В этой статье мы рассмотрим эволюцию интернет-технологий от ADSL до оптоволоконного интернета, а также принципы, лежащие в основе высоких скоростей передачи данных в оптоволоконном интернете.
Примерно в 1995 году люди подключали модемы к телефонным линиям для доступа в интернет на скоростях, которые по сегодняшним меркам были крайне низкими. Такая схема означала, что нельзя было совершать или принимать телефонные звонки, используя интернет — ситуацию, которую сейчас трудно представить. В 1999 году певец Ю Сын-джун даже представил ADSL в телевизионной рекламе со слоганом: «ISDN работает, но я — ADSL». И ISDN, и ADSL — это методы проводной связи с использованием медных проводов. Позже, с распространением волоконно-оптической связи с использованием оптических кабелей, скорость передачи данных значительно улучшилась — до степени, несравнимой с прошлым.
Хорошо известно, что свет распространяется очень быстро. По сравнению с прежней связью по медным проводам, современная оптоволоконная связь обеспечивает гораздо более высокие скорости передачи. Например, 1 Гбит/с означает, что за секунду может передаваться 1 Гбит данных — скорость, достаточная для загрузки фильма размером около 2 ГБ примерно за 16 секунд. Сегодня даже домашние интернет-провайдеры предлагают скорости в гигабитном диапазоне, в то время как центры обработки данных и магистральные сети используют технологии передачи данных со скоростью от сотен Гбит/с до терабит в секунду. Благодаря высоким скоростям передачи данных в оптоволоконной связи мы можем наслаждаться гораздо более плавной работой интернета. То, что обычно называют «оптоволоконным широкополосным доступом», относится именно к этому методу оптической связи.
Однако, то, что это называется оптической связью, не означает, что на протяжении всего процесса используется только свет. Электричество также играет решающую роль. Представим, что два человека общаются онлайн. Когда сообщение набирается на компьютере А, оно сначала преобразуется в электрический сигнал. Затем этот электрический сигнал преобразуется в световой сигнал с помощью преобразователя электрического сигнала в оптический на передающей стороне и передается в виде света по оптическому кабелю. Затем он преобразуется обратно в электрический сигнал с помощью преобразователя оптического сигнала в электрический на принимающей стороне и отображается в виде текстового сообщения на компьютере В. Даже если А и В находятся в разных странах, сообщение доставляется практически мгновенно, потому что сигнал распространяется по оптическому кабелю с очень высокой скоростью — близкой к скорости света.
Как передаются световые сигналы внутри оптического кабеля? Принцип, лежащий в основе этого, заключается в полном внутреннем отражении, которое происходит из-за разницы показателей преломления. Показатель преломления — это величина, указывающая, насколько медленнее свет распространяется в определенной среде по сравнению с его скоростью в вакууме. Внутри оптического кабеля находится сердечник с высоким показателем преломления, окруженный оболочкой с более низким показателем преломления. Полное внутреннее отражение — это явление, при котором свет полностью отражается на границе раздела, когда он переходит из среды с более высоким показателем преломления в среду с более низким показателем преломления, и угол падения превышает критический угол. Поскольку свет распространяется относительно медленнее в сердечнике и быстрее в оболочке, происходит полное внутреннее отражение; оптические кабели используют этот принцип для передачи световых сигналов, не позволяя им выходить наружу.
Это может вызвать вопрос: даже если весь свет отражается за счет полного внутреннего отражения, разве часть его не поглощается, вызывая ослабление сигнала? Подобно тому, как свет ослабевает с увеличением глубины в океане, интенсивность света в оптическом волокне постепенно уменьшается с увеличением расстояния. Поэтому эффективность оптического волокна оценивается по тому, насколько мало ослабевает сигнал на заданном расстоянии. На заре развития волоконно-оптических технологий сигналы значительно ослабевали уже через несколько сотен метров; однако сегодня коммерциализированы оптические волокна с чрезвычайно низкими потерями, позволяющие эффективно передавать данные на расстояния в десятки километров и более. Кроме того, в системах дальней связи устанавливаются оптические усилители для усиления ослабленных сигналов, обеспечивая стабильную международную связь между континентами и по морскому дну.
В конце 1990-х годов в основном использовались проводные методы связи с применением медных проводов — такие как модемы, ISDN и ADSL. Сегодня оптическая связь с использованием волоконно-оптических кабелей стала основной технологией Интернета, и скорость и стабильность передачи значительно улучшились по сравнению с прошлым. Причина такой высокой производительности оптической связи заключается в том, что сигналы передаются в виде света по оптическим кабелям, а принцип полного внутреннего отражения используется для минимизации потерь сигнала даже на больших расстояниях. Технология оптической связи продолжает развиваться, и ожидается, что в будущем она обеспечит еще более быструю и стабильную среду Интернета.
