід
зникне, і чекер побачить надто короткий файл.
Тека уроку зветься lesson-02, бо це тема 2.
Нумерація тек іде за темами, а не за уроками — на уроці 4 ти дописуватимеш
ту саму теку.
Виконуй по черзі. Галочки зберігаються — сторінку можна закрити.
Система зайде у твій акаунт і подивиться, що ти справді зробив. Спроби не обмежені.
Демонстраційний режим: результат згенеровано для показу. На сервері
ця кнопка викликає POST /api/check, який запускає
check 02 від імені учня.
ping наживо — час відгуку змінюється
з кожним пакетом; вставлений чужий текст так себе не поводить;net.log;ttl і default via.Це те, що бачить учитель, коли виставляє оцінку.
| Складник | Вага | Результат |
|---|
Обчисли на папері, з формулою і підписаними одиницями, скільки секунд летітиме фільм на 4,7 ГБ трьома каналами:
Третє число переведи в години й хвилини — воно наочно показує, чому Bluetooth не роблять каналом для файлів. Розрахунок принеси на урок 4: з нього почнемо.
Звідки взяті числа на цій сторінці. Перевір будь-яке — так і треба.
usb.org/documentshdmi.org/spec21Sub/ (10,2 / 18 / 48 Гбіт/с)vesa.orgwi-fi.org/discover-wi-fibluetooth.comЧисла стандартів — це стеля в лабораторії. Реальні вимірювання завжди нижчі, і саме їх ти зробиш на уроці 4.