Сіздің интернетіңіз қалай жұмыс істейді?

Көпшілік интернетті «бұлт» немесе «ғарыштағы спутниктер» деп елестетеді. Шындығында құрлықаралық трафиктің 99 пайызы теңіз түбіне төселген, бақ шлангісіндей ғана жуан кабельдер арқылы өтеді. Ал ол кабельдердің ішінде шаштан сәл жуан шыны жіптер мен сол шыныда «қамалған» жарық бар.

Бұл оқиғаның екі кейіпкері бар. Біріншісі — Чарльз Као, жарықты шыныда алысқа жеткізуге болатынын дәлелдеп, Нобель сыйлығын алған инженер. Екіншісі — мұхит түбіндегі кабельдер, сол жаңалықты бүкіл планетаның интернетіне айналдырған инфрақұрылым. Ал соңында бұл тарихтың Қазақстанға, мұхитқа шыға алмайтын елге, қалай қатысы бар екенін айтамыз.

Жарық шыныда қалай «қамалады»

Оптикалық талшық — шаштан сәл ғана жуан шыны жіп. Оның екі қабаты бар: ортасындағы өзек (core) және оны қаптаған қабық (cladding). Құпия олардың сыну көрсеткішінде: қабықтікі өзектікінен сәл төмен.

Осы шағын айырмашылық толық ішкі шағылу деген құбылысты тудырады. Өзекпен жүрген жарық қабыққа жанай тигенде сыртқа шықпай, айнадан шағылғандай кері қайтады. Сөйтіп жарық шыны ішінде иректеп, мыңдаған шағылумен алға жүре береді.

Мұны үйде де байқауға болады: бассейн түбінен жоғары қарасаңыз, су беті белгілі бір бұрышта айнаға айналады. Талшықта дәл сол әсер жүздеген шақырымға созылады. Бір ұшына лазер жарқ етсе, жарық екінші ұшынан шығады. Цифрлық деректер дәл осы жарық импульстарымен беріледі: жарық бар — 1, жоқ — 0.

20 метрлік тұйық және бір инженердің батыл сұрағы

1960 жылдары физика жарықты шыныда тасымалдауға рұқсат беретін, бірақ іс жүзінде шыны жарамсыз еді. Ол кездегі талшықтарда сигнал бір шақырымда 1000 децибелден астам әлсіреген. Қарапайым тілмен айтқанда, жарық небәрі 20 метрден кейін жоғалып кететін. Бұл бір бөлмеден келесі бөлмеге ғана жетеді деген сөз.

Ғалымдардың көбі мұны шынының табиғи кемшілігі, яғни түзетуге келмейтін шектеу деп есептеді. Әлемдік байланыс саласының алыптары басқа жолдарды, мысалы, жарықты металл құбырлар мен линзалар арқылы жүргізуді зерттеп жатты.

Шанхайда туып, Англиядағы Standard Telecommunication Laboratories зертханасында жұмыс істеген жас инженер Чарльз Као басқаша ойлады. Ол әріптесі Джордж Хокэммен бірге кінәлі шынының өзі емес, оның ішіндегі қоспалар деген болжам жасады. Темір, мыс сияқты ұсақ бөгде атомдар жарықты сіңіріп, шашыратып жібереді. Ал оларды тазалауға болады.

Олар байланыс үшін бір шақырымдағы шығын 20 децибелден аспауы керек деп есептеді. Бұл да аз емес: бір шақырымнан кейін қуаттың 99 пайызы жоғалады. Бірақ күшейткіштермен бұл жұмыс істеуге жарайды. 1966 жылғы олардың іргелі мақаласы міндет қиын болса да, теориялық тұрғыдан мүмкін деген қорытындыға келді.

Сол кезде бұл идея көпшілікке қиял сияқты көрінді. Као жылдар бойы зертханаларды аралап, шыны өндірушілерді таза шыны жасауға көндірумен айналысты.

Төрт жыл ішінде қиял шындыққа айналды

Каоның болжамы тез расталды. 1970 жылы Corning компаниясының тобы таза балқытылған кварцтан әлсіреуі бір шақырымда небәрі 17 дБ болатын талшық жасап, Каоның межесінен асып түсті. Одан кейінгі прогресс таңғаларлық жылдамдықпен жүрді:

• 1960 жылдар: 1000 дБ/км-ден астам — жарық 20 метрде өшеді

• 1966: Као мен Хокэмнің межесі — 20 дБ/км

• 1970: Corning — 17 дБ/км

• 1972: 4 дБ/км

• 1979: 0,2 дБ/км

• Бүгін: 0,15 дБ/км-ден де аз

Яғни бүгінгі талшық Каоның 1966 жылғы болжамынан миллион есе жақсы. Қазіргі шынының тазалығы сондай, оның бірнеше шақырымдық қалыңдығынан терезе шынысындай мөлдір көрінер еді.

2009 жылы Као оптикалық байланыс үшін талшықта жарықты тасымалдаудағы жетістіктері үшін физика бойынша Нобель сыйлығының жартысын алды. Бірақ бұл қуанышқа көлеңке түсті: ол Альцгеймер ауруына шалдыққандықтан, Нобель дәрісін оның әйелі Гвен оқыды. Әлемді жалғаған адам өз жаңалығы туралы айта алмай қалды. Као 2018 жылы Гонконгта қайтыс болды. Оны бүгінде «талшықты оптиканың әкесі» деп атайды.

Мұхит түбіне жету: 1858-ден 1988-ге дейін

Құрлықтарды кабельмен жалғау идеясы интернеттен әлдеқайда ескі. 1858 жылы американдық кәсіпкер Сайрус Филд төсеген алғашқы трансатлантикалық телеграф кабелі небәрі үш апта ғана жұмыс істеп, істен шықты. Бірақ Филд берілмеді: 1866 жылғы келесі әрекет сәтті болып, Еуропа мен Америка алғаш рет тұрақты байланысқа ие болды.

Оптикалық дәуір 130 жылдан кейін басталды. Мұхитты кесіп өткен алғашқы оптикалық кабель TAT-8 1988 жылғы 14 желтоқсанда іске қосылды. Оны AT&T, British Telecom және France Telecom бастаған консорциум салды. Кабельдің теңіз түбімен ұзындығы 5846 шақырым болды.

TAT-8 АҚШ, Ұлыбритания және Франция арасында секундына 280 мегабит дерек өткізді. Бұл бір мезгілде 40 мың телефон қоңырауы. Бүгінгі өлшеммен бұл үйдегі жақсы Wi-Fi-дың жылдамдығы ғана, бірақ сол кезде бұл революция еді.

Қызығы, Као 1983 жылы мұхиттар оптикалық кабельге толады деп болжаған еді. Алғашқы мұхитаралық талшық небәрі бес жылдан кейін іске қосылды.

Бүгінгі су асты әлемі: цифрлармен

TAT-8-ден кейінгі 38 жылда мұхит түбі шынымен де Као болжағандай кабельге толды.

Дереккөз: TeleGeography.

Соңғы жылдары кабель салудың басты тапсырыс берушілері де өзгерді. Бұрын бұл телеком-консорциумдардың ісі болса, бүгін ірі технологиялық компаниялар өз кабельдерін салып жатыр. Себебі бейне, бұлттық қызметтер мен жасанды интеллект деректерге деген сұранысты ұдайы өсіріп отыр.

Неге спутник емес?

Спутниктік интернет туралы көп айтылса да, оның кабельмен бәсекелесуі қиын. Себебі екеу.

Сыйымдылық. Бір кабельде ондаған жұп талшық болады, әр жұп секундына терабиттер өткізеді. Спутниктің сыйымдылығы бұған жақындай да алмайды.

Кідіріс. Геостационарлық спутник 36 мың шақырым биіктікте тұрады. Сигнал оған барып, қайтып келуіне уақыт кетеді. Ал кабель құрлықтарды тікелей, ең қысқа жолмен жалғайды.

Кабельдің өзі қандай?

Терең мұхит түбіндегі кабель шамамен бақ шлангісіндей ғана жуан. Ортасында шыны талшықтар, оларды болат сымдар мен қорғаныс қабаттары қаптайды. Мыңдаған метр тереңдікте оған қауіп аз, сондықтан ол жіңішке әрі жеңіл.

Жағалауға жақындаған сайын кабель қалыңдай түседі: кеме зәкірі мен балық аулау торларынан қорғау үшін оған қосымша сауыт киіледі, кейде теңіз түбіне көміледі. Жарық әлсірей бермеуі үшін әр 50–100 шақырым сайын сигналды күшейтетін қайталағыштар (repeater) орнатылады. Олар мұхит түбінде ондаған жыл бойы жөндеусіз жұмыс істеуге есептелген.

Кабельдің осал тұсы: акулалар емес, зәкірлер

Су асты кабельдері үзіле ме? Иә, және бұл сирек емес. Халықаралық кабельдерді қорғау комитетінің (ICPC) деректері бойынша, әлемде жыл сайын 150–200 су асты кабелі зақымданады. Олардың 70–80 пайызы кездейсоқ адам әрекетінен болады: көбіне балық аулау құралдары мен кеме зәкірлерінен. Диверсия жағдайлары бұл тізімде аз үлесті құрайды.

Тек зәкірдің өзі жылына шамамен 60 зақымға, яғни барлық оқиғаның 30 пайызына жауапты. Сүйретілген бір зәкір бір мезгілде бірнеше кабельді үзіп кетуі мүмкін.

Жөндеу оңай емес. Арнайы кеме апат орнына барып, кабельді түбінен көтеріп, үзілген жерін жалғап, қайта түсіреді. Бір оптикалық кабельді жөндеу шамамен 500 мың – 1 миллион долларға түседі.

Соған қарамастан интернет бір кабель үзілгенде тоқтап қалмайды. Желі өзара тығыз байланысқан, трафик басқа бағыттарға автоматты түрде ауысады. Ең үлкен тәуекел — бір ғана кабельге тәуелді елдерде. Бұл — Қазақстанға тікелей қатысты сабақ.

Мұхитсыз ел теңіз түбімен қалай жалғанды

Қазақстан — әлемдегі теңізге шыға алмайтын ең үлкен ел. Мұхиттағы кабельдерге біз құрлықтағы талшықтар арқылы, көршілердің желілері арқылы қосыламыз. Ұзақ уақыт бойы еліміздің халықаралық интернет-трафигінің едәуір бөлігі Ресей желілері арқылы өтіп келді.

2026 жылдың қазанында бұл жағдай өзгерді. Қазақстан мен Әзербайжан Каспий теңізінің түбімен төселген Транскаспий оптикалық кабелін іске қосты. Бұл — Каспий түбімен өткен алғашқы оптикалық кабель және екі елді тікелей жалғаған алғашқы су асты байланыс желісі.

TAT-8-пен салыстырыңыз: 1988 жылы Атлантиканы кесіп өткен кабель секундына 280 мегабит өткізсе, Каспий кабелінің жобалық сыйымдылығы одан шамамен 1,4 миллион есе көп.

Жоба алғаш 2019 жылы ұсынылып, бірнеше рет кешіккен еді. Енді ол Еуропа мен Азияны жалғайтын «Цифрлық Жібек жолы» дәлізінің бір бөлігіне айналды: Әзербайжан, Грузия және Түркия арқылы деректердің жаңа бағыты ашылды. «Қазақтелеком» басшысы Бағдат Мусин бұл кабель Екібастұзда салынып жатқан Data Center Valley деректер орталықтары кешеніне де қызмет ете алатынын айтты.

Яғни Каоның 1966 жылғы сұрағы 60 жыл өткен соң Каспий түбіне де жетті.

Келесі жолы телефоннан басқа құрлықтағы сайтты ашқанда, бұл сапарды елестетіп көріңіз. Деректеріңіз ғарышқа ұшпайды. Олар жарық импульсына айналып, шаштай жіңішке шыны ішінде иректеп, мұхит түбімен мыңдаған шақырым жол жүреді. Ал бұл мүмкін болғанының себебі — 1966 жылы бір инженердің «шыны таза болса ше?» деген қарапайым сұрағы.

Дереккөздер

• IEEE Spectrum: How Charles Kao Beat Bell Labs

• Nature: Kuen Charles Kao (1933–2018)

• ETHW: IEEE Milestone TAT-8

• TeleGeography: How Many Submarine Cables Are There

• TeleGeography: Submarine Cable FAQ

• ICPC: Media Factsheet

• ICPC: Damage to Submarine Cables from Dragged Anchors

• Times of Central Asia: Kazakhstan and Azerbaijan Launch Trans-Caspian Fiber-Optic Cable

• Interfax: Trans-Caspian line to launch in October

• Submarine Telecoms Forum: Azerbaijan, Kazakhstan Target 2026 Cable Launch