Dữ liệu vượt đại dương như thế nào?

Ở bài trước, ta đã thấy dữ liệu có thể biến thành ánh sáng và chạy hàng chục ki-lô-mét trong một sợi quang.

Nhưng thử mở một website có server ở Mỹ.

Từ nhà bạn, dữ liệu có thể đi qua mạng của Viettel, VNPT hay FPT, tới một trung tâm mạng trong nước.

Sau đó là cả Thái Bình Dương.

nhà bạn
   ↓
mạng trong Việt Nam
   ↓
???
   ↓
mạng ở Mỹ
   ↓
server

Dữ liệu từ Việt Nam vượt Thái Bình Dương bằng đường nào?

Chỗ ??? đó không phải chủ yếu là vệ tinh.

Phần áp đảo dữ liệu giữa các châu lục đi qua những sợi cáp nằm dưới đáy biển.

Internet chạy dưới đáy biển

Ý tưởng kéo dây xuyên đại dương có từ trước Internet hơn một thế kỷ.

Năm 1858, tuyến điện báo xuyên Đại Tây Dương đầu tiên nối Ireland với Newfoundland.

Nó hoạt động được chưa lâu thì hỏng.

Phải tới năm 1866, tàu Great Eastern mới đặt thành công một tuyến đủ bền để tạo liên lạc lâu dài giữa châu Âu và Bắc Mỹ.

Cáp thời đó mang tín hiệu điện báo trên dây kim loại.

Cáp ngày nay mang ánh sáng trong sợi quang.

Nhưng ý tưởng cơ bản vẫn giống nhau:

nếu hai bờ đại dương cần liên lạc, kéo một đường truyền vật lý nối hai bờ lại.

Tính tới năm 2026, thế giới đã có hơn 600 hệ thống cáp biển đang hoạt động, với tổng chiều dài hơn 1,5 triệu km.

Chúng nối gần như mọi khu vực có bờ biển trên thế giới.

Một sợi cáp ngoài biển sâu không lớn như tưởng tượng

Ngoài biển sâu, cáp biển chỉ to cỡ một chiếc vòi tưới cây.

Ở giữa là các sợi quang mang dữ liệu. Bao quanh là nhiều lớp bảo vệ và một phần kim loại để cấp điện cho thiết bị dọc tuyến.

Gần bờ, cáp thường được bọc giáp thép dày hơn và có thể được chôn xuống đáy biển để tránh neo tàu, lưới kéo và các rủi ro khác.

Nhưng ngay cả sợi quang rất tốt vẫn làm ánh sáng yếu dần. Một đại dương dài hàng nghìn ki-lô-mét thì sao?

Ánh sáng không thể tự đi hết đại dương

Ngay cả sợi quang rất tốt vẫn có suy hao khoảng 0,2 dB/km.

Sau vài chục ki-lô-mét, tín hiệu đã yếu đi nhiều. Vì vậy trên cáp biển, người ta phải đặt các bộ khuếch đại quang dọc tuyến để làm tín hiệu mạnh trở lại.

Khoảng cách giữa hai bộ thường vào khoảng vài chục ki-lô-mét, nên một tuyến xuyên đại dương có thể có hơn một trăm bộ khuếch đại.

Nhưng một thiết bị nằm dưới đáy biển làm ánh sáng mạnh lên bằng cách nào?

Bên trong bộ khuếch đại có gì?

Bộ khuếch đại trên cáp biển không nhất thiết phải đổi ánh sáng thành điện rồi phát lại.

Một công nghệ phổ biến là bộ khuếch đại sợi pha erbium (EDFA). Laser bơm đưa năng lượng vào đoạn sợi pha erbium. Khi tín hiệu quang yếu đi qua, nó nhận thêm năng lượng và đi ra mạnh hơn.

Dữ liệu không bị đọc ra rồi ghi lại. Chính tín hiệu ánh sáng được khuếch đại.

Nhưng laser bơm cần điện. Thiết bị nằm dưới đáy Thái Bình Dương lấy điện ở đâu?

Điện cũng chạy trong chính sợi cáp đó

Sợi quang không dẫn điện, nhưng cáp biển còn chứa một phần kim loại chạy dọc tuyến.

Tại trạm cập bờ, thiết bị cấp nguồn (Power Feeding Equipment, PFE) đưa dòng điện một chiều vào phần dẫn điện này. Dòng điện đi qua các bộ khuếch đại và cấp nguồn cho laser bơm bên trong chúng.

Ở những tuyến rất dài, hệ thống có thể sử dụng điện áp lên tới nhiều kilovolt. Ví dụ một thiết kế 9.000 km của NEC cần khoảng 11 kV.

Vì vậy trong cùng một cáp:

ánh sáng mang dữ liệu, còn điện giữ cho ánh sáng có thể tiếp tục đi.

Hai đầu cáp nằm ở đâu?

Cáp biển không chạy thẳng từ đáy biển vào router nhà bạn.

Nó đi lên bờ tại một trạm cập bờ (cable landing station). Đây là nơi tuyến cáp dưới biển được nối vào mạng cáp quang trên đất liền.

Trạm cập bờ chủ yếu làm ba việc:

• chứa thiết bị quang ở đầu tuyến;
• cấp điện cho các bộ khuếch đại dưới biển;
• nối cáp biển vào mạng trên đất liền.

Vì vậy khi bạn truy cập một website ở nước ngoài, dữ liệu thường đi qua: mạng trong nước → trạm cập bờ → cáp biển → trạm cập bờ bên kia → mạng trên đất liền → data center.

Một kết nối quốc tế cũng không nhất thiết chỉ đi qua một tuyến cáp biển. Nó có thể qua nhiều mạng và nhiều hệ thống cáp khác nhau trước khi tới đích.

Việt Nam nối ra thế giới ở đâu?

Các tên như AAG, IA, APG, AAE-1, ADC, SJC2 chính là những tuyến cáp vật lý đưa dữ liệu ra khỏi Việt Nam.

Tuyến	Hướng kết nối chính	Cập bờ tại Việt Nam
AAG	Đông Nam Á → Hong Kong → Mỹ	Vũng Tàu
IA	Đông Nam Á và Đông Á	Vũng Tàu
APG	Đông Nam Á → Đông Á	Đà Nẵng
AAE-1	Châu Á → Trung Đông → châu Âu	Vũng Tàu
ADC	Singapore, Hong Kong, Nhật Bản và các điểm trong khu vực	Quy Nhơn
SJC2	Đông Nam Á → Đông Á → Nhật Bản	Quy Nhơn

Một kết nối từ Việt Nam tới nước ngoài không nhất thiết đi trên một sợi cáp duy nhất. Nó có thể qua nhiều điểm cập bờ, nhiều mạng và nhiều hệ thống cáp khác nhau trước khi tới đích.

Khoảng cách vẫn phải trả bằng thời gian

Dữ liệu đi trong cáp quang rất nhanh.

Nhưng không phải tức thời.

Ánh sáng trong sợi quang đi khoảng 200.000 km/s.

Tức là:

1 km         ≈ 5 micro giây
1.000 km     ≈ 5 mili giây
10.000 km    ≈ 50 mili giây

Đây mới chỉ là một chiều.

Nếu tín hiệu phải đi 10.000 km tới server rồi câu trả lời quay lại 10.000 km:

10.000 km đi
+
10.000 km về
≈
100 mili giây

Và đó mới là giới hạn vật lý lý tưởng.

Đường cáp thật không thẳng.

Gói tin còn phải đi qua mạng trong nước, router, thiết bị quang, mạng của các nhà khai thác khác và cuối cùng mới tới server.

Một số giao thức còn cần trao đổi nhiều lượt trước khi dữ liệu ứng dụng thực sự bắt đầu truyền.

Vì vậy server càng xa, độ trễ tối thiểu càng lớn.

Tăng gói Internet từ 100 Mbps lên 1 Gbps có thể giúp tải một file lớn nhanh hơn.

Nhưng nó không thể làm California gần Việt Nam hơn.

Cả Internet đang nằm trên những sợi cáp có thể bị đứt

Ngoài biển sâu, cáp khá an toàn.

Gần bờ mới là khu vực dễ gặp vấn đề hơn.

Tàu cá, lưới kéo và neo tàu là những nguyên nhân phổ biến gây hỏng cáp. Động đất và sạt lở dưới biển cũng có thể làm nhiều tuyến hỏng cùng lúc.

Và một tuyến cáp có thể dài hàng nghìn kilomet.

Sẽ có lúc một đoạn nào đó gặp sự cố.

Nhưng nếu một sợi cáp đang mang dữ liệu từ Việt Nam đi quốc tế đột nhiên bị cắt:

Việt Nam ───────X─────── Singapore

Internet thường không biến mất hoàn toàn.

Lưu lượng có thể chuyển sang một tuyến khác.

Ai quyết định đường mới là đường nào?