Cáp quang biển đứt, Internet đi đường nào?

Đầu năm 2023, cả năm tuyến cáp biển nối Việt Nam ra thế giới lần lượt gặp sự cố.

Internet ở Việt Nam không tắt. Người dùng vẫn vào được Google, Facebook hay các máy chủ ở Mỹ và châu Âu, nhưng kết nối quốc tế chậm hơn hẳn, nhất là vào giờ cao điểm.

Con đường đang dùng bị đứt, vậy dữ liệu tìm đường khác bằng cách nào?

Ai quyết định dữ liệu đi đường nào khi cáp biển đứt?

Không ai cầm bản đồ của cả Internet

Không có một máy chủ trung tâm biết toàn bộ Internet rồi tính đường cho từng gói tin.

Như ở bài định tuyến, mỗi router chỉ trả lời một câu hỏi: với địa chỉ đích này, gửi gói tin sang đâu tiếp theo? Nó tra bảng định tuyến (routing table) của mình:

Đích                       Bước tiếp theo
dải IP ở Singapore         router A
dải IP ở Nhật Bản          router B
mọi địa chỉ khác           nhà mạng cấp trên

Router tiếp theo lại làm đúng việc đó. Gói tin không mang theo tấm vé ghi sẵn “Việt Nam → Singapore → Mỹ”. Ở mỗi chặng, router nhìn địa chỉ đích rồi chọn bước tiếp theo theo bảng định tuyến lúc đó.

Nhưng bảng định tuyến lấy thông tin từ đâu?

Các mạng tự báo cho nhau đường nào còn sống

Internet được tạo thành từ rất nhiều mạng độc lập. VNPT là một mạng, Viettel là một mạng, Google, Cloudflare, AWS và các nhà mạng quốc tế đều có mạng riêng.

Mỗi mạng như vậy là một hệ tự trị (AS, Autonomous System), có chính sách định tuyến riêng. Các AS trao đổi thông tin định tuyến với nhau bằng BGP (Border Gateway Protocol).

Ví dụ, một mạng ở Singapore báo cho nhà mạng Việt Nam: “Qua tôi, bạn tới được dải 203.0.113.0/24.” Một mạng ở Nhật Bản cũng báo đúng câu đó. Nhà mạng Việt Nam ghi nhận cả hai, và cùng một dải IP giờ có hai hướng đi.

BGP không hỏi tuyến nào ngắn nhất trên bản đồ. Mỗi mạng chọn tuyến theo chính sách riêng do người vận hành mạng đó đặt ra.

BGP không chọn đường ngắn nhất. Mỗi mạng chọn một tuyến còn dùng được, theo chính sách của riêng nó.

Vậy khi tuyến đang được chọn đột ngột không đi được nữa thì sao?

Cáp đứt thì chuyện gì xảy ra?

Giả sử nhà mạng Việt Nam bình thường ưu tiên đường qua Singapore. Rồi tuyến cáp đi Singapore gặp sự cố.

Thường thì thiết bị ở hai đầu phát hiện mất tín hiệu trước. Bản thân BGP cũng có một lớp kiểm tra: hai bên định kỳ gửi tin nhắn giữ kết nối, và nếu quá một khoảng thời gian (hold time) không nghe thấy hàng xóm, phiên BGP bị coi là đã mất.

Những tuyến đi qua kết nối đó không còn dùng được, nên bị rút lại (withdraw). BGP gửi bản cập nhật sang các mạng hàng xóm. Mỗi mạng nhận được thì tính lại tuyến tốt nhất mà nó còn biết. Đường qua Nhật Bản vẫn sống, nên lưu lượng mới bắt đầu đi qua Nhật Bản.

Quá trình nhiều router cập nhật lại thông tin cho tới khi ổn định ở trạng thái mới gọi là hội tụ định tuyến (routing convergence).

Không kỹ sư nào phải ngồi đổi đường cho từng gói tin. Nhưng còn những gói tin đang nằm đúng trên đoạn cáp vừa đứt?

Gói tin đang nằm trên cáp đứt thì sao?

Nó không chuyển ngang sang sợi cáp khác. Gói tin đang đi qua đúng đoạn kết nối vừa mất thì mất luôn.

Với TCP, phía gửi không nhận được xác nhận rằng dữ liệu đã tới. Hết thời gian chờ, nó gửi lại. Lúc đó bảng định tuyến có thể đã đổi:

Gói cũ:        Việt Nam → Singapore ──X   mất
Gói gửi lại:   Việt Nam → Nhật Bản → Mỹ   tới nơi

Từ phía người dùng, trông như Internet vừa “tự đổi đường” cho gói tin. Thực ra không gói nào được chuyển hướng giữa chừng.

Đường đổi trước, rồi những gói tin sau đi theo đường mới.

Dữ liệu vẫn tới nơi. Vậy sao năm 2023 mạng quốc tế vẫn chậm hẳn?

Vì sao mạng vẫn chậm khi đã có đường khác?

Định tuyến trả lời câu hỏi còn đường nào để đi. Nó không trả lời câu hỏi đường đó còn bao nhiêu chỗ.

Bình thường, các tuyến cáp biển của Việt Nam có tổng dung lượng khoảng 18,7 Tbps: nhà mạng dùng 60%, để 40% dự phòng. Tháng 2/2023, khi bốn tuyến đã gặp sự cố, hạ tầng mất tới 75% dung lượng.

Định tuyến vẫn làm đúng việc của nó: lưu lượng dồn sang những tuyến còn lại. Nhưng những tuyến đó không tự rộng ra. Lượng dữ liệu muốn đi qua lớn hơn sức chở, gói tin phải xếp hàng chờ ở router. Hàng đợi đầy thì một số gói bị bỏ, TCP phải gửi lại nhiều hơn, độ trễ tăng và tốc độ thực tế giảm mạnh.

Định tuyến tìm đường còn đi được. Nó không tạo thêm băng thông cho con đường đó.

Muốn nhanh lại phải có thêm dung lượng thật. Đầu năm 2023, nhà mạng mua thêm 3 Tbps và mở đường vòng trên đất liền: qua Campuchia, Thái Lan tới Singapore, qua Trung Quốc tới Hồng Kông. Từ 18/2, VNPT thêm 30% băng thông quốc tế theo hai hướng đó. Tới giữa tháng 4/2023, cả năm tuyến cáp biển vẫn chưa sửa xong.

Trong những đợt cáp gặp sự cố, nhiều người còn thấy một chuyện lạ: bật VPN lên thì mạng quốc tế lại nhanh hơn.

Vì sao VPN đôi khi nhanh hơn?

Không bật VPN, gói tin tới một máy chủ ở Mỹ mang địa chỉ đích là máy chủ đó. Nhà mạng chọn tuyến tới Mỹ theo bảng định tuyến và chính sách của mình. Trong đợt sự cố, tuyến đó có thể đang đi qua một đường rất nghẽn.

Bật VPN với máy chủ ở Tokyo, gói tin ban đầu được đặt bên trong một gói tin khác. Phần đầu bên ngoài mang địa chỉ của máy chủ VPN ở Tokyo; phần đầu bên trong mới mang địa chỉ máy chủ Mỹ.

Nhà mạng chỉ nhìn phần bên ngoài. Với nó, đích trước mắt bây giờ là Tokyo, nên nó có thể chọn một tuyến khác hẳn. Tới Tokyo, máy chủ VPN bỏ lớp bên ngoài và gửi dữ liệu tiếp sang Mỹ qua mạng của nhà cung cấp VPN.

VPN không bảo router của nhà mạng dùng sợi cáp khác. Nó đổi đích mà nhà mạng phải đưa gói tin tới trước.

Nếu đường tới Tokyo và đường từ Tokyo sang Mỹ tốt hơn tuyến mặc định đủ nhiều, kết nối qua VPN nhanh hơn. Một lý do khác cũng được nêu thời đó: khi nhà mạng bóp băng thông riêng một số loại lưu lượng, VPN mã hoá nên nhà mạng khó nhận ra lưu lượng đó để bóp.

Nhưng VPN không đảm bảo nhanh hơn. Nó thêm một chặng, thêm độ trễ và thêm việc mã hoá, giải mã. Khi tuyến bình thường đang tốt, đi vòng qua VPN thường chỉ làm kết nối chậm đi.

Cáp biển tạo ra những kết nối vật lý giữa các mạng. Hệ thống định tuyến quyết định dùng những kết nối đó thế nào, và khi một đường mất, nó tìm đường khác nếu còn. Nhưng mọi đường vừa nói vẫn là cáp, dưới biển hoặc trên đất liền.

Nơi không có cáp thì Internet đi qua vệ tinh được không?