Оптико волоконный кабель по дну океана

10 малоизвестных фактов о подводных интернет-кабелях

Описывая систему кабелей, которые поддерживают работу Интернета, Нил Стивенсон (Neal Stephenson) как-то сравнил Землю с материнской платой компьютера.

Ежедневно вы видите на улицах телефонные столбы, соединяющие сотни километров проводов, и знаки, предупреждающие о зарытых оптоволоконных линиях, но ведь на самом деле, это лишь малая часть физического облика глобальной Сети. Основные коммуникации прокладываются в самых холодных глубинах океана, и в сегодняшней статье мы перечислим 10 любопытных фактов об этих подводных кабелях.

1. Монтаж кабеля — это медленный, утомительный и дорогостоящий процесс

99% международных данных передается по проводам, лежащим на дне океана, которые называются подводными коммуникационными кабелями. В общей сложности, их длина превышает сотни тысяч миль, а прокладывают такие провода даже на глубине 9 км.

Установка кабелей производится специальными кораблями-укладчиками. Им нужно не просто сбросить на дно провод с прикрепленным грузом, но и проследить за тем, чтобы он проходил только по плоской поверхности, минуя коралловые рифы, обломки затонувших кораблей и другие распространенные препятствия.

Диаметр мелководного кабеля составляет примерно 6 см, а вот глубоководные кабели намного тоньше — толщиной с маркер. Разница в параметрах обусловлена обыкновенном фактором уязвимости — на глубине свыше 2 км практически ничего не происходит, поэтому кабель не нужно покрывать оцинкованным защитным слоем. Провода, расположенные на небольших глубинах, закапывают на дне, используя направленные струи воды под высоким давлением. Хотя стоимость прокладки одной мили подводного кабеля варьируется в зависимости от его общей длины и назначения, этот процесс всегда обходится в сотни миллионов долларов.

2. Акулы пытаются съесть Интернет

Никто не знает, почему именно акулам так нравится грызть подводные кабели. Возможно, это как-то связано с электромагнитными полями. Или же они просто любопытны. А может быть, таким образом они пытаются уничтожить нашу коммуникационную инфраструктуру перед сухопутной атакой. По сути, акулы в буквальном смысле жуют наш Интернет и иногда повреждают изоляцию проводов. В ответ на это такие компании, как Google, покрывают свои коммуникации слоем защитного кевлара.

3. Под водой Интернет уязвим так же, как и под землей

Ежегодно бульдозеры разрушают подземные коммуникационные кабели, и хотя в океане нет подобной строительной техники, под водой проводам угрожают множество других опасностей. Помимо акул, интернет-кабели могут быть повреждены корабельными якорями, рыбацкими сетями и различными стихийными бедствиями.

Одна из компаний, базирующаяся в Торонто, предложила прокладывать такие провода через Арктику, которая соединяет Токио и Лондон. Ранее это считалось невозможным, но климат изменился, и благодаря тающему ледяному покрову данный проект стал вполне реализуемой, но все еще невероятно дорогой задачей.

4. Использование подводных кабелей — это далеко не новая идея

Подводный телеграф между Америкой и Европой

В 1854 году начался монтаж первого трансатлантического телеграфного кабеля, который связывал Ньюфаундленд и Ирландию. Спустя 4 года, была отправлена первая передача с текстом: «Лоус, Уайтхаус получил пятиминутный сигнал. Сигналы катушки слишком слабы для передачи. Попробуйте отправлять медленно и размеренно. Я поставил промежуточный шкив. Ответьте катушками». Согласитесь, не очень вдохновляющая речь («Уайтхаусом» здесь называют Уилдмана Уайтхауса (Wildman Whitehouse), занимавшего на тот момент должность главного электрика Атлантической телеграфной компании).

Для исторической справки: в течение этих четырех лет конструирования кабеля Чарльз Диккенс (Charles Dickens) продолжал писать романы, Уолт Уитмен (Walt Whitman) опубликовал сборник «Листья травы» (Leaves of Grass), небольшое поселение под названием Даллас было официально присоединено к штату Техас, а Авраам Линкольн (Abraham Lincoln) — баллотирующийся в Сенат США — выступил со своей знаменитой речью о «Разделенном Доме».

5. Шпионы обожают подводные кабели

В разгар холодной войны СССР часто транслировала слабо закодированные сообщения между своими двумя основными военно-морскими базами. По мнению русских офицеров, в более мощном шифровании данных не было нужды, поскольку базы были напрямую соединены подводным коммуникационным кабелем, располагающимся в советских территориальных водах, которые кишели всевозможными датчиками. Они считали, что американцы никогда не рискнули бы начать Третью Мировую Войну, пытаясь получить доступ к этим проводам.

Советские военнослужащие не брали в расчет Halibut — специально оснащенную подводную лодку, способную проскользнуть мимо оборонных сенсоров. Эта американская лодка нашла подводный кабель и установила на него гигантское прослушивающее устройство, после чего ежемесячно возвращалась на место для сбора всех записанных сообщений. Позже эта операция под кодовым названием «Ivy bells» была скомпрометирована бывшим аналитиком АНБ, Рональдом Пелтоном (Ronald Pelton), который продал информацию о миссии «советам». В настоящее время прослушивание подводных интернет-кабелей является стандартной процедурой для большинства шпионских агентств.

6. Правительства используют подводные кабели, чтобы избежать шпионажа

В сфере электронного шпионажа Соединенные Штаты обладали одним весомым преимуществом перед другими государствами: их ученые, инженеры и корпорации принимали активное участие в построении глобальной телекоммуникационной инфраструктуры. Основные потоки данных пересекают американскую границу и территориальные воды, что позволяет перехватывать множество сообщений.

Когда документы, украденные бывшим аналитиком АНБ Едвардом Сноуденом (Edward Snowden), обнародовали, многие страны с возмущением восприняли действия американских шпионских ведомств, которые тщательно отслеживали передачу иностранных данных. В результате, некоторые государства пересмотрели саму инфраструктуру Интернета. Бразилия, к примеру, решила проложить подводный коммуникационный кабель аж до Португалии, полностью минуя территорию США. Более того, они не позволяют американским компаниям участвовать в разработке проекта.

7. Подводные интернет-кабели — быстрее и дешевле, чем спутники

Сейчас на нашей орбите находится около 1 000 спутников, мы отправляем зонды на кометы и даже планируем миссии с высадкой на Марс. Кажется, будто создавать виртуальную коммуникационную сеть нужно именно в космосе, хотя нынешний подход с использованием подводных кабелей ничем не хуже. Но разве спутники не превзошли эту устаревшую технологию? Как выясняется, нет.

Несмотря на то, что волокно-оптические кабели и спутники изобрели примерно в одно время, космические аппараты имеют два существенных недостатка: задержка и повреждение данных. Отправка сообщений в космос и обратно действительно занимает много времени.

Между тем, оптические волокна могут передавать информацию практически со скоростью света. Если вы хотите посмотреть, каким бы был Интернет без подводных кабелей, посетите Антарктиду — единственный континент, не имеющий физического подключения к Сети. Местные исследовательские станции полагаются на спутники с высокой пропускной способностью, но даже этой мощности не хватает, чтобы передать все данные.

8. Забудьте о кибервойнах — чтобы нанести Интернету реальный ущерб, вам понадобится акваланг и пара кусачек

Хорошая новость заключается в том, что перерезать подводный коммуникационный кабель довольно сложно, ведь в каждом таком проводнике напряжение может достигать нескольких тысяч вольт. Но как показал случай, произошедший в Египте в 2013 году, сделать это вполне возможно. Тогда к северу от Александрии были задержаны несколько человек в гидрокостюмах, которые намеренно перерезали подводный кабель длиной 12 500 миль, соединяющий три континента. Скорость интернет-соединения в Египте была снижена на 60% до тех пор, пока линию не восстановили.

9. Подводные кабели нелегко ремонтировать, но за 150 лет мы все-таки научились нескольким трюкам

Если вы считаете, что замена кабеля локальной сети, который находится за вашим столом — это сложный и мучительный процесс, попробуйте починить твердый садовый шланг на дне океана. Когда подводные коммуникации повреждаются, на место отправляются специальные ремонтные корабли. Если провод находится на мелководье, роботы фиксируют его и тащат на поверхность. Если же кабель расположен на большой глубине (от 1900 метров), инженеры опускают на дно специальный захват, подымают провод и ремонтируют его прямо над водой.

10. Срок службы подводных проводников Интернета — не более 25 лет

По состоянию на 2014 год, на дне океана было проложено 285 коммуникационных проводов, 22 из которых все еще не используются. Срок эксплуатации подводного кабеля не превышает 25 лет, ведь в дальнейшем он становятся экономически невыгодным с точки зрения мощности.

Тем не менее, за последние десять лет мировое потребление данных пережило настоящий «взрыв». В 2013 году на одного человека приходилось 5 гигабайт интернет-трафика, и по мнению экспертов, к 2018 году этот показатель увеличится до 14 Гб. Вполне возможно, что при таком стремительном росте мы столкнемся с проблемами мощности и будем вынуждены обновлять коммуникационные системы намного чаще. Однако в некоторых местах за счет новых методов фазовой модуляции и улучшенных автоматизированных подводных терминалов мощность удалось повысить на 8000%. Так что, судя по всему, к большим потокам трафика подводные провода более, чем готовы.

Источник

Трансиверы для Marea: передача данных между континентами достигла рекордных 30 Тбит/c на пару волокон

Оптический кабель Marea

Межконтинентальный подводный кабель связи Marea — один из самых быстрых на сегодняшний день — установил новый рекорд. Скорость передачи данных по оптоволокну, проложенному по дну Атлантического океана, составила 30 Tбит/с. Все благодаря новому поколению трансиверов Infinera — Infinite Capacity Engine 6 (ICE6). Считается, что полностью свой потенциал Marea раскроет к 2025 году.

Залечь на дно Атлантики

Трансконтинентальный кабель стал выдающимся с самого начала. Обычно на прокладку подобных магистралей уходит около 5 лет. Проект Marea, ставший результатом союза Microsoft, Facebook и телекоммуникационной компании Telxius, был реализован за два года.

Магистраль состоит из восьми пар волокон, защищенных слоями меди, жесткого пластика и водонепроницаемым покрытием. По две пары используют Microsoft и Facebook. Одна пара была приобретена AWS в 2019 году. Остальные находятся в распоряжении провайдера Telxius для аренды более мелких компаний, которые не могут себе позволить целый кабель.

Длина Marea — 6600 км, средняя глубина пролегания составляет 3,35 км. Магистраль соединяет американский и европейский континенты, начинаясь на побережье города Вирджиния-Бич (США) и заканчиваясь в Бильбао (Испания). Общий вес кабеля превышает 4500 тонн, что сравнимо с весом 34 голубых китов. При этом диаметр кабеля всего в 1,5 раза больше, чем у обычного садового шланга.

Скрученный кабель Marea

По оценке Microsoft, скорость передачи данных по кабелю Marea в 16 млн раз выше в сравнении со среднестатистическим домашним интернетом. На старте пропускная способность магистрали оценивалась в 160 Тбит/c (к слову, с такой скоростью можно одновременно транслировать 71 млн видео в HD-разрешении). Но уже спустя год после ввода кабеля в эксплуатацию, в 2018 году, цифра выросла до 200 Тбит/с. А еще годом позже скорость передачи данных в пересчете на пару волокон достигла 26,2 Тбит/с. Рост произошел за счет новых на тот момент трансиверов Infinera — Infinite Capacity Engine 4 (ICE4).

Новый зафиксированный рекорд также стал возможен благодаря развитию линейки трансиверов. С новым ICE6 пропускная способность пары волокон Marea составила 30 Тбит/с.

Предельная цифра линейной скорости трансивера ICE6 составляет 800 Гбит/с в каждом направлении. Сейчас рекордный показатель Marea достигает до 700 Гбит/с на линк, что достаточно близко к максимуму. Новый ICE6 также удешевит и упростит пользование магистралью за счет сокращения модулей в береговых трансиверных станциях до 60%.

Трансконтинентальные связи

На сегодняшний день континенты связывают более 1,2 млн км подводных оптоволоконных кабелей. Этой длины достаточно, чтобы опоясать нашу планету по экватору около 30 раз! Первый подводный интернет-кабель был проложен в 1988 году.

Нет смысла писать про важность таких магистралей для систем глобальных коммуникаций. По оценкам Google, через них проходит до 98% информации. Потребление интернет-трафика растет из года в год, поэтому крупные компании все чаще планируют прокладывать новые подводные кабели связи.

Схема проложенных оптоволоконных связей

Так, тот же Google заявил о намерении проложить кабель, который соединит США, Великобританию и Испанию. Магистраль будет носить имя «Грейс Хоппер» в честь известной ученой и программистки. По словам компании, кабель будет использовать новейшую технологию для передачи сигнала, но подробности Google пока не раскрывает. В планах закончить проект к 2022 году.

Facebook же воссоединяется не только с Евразией. В мае прошлого года соцсеть заявила о желании проложить кабель в 37 000 км, чтобы предоставить доступ к интернету в 16 странах Африки (1,3 млрд жителей континента). Прокладкой кабеля займется компания Alcatel Submarine Networks, которой владеет Nokia. Скоростью не обидят: скорость связи обещает быть в три раза выше, чем у существующих подводных кабелей до Африки. Даешь быстрый Instagram для Африки!

Главное, чтобы планы и целостность подводных магистралей не нарушили их основные «враги» — корабельные якоря, рыбацкие сети и, как ни странно, акулы. На видео ниже — презабавная картина, как акула собирается пообедать оптоволоконным кабелем.

Источник

Кровеносная система мирового интернета

Инфографика TeleGeography

Google запускает рой воздушных шариков в стратосферу, а Facebook — армию беспилотников на солнечных батареях. Но это лишь маленькие игрушки гиков, которые мечтают покрыть связью всю планету. Их амбициозные сервисы станут крохотным дополнением к мощной базовой инфраструктуре Всемирной сети — разветвлённой сети наземных и подводных магистральных каналов. Вот где настоящая кровеносная система современной цивилизации. Именно здесь бьётся её пульс.

Крупнейшие хабы

На физическом уровне интернет представляет сеть хабов (точек обмена трафиком), связанных магистральными каналами. В точках обмена трафиком концентрируется не только трафик, но и сетевая инфраструктура (дата-центры, хостинг и т.д). Крупнейшие точки обмена находятся во Франкфурте, Амстердаме, Лондоне и Париже. В каком-то смысле эти города можно считать столицами мирового интернета. По крайней мере, точно крупнейшими сетевыми узлами, вместе с Нью-Йорком, который тоже входит в пятёрку основных хабов.

В списке крупнейших точек обмена трафиком в мире лидируют DE-CIX (пиковая пропускная способность 5178 Гбит/с), AMS-IX (4270 Гбит/с). Российская MSK-IX находится на 5-м месте (2135 Гбит/с).

Совокупная пропускная всех международных каналов связи составляет 180 Тбит/с (на 2015 год).

По количеству международных каналов Европа долгое время была абсолютным лидером, превосходя любой другой континент. Но сейчас примерно столько же у Северной Америки (читай — у США), далее Азия, Южная Америка и Африка. Ещё десятилетие назад более половины международных каналов связи на планете приземлялись в Европе. Сейчас уже меньше половины, но Европа всё равно остаётся ключевым узлом в глобальной Сети.

Европейский узел отличается от остальных континентов ещё одной деталью: около 70% международного трафика перемещается между городами внутри континента. Для сравнения, у Южной Америки и Африки прямо противоположная картина: 80% каналов уходят к другим континентам, Кстати, 60% внешних каналов Южной Америки подключены к одному зарубежному городу: Майами. Так что если в Майами случится блэкаут, из интернета частично выпадет Южная Америка.

Почти все каналы связи между континентами прокладываются по дну океана.

Подводные бэкбоны

Подводный интернет — наверное, самая интересная (и секретная) часть мировой сетевой инфраструктуры. Секретная, потому что просто так вы не найдёте точную карту прокладки конкретного кабеля. Россия и некоторые другие страны держат эту информацию в секрете, и на то есть веские причины (см. статьи на Хабре «Подводная лодка USS Jimmy Carter, её специальные задачи», «Скрытное подсоединие к оптоволокну: методы и предосторожности»). От постороннего подключения не защищён ни один кабель, где бы он не находился.

Карта подводных кабелей 2016 года

По данным на 2014 год, по дну океана проложено 285 кабелей связи, из них 22 не использовались, это так называемые «тёмные кабели» («тёмное оптоловокно») — такие неиспользуемые кабели в большом количестве есть и на суше. Например, та же компания Google скупает тёмное оптоволокно для связи между дата-центрами. Когда по тёмному оптоволокну пускают сигнал, говорят, что его «зажгли», как лампу.

Расчётный срок службы оптоволокна составляет 25 лет — это чисто теоретическая величина. Предполагается, что в течение такого времени коммерческая эксплуатация канала будет иметь смысл. Соответственно, исходя из такого срока экономисты рассчитывают окупаемость инвестиций. Например, для компании Google выгоднее проложить собственный кабель через Тихий океан, чем 25 лет арендовать чужой.

По мере роста трафика в интернете (он растёт примерно на 37% в год) операторы производят апгрейд оптоволокна — «уплотняют» его, чтобы передавать данные одновременно в нескольких спектральных каналах за счёт спектрального уплотнения. Кроме того, внедряются более эффективные техники фазовой модуляции и устанавливается более современное оконечное оборудование. Соответственно, пропускная способность магистрального канала увеличивается пропорционально полосе частот, на которых передаются данные.

Хорошей иллюстрацией является трансатлантическая информационная магистраль. В 2003-2014 годы здесь не было проложено ни одного (!) нового кабеля, зато пропускная способность действующих каналов увеличилась в 2,4 раза исключительно за счёт уплотнения каналов и апгрейда оборудования. И у этих кабелей ещё остался большой запас на будущее.

Увеличение пропускной способности трансатлантических каналов связи в 2003-2014 годы

Прокладка нового кабеля и ввод его в эксплуатацию — длительная процедура, которая продолжается несколько лет, и довольно дорогостоящая, поэтому несколько корпораций обычно сообща финансируют такие проекты, а потом делят между собой оптоволоконные пары в кабеле. Например, 29 июня 2016 года компания Google с партнёрами (China Mobile International, China Telecom Global, Global Transit, KDDI, Singtel) объявили о вводе в эксплуатацию крупнейшего подводного кабеля в мире — транстихоокеанского кабеля FASTER на 60 Тбит/с. Кабель длиной 9000 км связал Японию и США (здесь Япония выполняет роль хаба между США и Китаем).

FASTER

Этот конкретный кабель состоит из 6 оптоволоконных пар. Каждая пара способна передавать сигнал в 100 диапазонах длины волны по 100 Гбит/с на каждую длину (10 Тбит/с на каждую оптоволоконную пару). Это соответствует 60 Тбит/с максимальной пропускной способности для каждого кабеля — это не теоретическая, а реальная максимальная пропускная способность, продемонстрированная в тестах.

Но в первое время пропускная способность даже близко не приблизится к этому пределу. На первом этапе будут задействованы всего лишь от 2 до 10 каналов, то есть 2-10% максимальной пропускной способности кабеля. В течение 25-летнего срока эксплуатации Google с партнёрами будут постепенно увеличивать его пропускную способность, по мере необходимости.

Google принадлежит один или два из шести оптоволоконных пар в кабеле, точная информация держится в секрете. Хотя стоимость прокладки магистрали FASTER составила $300 млн, для интернет-компании это действительно дешевле, чем арендовать такие же каналы у других. Кроме того, так Google получает больший контроль над линиями связи, которые связывают её дата-центры.

Кстати, Microsoft и Facebook по примеру Google сейчас тоже формируют консорциум для прокладки своего трансатлантического кабеля MAREA.

Сети в Европе

Если магистральные каналы связи сравнить с кровеносной системой современной цивилизации, то Европа — её сердце.

Карта магистральных каналов в Европе с каждым годом немного изменяется. Между крупнейшими узлами сети иногда прокладываются новые каналы с большей пропускной способностью и/или меньшей задержкой (то есть по более оптимальному маршруту). В некоторых случаях каналы могут вообще «пропадать», то есть их перестают использовать, если оператор по какой-то причине решит перенаправить линк от одного города к другому. В начале 2000-х крупнейшим международным каналом связи в мире был трансатлантический маршрут Нью-Йорк–Лондон, но в 2009 году проложили более толстый канал Амстердам–Лондон, а затем и этот рекорд был побит новым «чемпионом» — трассой Франкфурт–Париж.

Примерно в это время сформировалась окончательная структура сетевых магистралей в Европе с четырьмя крупнейшими в мире точками обмена трафиком.

1. Франкфурт
2. Лондон
3. Париж
4. Амстердам

По мировой статистике, всего лишь около 25% самых популярных сайтов каждой страны размещаются у себя на родине (в среднем). Доля национального хостинга заметно выше в Китае, Иране, Турции и России, по понятным причинам.

Физическое местоположение серверов 100 самых популярных сайтов в некоторых странах, апрель 2015 год. Источник: TeleGeography

Связь с Россией

С точки зрения надёжности оптимально размещение сервера возле крупнейшей точки обмена трафиком, которая связывает Россию с мировым интернетом.

России в каком-то смысле повезло. Рядом с российским сегментом интернета располагаются крупнейшие в мире сетевые хабы. Самая близкая географически и, по стечению обстоятельствам, самая крупная в мире из точек обмена трафиком — DE-CIX во Франкфурте. Сюда подключены три крупнейших российских оператора обмена трафиком MSK-IX (2 Тбита/с), Data-IX (2 Тбита/с), W-IX (1 Тбит/с), со средней нагрузкой 3,2 Гбита/с.

На карте магистральных сетей «Ростелекома» и карте международного магистрального оператора RETN показано, по каким каналам российский сегмент подключается к крупнейшим мировым точкам обмена. Обозначена и новая быстрая линия «Ростелекома» из Москвы во Франкфурт.

Карта магистральных сетей «Ростелекома»

Карта магистральных сетей RETN

Для обмена трафиком операторы могут заключать соглашения друг с другом или выбрать более продвинутый пиринг вроде W-IX. Эта система работает внутри одного города на втором уровне, и связь между участниками осуществляется, как и в любом другом пиринге, напрямую. В то же время, через роут-сервер осуществляется связь со всеми другими точками обмена трафиком, в которых W-IX является участником.

W-IX

W-IX имеет свои международные каналы между крупнейшими точками обмена трафиком.

W-IX

Эксперты отмечают, что в последние годы наметилась некоторая тенденция к локализации трафика, когда серверы размещают внутри национальных границ той страны, где находится основная аудитория. В пользу локализации играет распространение CDN-сервисов и меры информационной безопасности, связанные с угрозой утечек конфиденциальной информации. Сейчас не только Россия, но и другие страны рассматривают законы, обязывающие хранить конфиденциальную информацию (в том числе финансового и медицинского характера) только внутри страны.

К счастью, требования локализации затрагивают только ограниченное количество веб-сайтов, так что интернет-компании по-прежнему могут выбрать место хостинга исходя из собственных потребностей. Размещение серверов рядом с глобальными сетевыми хабами делает серверы доступнее для глобальной аудитории и выходит гораздо дешевле, потому что вокруг хабов концентрируется вся соответствующая сетевая инфраструктура, в том числе дата-центры и хостинг-провайдеры.

Источник