Cáp quang biển: internet đi qua đáy biển thế nào và vì sao hay đứt

Phần lớn dữ liệu internet đi giữa các châu lục không bay qua vệ tinh mà chạy trong những sợi cáp quang nằm dưới đáy biển. Mỗi tuyến cáp chỉ to cỡ cổ tay ở vùng nước nông và nhỏ bằng ống nước tưới vườn ở biển sâu, bên trong là vài cặp sợi thuỷ tinh mảnh như sợi tóc mang ánh sáng laser. Khi một tuyến cáp gặp sự cố, người dùng ở Việt Nam thấy ngay: vào trang nước ngoài chậm, gọi video quốc tế giật.

Vì sao không dùng vệ tinh

Vệ tinh rất hữu ích cho vùng sâu, tàu biển, máy bay, nhưng với lưu lượng khổng lồ giữa các châu lục, cáp quang thắng ở ba điểm:

• Dung lượng: một tuyến cáp hiện đại có thể chở hàng chục đến hàng trăm terabit mỗi giây, nhiều hơn rất xa một vệ tinh.
• Độ trễ: tín hiệu đi thẳng theo đáy biển, quãng đường ngắn hơn nhiều so với việc lên vệ tinh địa tĩnh ở độ cao khoảng 36.000 km rồi quay xuống.
• Chi phí trên mỗi bit: tính cho cả vòng đời hai mươi lăm năm, cáp rẻ hơn.

Các chòm vệ tinh quỹ đạo thấp mới đã kéo độ trễ xuống nhiều, nhưng về khối lượng dữ liệu, cáp biển vẫn là xương sống. Theo bản đồ cáp biển của công ty nghiên cứu viễn thông TeleGeography, thế giới có hàng trăm tuyến cáp biển đang hoạt động hoặc đang xây.

Bên trong một sợi cáp biển

Cắt ngang một đoạn cáp biển sâu, từ trong ra ngoài thường có:

1. Các sợi quang: thuỷ tinh siêu tinh khiết, mỗi sợi mảnh như sợi tóc, ánh sáng chạy bên trong nhờ phản xạ toàn phần.
2. Ống bảo vệ chứa gel chống nước, giữ sợi quang không bị ẩm và không bị kéo căng.
3. Lớp dây thép chịu lực kéo khi thả cáp và khi cáp nằm trên đáy.
4. Lớp đồng dẫn điện để cấp nguồn cho các bộ khuếch đại dọc tuyến.
5. Vỏ nhựa cách điện và chống nước.

Ở vùng nước nông gần bờ, nơi có neo tàu và lưới cá, cáp được bọc thêm một hoặc hai lớp thép, to hơn hẳn, và thường được chôn xuống lớp bùn đáy. Ở biển sâu hàng nghìn mét, cáp mảnh hơn vì ít bị con người đụng tới.

Bộ khuếch đại giữa lòng biển

Ánh sáng yếu dần khi đi trong sợi thuỷ tinh. Cứ khoảng vài chục đến hơn trăm cây số, cáp có một bộ khuếch đại (repeater) đặt trong vỏ kim loại kín, làm ánh sáng mạnh trở lại. Các bộ này được nuôi bằng dòng điện một chiều điện áp cao chạy dọc lớp đồng, cấp từ trạm trên bờ. Chúng được thiết kế để chạy hàng chục năm không ai sửa.

Từ cáp điện báo đến cáp quang

Nhiều tuyến cáp quang hôm nay vẫn cập bờ gần những điểm mà cáp điện báo thế kỷ 19 từng chọn, vì đó là nơi đáy biển thoải, ít đá ngầm và có sẵn hạ tầng trên bờ.

Việt Nam nối với thế giới qua những tuyến nào

Việt Nam kết nối quốc tế qua một số tuyến cáp biển cập bờ chủ yếu ở Quảng Ninh, Đà Nẵng và Vũng Tàu, cùng các tuyến cáp đất liền qua Trung Quốc, Lào, Campuchia. Những tuyến từng được nhắc nhiều trên báo chí gồm AAG (Asia–America Gateway), APG (Asia Pacific Gateway), IA (Intra-Asia), AAE-1 (Asia–Africa–Europe 1) và SMW3; một số tuyến mới đã và đang được đưa vào khai thác để tăng dự phòng.

Các tuyến cáp đi qua vùng biển phía nam Việt Nam thuộc khu vực đông tàu thuyền và có hoạt động địa chất, nên sự cố xảy ra khá thường xuyên. Đầu năm 2023, báo chí từng đưa tin có lúc cả năm tuyến kể trên cùng gặp sự cố. Khi đó, nhà mạng phải chuyển lưu lượng sang các tuyến còn lại và tuyến đất liền, người dùng thấy truy cập dịch vụ nước ngoài chậm đi rõ.

Cáp hỏng vì đâu, sửa thế nào

Thủ phạm phổ biến nhất không phải cá mập như tin đồn, mà là con người: neo tàu thả nhầm chỗ, lưới đánh cá kéo đáy. Tiếp theo là động đất, sạt lở đáy biển, dòng chảy mạnh. Hỏng do lỗi thiết bị bên trong ít hơn.

Quy trình sửa một sự cố điển hình:

1. Trạm trên bờ đo đạc từ hai đầu để ước vị trí đứt, sai số vài cây số.
2. Tàu sửa cáp chuyên dụng được điều tới. Trong khu vực chỉ có một số ít tàu như vậy, nên có khi phải chờ.
3. Tàu xin phép vùng biển, chờ thời tiết, rồi thả móc kéo cáp lên từ đáy, có khi sâu hàng nghìn mét.
4. Cắt bỏ đoạn hỏng, nối đoạn mới bằng máy hàn sợi quang ngay trên tàu, thử tín hiệu, thả cáp xuống lại.

Cả quá trình có thể mất vài tuần, nên người dùng Việt Nam quen với tin "cáp quang biển gặp sự cố, dự kiến khắc phục sau...".

Ánh sáng chở dữ liệu thế nào

Trong mỗi sợi quang, dữ liệu được mã hoá thành những thay đổi rất nhanh của chùm laser: sáng tối, pha sóng, độ phân cực. Điều làm dung lượng tăng vọt là kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng: thay vì một màu laser, người ta cho hàng chục màu khác nhau chạy chung một sợi, mỗi màu là một kênh riêng. Ở đầu kia, bộ lọc tách các màu ra như lăng kính tách ánh trắng.

Nhờ vậy, khi nhu cầu tăng, nhà khai thác có thể nâng cấp thiết bị ở hai đầu bờ để chở nhiều dữ liệu hơn, trong khi sợi cáp dưới đáy biển vẫn giữ nguyên. Một tuyến cáp đặt hơn mười năm trước có thể chở được nhiều hơn hẳn so với lúc mới khai trương.

Một tuyến cáp biển thường được thiết kế để dùng khoảng hai mươi lăm năm. Hết vòng đời, cáp cũ có thể được ngừng khai thác và để lại dưới đáy, hoặc được trục lên để tận dụng vật liệu. Trong suốt thời gian ấy, phần lớn công việc nâng cấp diễn ra trên bờ, còn dưới đáy biển sợi cáp nằm im, gần như không ai chạm tới trừ khi có sự cố.

Góc nhìn hôm nay

Mỗi khi bạn mở một trang web đặt ở nước ngoài, có khả năng cao dữ liệu đã chạy qua một sợi thuỷ tinh nằm im dưới đáy biển Đông. Vì đường đi dài, dù là ánh sáng cũng cần vài chục đến hơn trăm mili giây cho một lượt đi về. Đó là lý do các dịch vụ lớn đặt máy chủ ngay trong nước: tránh phải đi biển, vừa nhanh hơn vừa không phụ thuộc vào sự cố cáp.

Muốn tự xem các tuyến cáp, bạn có thể mở bản đồ cáp biển trực tuyến của TeleGeography (submarinecablemap.com), phóng to vùng biển Việt Nam và bấm vào từng tuyến để xem điểm cập bờ. Một phép thử nhỏ nữa: khi có tin cáp biển gặp sự cố, chạy lệnh ping tới một trang nước ngoài và một trang trong nước, so hai con số. Bạn sẽ thấy rõ chỗ nào "đi biển", chỗ nào không.