Krwiobieg internetu

Przeciętny użytkownik, który wysyła zapytanie do aplikacji internetowej, robi to za pośrednictwem sieci Wi-Fi, LTE lub kablowej. To jednak zaledwie wycinek infrastruktury internetu, tzw. ostatnia mila, a w praktyce ostatnich kilkadziesiąt metrów, jakie pokonuje informacja w internecie.

Po opuszczeniu budynku sygnał jest konwertowany na impulsy świetlne i odbywa dalszą podróż, przemieszczając się w szklanym włóknie światłowodu. Światłowody tworzą tzw. sieć szkieletową, która na najniższym poziomie obejmuje miasto, na wyższym region, dalej cały kraj, a na najwyższym – oplata cały świat.

Nie ma jednej, wspólnej dla całego internetu sieci szkieletowej, gdyż każdy operator telekomunikacyjny tworzy własną infrastrukturę, a brakujące elementy dzierżawi od innych telekomów, które mają kable w potrzebnym miejscu. W Polsce największą sieć szkieletową o zasięgu krajowym posiada Orange (80 tys. km światłowodów). Na kolejnym miejscach są należący do sieci energetycznych Exatel (20 tys. km) oraz kolejowy TK Telekom (ok. 20 tys. km). Przepustowość połączeń światłowodowych między największymi ośrodkami sięga – w przypadku sieci Exatel – aż 9,6 Tb/s.

Aby sieci operatorów były częścią internetu, niezbędne są punkty, w których światłowody łączą się z innymi sieciami, co pozwala na wymianę informacji. Takie punkty (Internet Exchange Points) są zlokalizowane w Polsce w kilkunastu ośrodkach.

Każdy z operatorów dysponuje łączami międzynarodowymi, które pozwalają na wymianę danych z sieciami o zasięgu europejskim i światowym. Orange jest np. podłączony do europejskiej sieci France Télécom, a Exatel dzierżawi m.in. potężne łącze 8 Tb do Frankfurtu. To miasto oraz Londyn i Amsterdam są miejscami docelowymi, do których najczęściej podłączają się europejscy operatorzy telekomunikacyjni. W tych metropoliach funkcjonują globalne punkty wymiany danych między sieciami – w punkcie DE-CTX we Frankfurcie łączy się ponad 650 operatorów. Wśród nich są też operatorzy globalni, do których należy kluczowa część światowej sieci, czyli podmorskie połączenia międzykontynentalne.

Operatorzy podwodnych światłowodów są często określani mianem sieci Tier 1. Należą do nich takie firmy jak AT&T, Level 3, Telia, Orange, NTT i Tata. Aby zostać zaliczonym do tej kategorii, trzeba móc pochwalić się własnymi łączami przynajmniej w Europie, Ameryce oraz w Azji, czyli na kontynentach, przez które przepływa znakomita większość światowego ruchu sieciowego. Ostania z wymienionych sieci, Tata Communications, ma obecnie największą sieć szkieletową na świecie. 700 tys. km światłowodów łączy wszystkie zamieszkałe przez człowieka kontynenty, z czego aż 500 tys. km ułożonych jest na dnie oceanów.

Typowy podmorski kabel na pierwszy rzut oka nie robi wielkiego wrażenia. Są to zazwyczaj cztery pary włókien światłowodowych w osłonie z tworzywa sztucznego. Na dużych głębokościach układany jest niezabezpieczony kabel o średnicy 17 mm. Gdy kabel zbliża się do lądu, wykorzystywana jest wersja z odporną, stalową osłoną, która ma zabezpieczyć światłowód przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Mimo że w kablu są tylko cztery pary światłowodów, przepustowość łącza to aż 40 Tb (po 10 Tb w każdej parze). To zasługa technologii DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), czyli zwielokrotniania długości fali. Polega ona na równoległym wysyłaniu wielu sygnałów, każdy o nieco innej długości fali (czyli światła o nieco innym kolorze). Najbardziej wydajne systemy pozwalają obecnie zmieścić 160 kanałów o przepustowości 10 Gb w pojedynczej parze światłowodów. Coraz skuteczniejsze multipleksery pozwalają na systematyczne zwiększanie przepustowości łącz bez konieczności zmiany kabla.

Sam kabel to jednak nie wszystko. Kable transatlantyckie rozciągają się na dystansie 6500–7000 km, a sygnał optyczny wraz z odległością ulega rozproszeniu, niezbędne są więc urządzenia wzmacniające. Należący do firmy Tata Communications kabel TGN-A posiada aż 148 tych urządzeń, montowanych co ok. 50 km. Wyzwaniem jest dostarczenie zasilania do wzmacniaczy – służy do tego celu wbudowana w kabel żyła miedziana. Aby uzyskać odpowiedni przepływ prądu na tak dużej odległości, napięcie wynosi aż 9000 V.

Celem operatorów sieci szkieletowej jest zminimalizowanie opóźnień. W przypadku połączeń transatlantyckich samo pokonanie wielkiej wody wymaga 66 ms, co jak na standardy połączeń internetowych jest czasem znaczącym. Źródłem potencjalnych opóźnień jest także trasowanie pakietów danych po tym, jak opuszczą podwodny kabel. Aby je zminimalizować, operatorzy sieci szkieletowych używają specjalnego mechanizmu MPLS (Multiprotocol Label Switching), który pozwala na szybsze przesyłanie danych niż internetowy protokół TCP.

Po opuszczeniu sieci operatora Tier 1 w punkcie wymiany dane trafiają do centrum usługowego za pomocą własnej sieci usługodawcy. W przypadku dużych firm internetowych odbywa się to za pośrednictwem własnego światłowodu, który prowadzi do najbliższej serwerowni, gdzie działają aplikacje, z których chce skorzystać użytkownik.

285 – liczba połączeń międzykontynentalnych na dnie oceanu
300 ms – tyle czasu zajmuje pakietowi informacji pokonanie trasy z Europy do Nowej Zelandii i z powrotem
97,9 proc. prędkości światła – taka jest szybkość przepływu danychw światłowodach
40 Tb – przepustowość podmorskiego światłowodu
160 – tyle wiązek światła o różnej długości fali można zmieścić w jednej nitce światłowodu
9000 V – takim napięciem zasilane są replikatory sygnału w podmorskich światłowodach

1. Komputer użytkownika
Połączenie nawiązywane jest, gdy użytkownik skorzysta z dowolnej usługi internetowej.

2. Pierwsza mila
Sygnał za pośrednictwem domowego routera trafia do łącz dostawcy internetu, a następnie do lokalnej sieci szkieletowej.

3. Łącza kontynentalne
Sygnał opuszcza sieć operatora w punkcie łączącym sieci różnych operatorów. Trafia do sieci o wysokiej przepustowości.

4. Podmorski światłowód
Następnie trafia do podmorskiego kabla światłowodowego – ich układ zobaczysz na www.submarinecablemap.com.

5. Centrum danych
Po trafieniu do centrum danych i przetworzeniu sygnał rozpoczyna podróż powrotną do użytkownika.