制图：王昱；素材来源：pixabay

多年以后，面对20MB/s的网速，我又想到了发小向U盘上拷游戏的那个下午。

不知道你小时候有没有和我一样的经历——因为家里网速很慢，下载一个游戏、一部电影速度很慢，需要挂机一整晚。有时候碰到网络不稳定的情况，甚至要分成多天下载。

其实，我还有另一个选择，如果邻居/同学家电脑上恰好有这个游戏的安装包，直接拿U盘去他家拷贝这个游戏，人肉搬运数据，速度可能比从互联网上下载更快。

印象中，小时候家里的网速在200kB/s左右，下载一个1GB的游戏安装包2000秒左右，也就是将近一个半小时。但如果邻居家有这个安装包，去现场拷贝游戏回来，全程可能用时还不到10分钟。

从拨号上网、到宽带、再到现在的光纤入户，网速已经加快了好几个数量级。但今天，物理搬运数据对比网线还有优势吗？

粗略分析一下或许是有的。以小编自己为例，我每天都会骑自行车带电脑上下班，单程大约30分钟，而我的电脑里大约有700GB数据，换算成数据传输速度就是400MB/s左右。作为对比，平时网速一般只有20MB/s，也就是说，物理搬运数据的速度是有线网络的20倍。如果我上班时背包里多装几块硬盘，或是骑车再快一些，数据传输速度还能更快。

你或许听说过，一辆载满硬盘，在高速上狂奔的卡车，是人类传输数据最快的方式之一。但光纤传输数据的速度也在不断进步，它今天传输数据的速度可能已经超出了你的想象。所以，在传输数据这项竞赛中，卡车和光纤，究竟谁更强？

图片来源：pixabay

超快光纤

今年6月，日本国家信息与通信技术研究所（NICT）宣布，他们成功在现有商用单模光纤上，实现了402Tbps（1字节=8比特，也就是50.25TB/s）的数据传输速度，这是有史以来用光纤达到的最快速度。这个纪录比之前的单模光纤传输纪录快了35%。

他们是如何让光纤传输速度这么快的？这就要请出信息论鼻祖克劳德·香农（Claude Shannon）了，1948年，他用一篇论文创造了一门名为信息论的学科。而在这篇论文中，香农提出了一个信息传输速度的公式——C=B∙log₂(1+S/N)。其中，C是信息传输的理论上限速度，B是以赫兹为单位的信道频宽，S/N就是信号强度和噪音强度的比值。所以，想要加快信息传输速度，就要增大信道频宽，同时增大信噪比。

为了理解这个公式，可以从小编正在使用的Wi-Fi入手。

小编的网络信息‍‍‍‍‍

小编现在使用的Wi-Fi信号频率是5GHz，频宽是80MHz，相当于公式中的B为80×10⁶s⁻¹。电脑接收到路由器的信号功率强度为（RSSI）-55dBm，噪音强度为-90dBm。（dBm是一个对数功率单位，它代表信号强度相对于1mW的强度等级，信号每增大10dBm，信号功率就变成原来的10倍。例如，0dBm相当于功率强度为1mW，10dBm相当于功率为10mW，-10dBm相当于功率为0.1mW。）这样可以计算出信号信噪比S/N=10^(3.5)。

那么可以计算出，理论上，此时电脑和路由器之间传输信息速度上限C为924Mbps。不过，实际情况要受到Wi-Fi编码模式、电脑性能、路由器性能等诸多条件的限制，电脑和路由器之间的通信并不能达到这个速度。

当然，这也只是电脑和路由器之间的沟通，网速最大的限制，是公司办公室给网络运营商交了多少钱……

小编办公室网速测试结果。‍‍‍

回到日本国家信息与通信技术研究所最新的研究成果上，他们为了增强光纤网络传输信息的能力，就是从通信原理下手，增大通信频宽，提升信号强度。

光纤对不同波长的光传输效率是不一样的，只有在传输效率较高的波长上，光纤才能更好地传输光信号。而对于光来说，特定的波长范围，就对应着特定的频率范围，也就是频宽。研究团队表示，他们使用了光纤中所有的低损耗传输频宽，总计37.6THz——不愧是光纤，频宽比无线信号的80MHz大太多了。

同时，他们还设计了6个不同波段的光纤信号放大器，来增强信号强度，提升信号传输能力，最终实现了402Tbps的传输速度，也就是每秒50TB。

传输系统示意图。图片来源：NICT

这个速度是什么概念呢，目前市面上最大的单块硬盘容量大约为20TB，最快的光纤相当于每秒能传输2.5块大容量硬盘的容量。

如果卡车传输数据的速度想要超过光纤，那么它必须在相同的时间内，运送更多硬盘才行。而且一般卡车运送硬盘的速度并不快，一般的任务，拆装硬盘、卡车在路上行驶，总用时至少也需要1天，也就是86 400秒。

在这86 400秒里，光纤理论上可以接连不断地以每秒2.5块硬盘的速度传输数据，总共传输的数据量相当于21.6万块。因此，只有卡车一次性运输的硬盘数量超过21.6万块，它的信息传输速度才能比光纤更快。

大块大容量硬盘的质量大约是700克，但运输时的震动可能会损坏硬盘，所以硬盘在运输时还需要防震包装。粗略估算，带上防震包装后，每块硬盘的质量是1千克。那么21.6万块硬盘的总质量就是216吨。我国卡车限重49吨，很明显，载重216吨的卡车通常是不能合法上路的。

也就是说，目前世界上传输数据最快的方式，是光纤，而不是装满卡车的硬盘。

经济效益

但是从实际应用上来说，用物理搬运的方式传输信息，在今天仍有不少的应用空间。

光纤极限的速度，只能存在于实验室里，或是运营商网络的骨干节点中，使用这些光纤传输数据，价格是十分高昂的。并且，很多时候单独拉一条光纤来传输数据并不合算。就像我的网速，远远不能反映物理极限，反而只能反映经费有限……

最典型的例子就是黑洞照片。2019年，事件视界望远镜（EHT）向世界公布了首张黑洞照片，这张照片是利用8台分布在全球各地的毫米/亚毫米波射电望远镜组成的。观测原始数据高达4PB（1PB=1024TB），数据需要集中到一起处理，但望远镜、数据中心之间的网速不够快，为了将数据集中到一起处理，直接将装满数据的硬盘快递寄到数据中心，反而是最快的选择。难道天文学家不想要他们的网速更快一些吗？他们当然想，但是建设骨干网络的代价太昂贵了，他们无法承受。

不过技术的发展，有线网络的性价比也在不断上升。2016年，亚马逊曾推出了用卡车传输数据的Snowmobile服务，这是一辆装满硬盘的18轮重型卡车，每辆卡车的容量为100PB。但2018年，却有公司表示使用这辆卡车的成本太高了，使用有线网络传输数据可能是更优惠的选择。今年4月，亚马逊终于宣布因为效益较差，砍掉了这个项目。

但同时，亚马逊又推出了另一种更小，更灵活的数据传输方案，Snowball EDGE，大约是一个手提箱大小，重22千克，最多可以存储210TB数据。西部数据也发布了一个能装368TB数据的手提箱服务器，可以直接提在手中携带，也可以直接作为存储服务器，安装到机房里使用。

所以，问题的核心，还是哪种方式更受真实的用户欢迎。目前看来，用物理搬运的方式传输数据，卡车或许有点太大了。但对于几百TB，到数个PB的临时数据传输需求，直接物理搬运，在今天或许仍是更加实惠的选择。

物理搬运数据和光纤网络传输，都有各自的适用范围，虽然光纤的优势越来越大，但物理搬运的方式，仍有自己的擅长区间。

https://www.cnbc.com/2024/04/17/aws-stops-selling-snowmobile-truck-for-cloud-migrations.html
https://www.nict.go.jp/en/press/2024/06/26-1.html

https://interestingengineering.com/innovation/world-record-transmission-optical-fiber

来源：环球科学

编辑：悦悦

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