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互联网有多重?

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海底中继器正在部署。

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信息有多重?我们大多数人都知道,计算机将所有类型的信息——电子邮件、文档、视频片段、网页,等等——表示为二进制数字流,即 1 和 0。这些数字是数学实体,但它们也是有形的:它们被体现在 电子电路中,并通过电压进行处理。因此,每一比特数据都必须有一定的质量,尽管微乎其微。这促使 DISCOVER 提出了这样一个问题:在平均一天中通过互联网传输的所有数据会有多重?

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为了寻找答案,我们查阅了技术数据库,翻阅了参考书,疯狂地谷歌搜索,并咨询了专家。很快我们就意识到,如果我们想要答案,就必须自己算出来,因为似乎没有人之前解决过这个问题*。所以我们戴上思考帽,把咖啡机调到了特浓模式。

要弄清楚互联网的重量,关键在于理解控制所有通过互联网传输的信息的基本过程,无论您是在谈论跨街发送的电子邮件,还是来自世界另一端的网络摄像头的视频流。为了在互联网上传输,信息会被分解成数据包——这些数据包很小,大小从几十个字节到一千多个字节不等。除了传输的信息,数据包还包含寻址信息,路由器(专门负责移动数据的计算机)使用这些信息来确定数据包的去向。

无论数据包发送到哪里,或者经过何种设备,一个基本循环都会一遍又一遍地重复,直到到达目的地:消息存储在计算机的内存中,进行分析以确定下一步去向,以某种方式编码以便传输(无论是作为电子信号通过以太网电缆,还是作为无线电信号从 Wi-Fi 卡发出),然后沿着链条发送到下一台计算机,解码,再存储到该计算机的内存中。重复此过程,直到必要。

重要的是,不是从您的计算机传输的单个电子或无线电波,而是它们所描述的比特模式。直接从您的计算机发送的电子或无线电波通常走不远——最多几百英尺——就会被另一台计算机消化。即使您通过长达数千英里的光纤电缆将数据包作为光脉冲发送,每隔大约 20 英里就会埋设在海底的中继器也会吸收传入的光子,并将新的光子传输到下一个中继器。

9% 的互联网流量来自电子邮件。75% 来自文件共享。

换句话说,在互联网上传输的物理对象永远走不远。对我们来说,真正走远的是——真正承载重量的是——表示每个数据包的比特模式,它随着信息在网络中传输而在一个又一个系统的电子内存中不断重建。理解这一点的一种方式是想象我有一辆车想送给你。奇怪的是,你住在一个无法通过海路或空运到达的岛屿上,所以我不能直接把我的车运给你。幸运的是,你的岛上配备了一个最先进的车间和大量的汽车零件。所以要给你送车,我详细检查它,写下一套图纸,然后传真给你。然后你根据图纸组装汽车。 presto!你就有了一辆新车可以在你的岛上驾驶了,这辆车绝对是真实的,而且(我们来了)可以称量。

如果我们能算出当信息片段在计算机内存中组装时与之相关的比特的重量,那么我们就离算出互联网的重量只有一半了。

* 注:自本文发表以来,我收到了 Russel Seitz 关于互联网重量的另一份估计,您可能对此感兴趣并与我的进行比较。

- S.C.

我们发现,此时需要更多的技术背景。在典型计算机的内存中,记住一个给定位是 1 还是 0 的东西是电容器。它是一种(通常)能够存储少量电荷的芯片组件。给单元的电容器充电就代表 1。未充电则代表 0。内存中的电容器非常小,每个只需要大约 40,000 个电子来充电。这是一个非常小的数量:每秒大约有 5.7 x 10^18 个电子流过一个 100 瓦的灯泡。

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现在让我们看看一个典型的电子邮件,比如包含一些文本和一个 Microsoft Word 附件——就像我们把这篇文章的草稿版本发回家,以便 overnight 思考这个问题时那样。这样的电子邮件包含大约 50 千字节。由于 1 字节有 8 比特,1 千字节有 1024 字节,所以该电子邮件由 409,600 比特组成。并非所有这些比特都是 1——那会是一封非常无聊的电子邮件!平均而言,大约一半的比特是 1,一半是 0,所以有 204,800 个 1 需要存储,总共需要大约 80 亿个电子。一个电子重 2 x 10^-30 磅,所以一封 50 千字节的电子邮件重约 2 x 10^-16 盎司,大约是 21,000 个铅原子的重量。这听起来可能很多,但实际上却微不足道——一盎司铅含有约 8200 万亿个原子。

但这只是一封电子邮件。整个互联网传输了多少信息——所有的网页、即时消息、视频流以及你能想象到的其他一切?这不是一个容易追踪的数字,但我们最终从 Clifford Holliday 那里得到了答案,他是《互联网增长 2006》(由电信咨询公司 Information Gatekeepers 出版)的作者。他通过查看终端用户连接的活动(如拨号调制解调器线路、DSL 和光纤连接)来估算互联网流量总量。家庭和企业的宽带连接,如 DSL 和电缆调制解调器,是造成大部分负载的原因,这也进一步解释了 Holliday 的发现:互联网上 75% 的流量是由于文件共享,其中 59% 的文件共享归因于人们交换视频文件。音乐曲目占文件共享流量的 33%。事实证明,电子邮件仅占总流量的 9%。而总流量是……一个惊人的 40 拍字节,或 40 x 10^15 字节:一个 4 后面跟着 16 个零。

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将 Holliday 的 40 拍字节数据代入我们为 50 千字节电子邮件计算出的相同公式,结果总计为 1.3 x 10^-8 磅。最后,经过大量涂抹(或许还有一些咒骂),我们得到了答案:互联网的总重量大约是 0.2 百万分之二盎司。

情书、商业合同、节日快照、垃圾邮件、请愿书、紧急公告、色情内容、婚礼请柬、电视节目、新闻文章、假期计划、家庭电影、新闻稿、名人网页、家庭电影、各种秘密、军事命令、音乐、新闻简报、忏悔、祝贺——人类生活的每一个细微差别和方面都被编码为 1 和 0。它们加在一起,重量大致相当于最小的沙粒,尺寸仅为千分之二英寸。

威廉·布莱克著名的诗《纯真预言》(1803 年)开头写道:“一粒沙中见世界……”他比他所能想象的更具预见性。

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