In diesem Blogbeitrag werden wir die Entwicklung der Internettechnologie von ADSL bis hin zum Glasfaserinternet und die Prinzipien hinter den hohen Übertragungsgeschwindigkeiten des Glasfaserinternets untersuchen.
Um 1995 schlossen die Leute Modems an Telefonleitungen an, um mit für heutige Verhältnisse extrem langsamen Geschwindigkeiten ins Internet zu gelangen. Man konnte während der Internetnutzung weder telefonieren noch Anrufe entgegennehmen – heute kaum vorstellbar. 1999 bewarb der Sänger Yoo Seung-jun ADSL sogar in einem Fernsehspot mit dem Slogan: „ISDN funktioniert, aber ich bin ADSL.“ Sowohl ISDN als auch ADSL sind kabelgebundene Kommunikationsmethoden, die Kupferleitungen nutzen. Später, mit der Verbreitung von Glasfaser über optische Kabel, verbesserten sich die Datenübertragungsgeschwindigkeiten dramatisch – in einem Ausmaß, das mit den früheren nicht mehr vergleichbar ist.
Es ist bekannt, dass sich Licht sehr schnell ausbreitet. Im Vergleich zur kupferdrahtbasierten Kommunikation von früher bietet die heutige Glasfaserkommunikation deutlich höhere Übertragungsgeschwindigkeiten. Beispielsweise bedeutet 1 Gbit/s, dass 1 Gbit Daten pro Sekunde übertragen werden können – eine Geschwindigkeit, die ausreicht, um einen etwa 2 GB großen Film in rund 16 Sekunden herunterzuladen. Heutzutage bieten selbst Internetanschlüsse für Privathaushalte Geschwindigkeiten im Gigabit-Bereich, während Rechenzentren und Backbone-Netzwerke Übertragungstechnologien mit Geschwindigkeiten von Hunderten von Gbit/s bis hin zu Terabit pro Sekunde nutzen. Dank der hohen Übertragungsgeschwindigkeiten der Glasfaserkommunikation genießen wir ein deutlich flüssigeres Interneterlebnis. Was gemeinhin als „Glasfaser-Breitband“ bezeichnet wird, meint genau diese optische Kommunikationsmethode.
Nur weil es optische Kommunikation heißt, bedeutet das nicht, dass im gesamten Prozess ausschließlich Licht verwendet wird. Elektrizität spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle. Stellen wir uns zwei Personen vor, die online chatten. Wenn auf Computer A eine Nachricht eingegeben wird, wird diese zunächst in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses elektrische Signal wird dann am Sender mithilfe eines optisch-elektrischen Wandlers in ein Lichtsignal umgewandelt und als Licht über das Glasfaserkabel übertragen. Am Empfänger wird es dann durch den optisch-elektrischen Wandler wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt und auf Computer B als Textnachricht angezeigt. Selbst wenn sich A und B in verschiedenen Ländern befinden, wird die Nachricht nahezu verzögerungsfrei zugestellt, da sich das Signal mit sehr hoher Geschwindigkeit – nahe der Lichtgeschwindigkeit – über das Glasfaserkabel ausbreitet.
Wie werden Lichtsignale in einem Glasfaserkabel übertragen? Das zugrundeliegende Prinzip beruht auf der Totalreflexion, die durch Unterschiede im Brechungsindex entsteht. Der Brechungsindex gibt an, wie viel langsamer sich Licht in einem bestimmten Medium im Vergleich zum Vakuum ausbreitet. In einem Glasfaserkabel befindet sich ein Kern mit hohem Brechungsindex, der von einem Mantel mit niedrigerem Brechungsindex umgeben ist. Bei der Totalreflexion wird Licht an der Grenzfläche zwischen den beiden Medien vollständig reflektiert, wenn der Einfallswinkel den Grenzwinkel überschreitet. Da sich Licht im Kern langsamer und im Mantel schneller ausbreitet, kommt es zur Totalreflexion. Glasfaserkabel nutzen dieses Prinzip, um Lichtsignale zu übertragen und deren Austritt nach außen zu verhindern.
Dies wirft eine Frage auf: Selbst wenn das gesamte Licht durch Totalreflexion reflektiert wird, wird nicht ein Teil davon absorbiert, was zu einer Signalabschwächung führt? So wie Licht mit zunehmender Meerestiefe schwächer wird, nimmt auch die Lichtintensität in einer Glasfaser mit zunehmender Entfernung allmählich ab. Die Leistungsfähigkeit einer Glasfaser wird daher anhand der Signaldämpfung über eine bestimmte Distanz bewertet. In den Anfängen der Glasfasertechnologie schwächten sich Signale bereits nach wenigen hundert Metern deutlich ab; heute sind jedoch Glasfasern mit extrem geringen Verlusten kommerziell erhältlich, die eine effiziente Übertragung über Entfernungen von mehreren zehn Kilometern ermöglichen. Darüber hinaus werden in der Fernkommunikation optische Verstärker eingesetzt, um geschwächte Signale zu verstärken und so eine stabile internationale Kommunikation über Kontinente und den Meeresboden hinweg zu gewährleisten.
Ende der 1990er-Jahre wurden hauptsächlich elektrische, kabelgebundene Kommunikationsmethoden mit Kupferleitungen – wie Modems, ISDN und ADSL – eingesetzt. Heute ist die optische Kommunikation über Glasfaserkabel die Kerntechnologie des Internets, und sowohl Übertragungsgeschwindigkeit als auch Stabilität haben sich im Vergleich zu früher deutlich verbessert. Die hohe Leistungsfähigkeit der optischen Kommunikation beruht darauf, dass Signale in Form von Licht durch optische Kabel übertragen werden und das Prinzip der Totalreflexion genutzt wird, um Signalverluste selbst über große Entfernungen zu minimieren. Die optische Kommunikationstechnologie entwickelt sich stetig weiter und wird voraussichtlich in Zukunft ein noch schnelleres und stabileres Internetumfeld ermöglichen.
