Tweet
[CÁP QUANG]
CÁP QUANG – LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA INTERNET TỐC ĐỘ CAO
Ngày nay, chỉ cần vài giây là chúng ta có thể gửi một bức ảnh sang bên kia thế giới, xem video trực tuyến hoặc gọi điện cho một người cách mình hàng nghìn kilomet.
Nhưng nếu quay ngược thời gian vài nghìn năm, việc gửi một thông điệp đi xa lại là chuyện vô cùng khó khăn.
Khi chưa có điện, chưa có điện thoại và tất nhiên cũng chưa có Internet, quân đội phải truyền mệnh lệnh bằng người đưa tin, tiếng trống, tiếng kèn, cờ hiệu, đuốc lửa hoặc khói. Ban ngày có thể dùng cờ, ban đêm dùng ánh lửa; một số nơi còn sử dụng chim bồ câu để mang thư.
Những phương pháp này khá sáng tạo, nhưng có một điểm yếu rất lớn: chỉ truyền được những thông điệp đơn giản.
Một tiếng trống có thể mang ý nghĩa tiến lên.
Một tiếng kèn có thể báo hiệu rút lui.
Một lá cờ có thể ra lệnh đổi đội hình.
Nhưng nếu cần gửi một nội dung dài và chính xác, người ta vẫn phải nhờ người đưa thư cưỡi ngựa hoặc đi bộ. Thông tin có thể mất hàng giờ, thậm chí nhiều ngày mới đến nơi.
TỪ CỜ HIỆU ĐẾN TÍN HIỆU ĐIỆN
Theo thời gian, con người bắt đầu xây dựng những hệ thống tín hiệu có quy ước rõ ràng hơn.
Trong quân đội và hải quân, các lá cờ được đặt ở những vị trí khác nhau để biểu diễn chữ cái hoặc mệnh lệnh. Tại Mỹ, hệ thống “wigwag” từng sử dụng một lá cờ vào ban ngày và đuốc vào ban đêm để truyền tín hiệu trên chiến trường.
Tuy nhiên, cờ và đèn vẫn phụ thuộc vào tầm nhìn. Nếu trời có sương mù, địa hình bị che khuất hoặc khoảng cách quá xa thì việc truyền tin trở nên khó khăn.
Bước ngoặt lớn xuất hiện khi con người biết sử dụng điện để gửi thông tin qua dây dẫn.
Năm 1844, Samuel Morse và Alfred Vail thực hiện thành công việc truyền thông điệp qua đường điện báo giữa Washington và Baltimore. Thay vì gửi cả giọng nói, điện báo dùng những tín hiệu ngắn và dài, sau này được biết đến rộng rãi dưới tên mã Morse.
Đây là một thay đổi rất lớn.
Lần đầu tiên, thông tin có thể đi nhanh hơn con người, ngựa hoặc tàu thuyền.
Sau điện báo, điện thoại xuất hiện và cho phép giọng nói được chuyển thành tín hiệu điện rồi truyền qua dây đồng.
Trong suốt một thời gian dài, dây đồng trở thành nền tảng của các hệ thống liên lạc. Điện thoại, truyền hình và những mạng máy tính đầu tiên đều dựa nhiều vào tín hiệu điện chạy trong dây.
Nhưng dây đồng cũng có giới hạn.
Khi truyền đi quá xa, tín hiệu sẽ yếu dần. Dây đồng cũng có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ và khó đáp ứng khi lượng dữ liệu cần truyền ngày càng lớn.
Con người cần một phương tiện truyền dẫn mới.
Và một ý tưởng khá đặc biệt xuất hiện:
Thay vì truyền thông tin bằng điện, tại sao không truyền bằng ánh sáng?
Ý TƯỞNG TRUYỀN ÂM THANH BẰNG ÁNH SÁNG
Ý tưởng dùng ánh sáng để truyền thông tin thực ra có từ khá sớm.
Năm 1880, Alexander Graham Bell và Charles Sumner Tainter thử nghiệm một thiết bị gọi là Photophone. Thiết bị này có thể truyền giọng nói bằng một chùm ánh sáng qua không khí.
Có thể xem Photophone như một “cuộc gọi bằng ánh sáng” rất sơ khai.
Ý tưởng rất thú vị, nhưng ánh sáng truyền ngoài không khí dễ bị ảnh hưởng bởi mưa, sương mù, vật cản và hướng của thiết bị. Muốn sử dụng ánh sáng ổn định, con người cần tìm cách giữ nó trong một đường dẫn kín.
Các nhà khoa học nhận ra rằng ánh sáng có thể được dẫn bên trong những sợi thủy tinh.
Tuy nhiên, những sợi thủy tinh đầu tiên làm mất quá nhiều ánh sáng. Tín hiệu chỉ đi được một đoạn ngắn rồi yếu dần, nên chưa thể dùng cho liên lạc đường dài.
BƯỚC NGOẶT TẠO RA CÁP QUANG HIỆN ĐẠI
Trong những năm 1960, nhà khoa học Charles K. Kao chỉ ra rằng vấn đề không nằm ở ý tưởng truyền ánh sáng qua thủy tinh, mà nằm ở việc thủy tinh khi đó chưa đủ tinh khiết.
Ông cho rằng nếu tạo được loại thủy tinh rất sạch, ánh sáng có thể truyền đi xa với mức suy hao thấp hơn nhiều. Công trình này về sau giúp ông nhận một phần Giải Nobel Vật lý năm 2009.
Đến năm 1970, ba nhà nghiên cứu của Corning là Robert Maurer, Peter Schultz và Donald Keck đã tạo ra loại sợi quang có mức suy hao đủ thấp để mở đường cho việc truyền thông tin trên khoảng cách dài.
Từ đây, cáp quang bắt đầu chuyển từ một ý tưởng trong phòng thí nghiệm thành một công nghệ thực tế.
CÁP QUANG HOẠT ĐỘNG RA SAO?
Hiểu đơn giản, cáp quang là loại cáp truyền dữ liệu bằng những xung ánh sáng.
Bên trong sợi quang có một phần lõi rất nhỏ gọi là core. Ánh sáng được giữ và truyền dọc theo phần lõi này nhờ lớp vật liệu bao quanh gọi là cladding.
Ở đầu gửi, thiết bị chuyển tín hiệu điện thành ánh sáng.
Ánh sáng đi qua sợi quang.
Ở đầu nhận, ánh sáng được chuyển trở lại thành tín hiệu điện để máy tính, switch hoặc router có thể xử lý.
Luồng truyền có thể nhớ như sau:
Thiết bị gửi dữ liệu
→ Chuyển tín hiệu điện thành ánh sáng
→ Ánh sáng đi qua sợi quang
→ Chuyển ánh sáng trở lại thành tín hiệu điện
→ Thiết bị nhận dữ liệu
Trên switch và router, thiết bị thực hiện việc chuyển đổi này thường là module quang, chẳng hạn như SFP.
Nói ngắn gọn:
Switch xử lý tín hiệu điện.
Cáp quang truyền tín hiệu ánh sáng.
SFP là cầu nối giữa hai loại tín hiệu đó.
TỪ PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐẾN INTERNET TOÀN CẦU
Khi công nghệ chế tạo sợi quang ngày càng tốt hơn, cáp quang dần được triển khai trong mạng điện thoại, mạng truyền hình, hệ thống nhà mạng, kết nối giữa các thành phố và cáp biển xuyên đại dương.
Ngày nay, cáp quang là một phần quan trọng của Internet hiện đại. Nó xuất hiện trong mạng backbone, data center, hệ thống của các nhà cung cấp dịch vụ và cả đường Internet kéo đến từng hộ gia đình.
Khi chúng ta xem một video, gửi tin nhắn hoặc truy cập website đặt ở một quốc gia khác, dữ liệu có thể đã đi qua hàng trăm hoặc hàng nghìn kilomet cáp quang trước khi đến thiết bị của mình. Ủy ban Nobel từng ví các sợi quang như “hệ tuần hoàn” của xã hội thông tin hiện đại.
SINGLE-MODE VÀ MULTIMODE
Có hai loại cáp quang thường gặp:
Single-mode có phần lõi nhỏ, suy hao thấp và phù hợp với khoảng cách xa. Nó thường được sử dụng trong mạng nhà cung cấp dịch vụ, mạng diện rộng hoặc kết nối giữa các tòa nhà.
Multimode có phần lõi lớn hơn, phù hợp với khoảng cách ngắn hơn như trong một tòa nhà, phòng máy hoặc data center.
Có thể nhớ đơn giản:
Single-mode: đi xa.
Multimode: đi gần hơn.
TỔNG KẾT
Lịch sử cáp quang không bắt đầu ngay từ Internet.
Nó bắt đầu từ nhu cầu rất cơ bản của con người: làm thế nào để gửi thông tin đi xa và nhanh hơn.
Từ người đưa tin, tiếng trống và khói lửa
→ Cờ hiệu và đèn tín hiệu
→ Điện báo
→ Điện thoại qua dây đồng
→ Truyền âm thanh bằng ánh sáng
→ Sợi thủy tinh tinh khiết
→ Cáp quang và Internet hiện đại
Câu dễ nhớ nhất là:
Cáp đồng truyền dữ liệu bằng điện.
Cáp quang truyền dữ liệu bằng ánh sáng.
Một sợi cáp quang nhìn bên ngoài có vẻ rất bình thường, nhưng bên trong nó có thể đang mang theo hàng triệu cuộc trò chuyện, video, hình ảnh và dữ liệu đi khắp thế giới mỗi ngày.
CÁP QUANG – LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA INTERNET TỐC ĐỘ CAO
Ngày nay, chỉ cần vài giây là chúng ta có thể gửi một bức ảnh sang bên kia thế giới, xem video trực tuyến hoặc gọi điện cho một người cách mình hàng nghìn kilomet.
Nhưng nếu quay ngược thời gian vài nghìn năm, việc gửi một thông điệp đi xa lại là chuyện vô cùng khó khăn.
Khi chưa có điện, chưa có điện thoại và tất nhiên cũng chưa có Internet, quân đội phải truyền mệnh lệnh bằng người đưa tin, tiếng trống, tiếng kèn, cờ hiệu, đuốc lửa hoặc khói. Ban ngày có thể dùng cờ, ban đêm dùng ánh lửa; một số nơi còn sử dụng chim bồ câu để mang thư.
Những phương pháp này khá sáng tạo, nhưng có một điểm yếu rất lớn: chỉ truyền được những thông điệp đơn giản.
Một tiếng trống có thể mang ý nghĩa tiến lên.
Một tiếng kèn có thể báo hiệu rút lui.
Một lá cờ có thể ra lệnh đổi đội hình.
Nhưng nếu cần gửi một nội dung dài và chính xác, người ta vẫn phải nhờ người đưa thư cưỡi ngựa hoặc đi bộ. Thông tin có thể mất hàng giờ, thậm chí nhiều ngày mới đến nơi.
TỪ CỜ HIỆU ĐẾN TÍN HIỆU ĐIỆN
Theo thời gian, con người bắt đầu xây dựng những hệ thống tín hiệu có quy ước rõ ràng hơn.
Trong quân đội và hải quân, các lá cờ được đặt ở những vị trí khác nhau để biểu diễn chữ cái hoặc mệnh lệnh. Tại Mỹ, hệ thống “wigwag” từng sử dụng một lá cờ vào ban ngày và đuốc vào ban đêm để truyền tín hiệu trên chiến trường.
Tuy nhiên, cờ và đèn vẫn phụ thuộc vào tầm nhìn. Nếu trời có sương mù, địa hình bị che khuất hoặc khoảng cách quá xa thì việc truyền tin trở nên khó khăn.
Bước ngoặt lớn xuất hiện khi con người biết sử dụng điện để gửi thông tin qua dây dẫn.
Năm 1844, Samuel Morse và Alfred Vail thực hiện thành công việc truyền thông điệp qua đường điện báo giữa Washington và Baltimore. Thay vì gửi cả giọng nói, điện báo dùng những tín hiệu ngắn và dài, sau này được biết đến rộng rãi dưới tên mã Morse.
Đây là một thay đổi rất lớn.
Lần đầu tiên, thông tin có thể đi nhanh hơn con người, ngựa hoặc tàu thuyền.
Sau điện báo, điện thoại xuất hiện và cho phép giọng nói được chuyển thành tín hiệu điện rồi truyền qua dây đồng.
Trong suốt một thời gian dài, dây đồng trở thành nền tảng của các hệ thống liên lạc. Điện thoại, truyền hình và những mạng máy tính đầu tiên đều dựa nhiều vào tín hiệu điện chạy trong dây.
Nhưng dây đồng cũng có giới hạn.
Khi truyền đi quá xa, tín hiệu sẽ yếu dần. Dây đồng cũng có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ và khó đáp ứng khi lượng dữ liệu cần truyền ngày càng lớn.
Con người cần một phương tiện truyền dẫn mới.
Và một ý tưởng khá đặc biệt xuất hiện:
Thay vì truyền thông tin bằng điện, tại sao không truyền bằng ánh sáng?
Ý TƯỞNG TRUYỀN ÂM THANH BẰNG ÁNH SÁNG
Ý tưởng dùng ánh sáng để truyền thông tin thực ra có từ khá sớm.
Năm 1880, Alexander Graham Bell và Charles Sumner Tainter thử nghiệm một thiết bị gọi là Photophone. Thiết bị này có thể truyền giọng nói bằng một chùm ánh sáng qua không khí.
Có thể xem Photophone như một “cuộc gọi bằng ánh sáng” rất sơ khai.
Ý tưởng rất thú vị, nhưng ánh sáng truyền ngoài không khí dễ bị ảnh hưởng bởi mưa, sương mù, vật cản và hướng của thiết bị. Muốn sử dụng ánh sáng ổn định, con người cần tìm cách giữ nó trong một đường dẫn kín.
Các nhà khoa học nhận ra rằng ánh sáng có thể được dẫn bên trong những sợi thủy tinh.
Tuy nhiên, những sợi thủy tinh đầu tiên làm mất quá nhiều ánh sáng. Tín hiệu chỉ đi được một đoạn ngắn rồi yếu dần, nên chưa thể dùng cho liên lạc đường dài.
BƯỚC NGOẶT TẠO RA CÁP QUANG HIỆN ĐẠI
Trong những năm 1960, nhà khoa học Charles K. Kao chỉ ra rằng vấn đề không nằm ở ý tưởng truyền ánh sáng qua thủy tinh, mà nằm ở việc thủy tinh khi đó chưa đủ tinh khiết.
Ông cho rằng nếu tạo được loại thủy tinh rất sạch, ánh sáng có thể truyền đi xa với mức suy hao thấp hơn nhiều. Công trình này về sau giúp ông nhận một phần Giải Nobel Vật lý năm 2009.
Đến năm 1970, ba nhà nghiên cứu của Corning là Robert Maurer, Peter Schultz và Donald Keck đã tạo ra loại sợi quang có mức suy hao đủ thấp để mở đường cho việc truyền thông tin trên khoảng cách dài.
Từ đây, cáp quang bắt đầu chuyển từ một ý tưởng trong phòng thí nghiệm thành một công nghệ thực tế.
CÁP QUANG HOẠT ĐỘNG RA SAO?
Hiểu đơn giản, cáp quang là loại cáp truyền dữ liệu bằng những xung ánh sáng.
Bên trong sợi quang có một phần lõi rất nhỏ gọi là core. Ánh sáng được giữ và truyền dọc theo phần lõi này nhờ lớp vật liệu bao quanh gọi là cladding.
Ở đầu gửi, thiết bị chuyển tín hiệu điện thành ánh sáng.
Ánh sáng đi qua sợi quang.
Ở đầu nhận, ánh sáng được chuyển trở lại thành tín hiệu điện để máy tính, switch hoặc router có thể xử lý.
Luồng truyền có thể nhớ như sau:
Thiết bị gửi dữ liệu
→ Chuyển tín hiệu điện thành ánh sáng
→ Ánh sáng đi qua sợi quang
→ Chuyển ánh sáng trở lại thành tín hiệu điện
→ Thiết bị nhận dữ liệu
Trên switch và router, thiết bị thực hiện việc chuyển đổi này thường là module quang, chẳng hạn như SFP.
Nói ngắn gọn:
Switch xử lý tín hiệu điện.
Cáp quang truyền tín hiệu ánh sáng.
SFP là cầu nối giữa hai loại tín hiệu đó.
TỪ PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐẾN INTERNET TOÀN CẦU
Khi công nghệ chế tạo sợi quang ngày càng tốt hơn, cáp quang dần được triển khai trong mạng điện thoại, mạng truyền hình, hệ thống nhà mạng, kết nối giữa các thành phố và cáp biển xuyên đại dương.
Ngày nay, cáp quang là một phần quan trọng của Internet hiện đại. Nó xuất hiện trong mạng backbone, data center, hệ thống của các nhà cung cấp dịch vụ và cả đường Internet kéo đến từng hộ gia đình.
Khi chúng ta xem một video, gửi tin nhắn hoặc truy cập website đặt ở một quốc gia khác, dữ liệu có thể đã đi qua hàng trăm hoặc hàng nghìn kilomet cáp quang trước khi đến thiết bị của mình. Ủy ban Nobel từng ví các sợi quang như “hệ tuần hoàn” của xã hội thông tin hiện đại.
SINGLE-MODE VÀ MULTIMODE
Có hai loại cáp quang thường gặp:
Single-mode có phần lõi nhỏ, suy hao thấp và phù hợp với khoảng cách xa. Nó thường được sử dụng trong mạng nhà cung cấp dịch vụ, mạng diện rộng hoặc kết nối giữa các tòa nhà.
Multimode có phần lõi lớn hơn, phù hợp với khoảng cách ngắn hơn như trong một tòa nhà, phòng máy hoặc data center.
Có thể nhớ đơn giản:
Single-mode: đi xa.
Multimode: đi gần hơn.
TỔNG KẾT
Lịch sử cáp quang không bắt đầu ngay từ Internet.
Nó bắt đầu từ nhu cầu rất cơ bản của con người: làm thế nào để gửi thông tin đi xa và nhanh hơn.
Từ người đưa tin, tiếng trống và khói lửa
→ Cờ hiệu và đèn tín hiệu
→ Điện báo
→ Điện thoại qua dây đồng
→ Truyền âm thanh bằng ánh sáng
→ Sợi thủy tinh tinh khiết
→ Cáp quang và Internet hiện đại
Câu dễ nhớ nhất là:
Cáp đồng truyền dữ liệu bằng điện.
Cáp quang truyền dữ liệu bằng ánh sáng.
Một sợi cáp quang nhìn bên ngoài có vẻ rất bình thường, nhưng bên trong nó có thể đang mang theo hàng triệu cuộc trò chuyện, video, hình ảnh và dữ liệu đi khắp thế giới mỗi ngày.