Tắc nghẽn băng thông Internet toàn cầu – Thực trạng và giải pháp

Theo các bạn, hai hình ảnh sau đây có điểm gì chung?

 

 

Cả hai bức ảnh đều thể hiện những sự tắc nghẽn. Một bên ở trong đời sống thực, một bên ở trong đời sống ảo. Có lẽ không ít độc giả Genk đã từng trong hoàn cảnh như sau: Ra đường gặp tắc đường, ở nhà lướt web cũng không xong vì … người hàng xóm dùng chung mạng cắm torrent cả ngày (không biết có download thứ gì mờ ám không). Tắc nghẽn băng thông có thể xảy ra với từng cá nhân; và xét trên tầm vĩ mô, băng thông Internet toàn cầu cũng hoàn toàn có thể gặp phải vấn đề tương tự.

 

Theo số liệu thống kê năm 2011 từ ITU World Telecommunication, khoảng 35% dân số thế giới đã được tiếp cận với mạng Internet, và con số này chắc chắn sẽ còn tăng lên trong tương lai. Ngày càng nhiều người sử dụng, nhiều thiết bị kết nối, nhiều dịch vụ truyền dẫn dữ liệu online, do đó hiện tượng bùng nổ băng thông là không thể tránh khỏi.

 

Tuy nhiên, tồn tại một nghịch lý: Nhu cầu sử dụng băng thông có tốc độ tăng trưởng nhanh hơn đáng kể so với cải tiến về khả năng truyền dẫn. Nghịch lý này dẫn đến hiện tượng “thắt cổ chai” trong băng thông – được minh họa bởi ví dụ ở đầu bài viết. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu thực trạng và giải pháp của vấn đề mang tính chất toàn cầu này.

 

 

Theo báo cáo Visual Networking Index của Cisco, tổng lưu lượng truyền tải của mạng Internet toàn cầu trong năm 2010 là 20.2 exabyte mỗi tháng, tương đương với 242 exabyte mỗi năm. Nên nhớ rằng 1 exabyte tương ứng với 1 tỷ gigabyte hay 1 tỷ tỷ byte!

 

Cũng theo bản báo cáo này, lưu lượng truyền tải toàn cầu đã tăng gấp 8 lần chỉ trong 5 năm (từ 2006 đến 2010), và được dự báo sẽ tăng thêm 4 lần nữa – có thể đạt mức xấp xỉ 1 zettabyte (1 nghìn exabyte) tại thời điểm năm 2015. Con số này tương đương với việc tất cả các bộ phim điện ảnh sản xuất từ trước đến nay được phát qua Internet chỉ trong … 4 phút.

 

 

Sự tăng trưởng này được tổng hợp từ nhiều yếu tố; hai trong số những yếu tố quan trọng nhất chính là truyền tải video và dữ liệu di động. Năm 2010, video chính thức vượt qua phương thức peer-to-peer (ví dụ như torrent, sopcast, …) và trở thành loại hình truyền dẫn dữ liệu phổ biến nhất trên mạng Internet. Đóng góp không nhỏ trong số đó là những trang web chia sẻ video miễn phí, các Web đen, hay thậm chí là những công nghệ mới như hội thảo truyền hình (video conference) trong tương lai.

 

Một số dự báo cho rằng truyền tải video có thể chiếm 50% băng thông Internet toàn cầu ngay trong năm 2012 này. Theo ước tính, cho đến năm 2015, mỗi giây trôi qua sẽ có khoảng 1 triệu phút video được truyền tải trên mạng Internet với tổng lưu lượng tương ứng khoảng 3 tỉ DVD mỗi tháng.

 

 

Với sự bùng nổ của kỉ nguyên di động (smartphone, tablet, …), dữ liệu di động cũng đạt mức tăng trưởng cao nhất trong các loại phương tiện truyền dẫn. Tổng lưu lượng dữ liệu di động được dự báo sẽ tăng gấp gần 30 lần chỉ trong 5 năm - từ 2010 đến 2015 – với mức tăng trưởng trung bình 92%/năm. Báo cáo của Cisco cũng nhận định: Số lượng thiết bị di động sắp sửa vượt qua dân số toàn cầu, và sẽ đạt ngưỡng 10 tỉ đơn vị vào năm 2016. Nhu cầu về băng thông cho các thiết bị này, cũng vì thế mà tiếp tục tăng trưởng mạnh mẽ trong dài hạn.

 

Nhân loại đã, đang và sẽ sử dụng công cụ nào để thỏa mãn nhu cầu băng thông khủng khiếp này? Câu trả lời chính là …

 

 

 

Thời điểm hiện tại và những năm tới chắc chắn sẽ đánh dấu bước nhảy vọt của kỉ nguyên di động - sóng wireless, 3G, 4G LTE, … dần xuất hiện và bao phủ khắp mọi nơi. Nhưng đó chỉ là phần nổi của công nghệ truyền dẫn – phần mà người tiêu dùng cảm nhận được. Để có được tính di động này, cần có những trạm thu phát sóng, các trung tâm máy chủ lớn – tất cả đều là cố định. Mạng Internet toàn cầu cũng vậy, mỗi khi chúng ta lướt web bằng laptop, smartphone hay bất cứ thiết bị nào khác, từng dòng dữ liệu đang được luân chuyển trong những bó cáp quang được chôn sâu trong đất liền và cả dưới biển khơi.

 

 

Trong bối cảnh những đột phá công nghệ như truyền dữ liệu xuyên lục địa qua vệ tinh sẽ còn mất nhiều thời gian để phát triển, cáp quang biển – dù đã ra đời khá lâu – tiếp tục khẳng định vị thế của mình trong một hệ thống Internet không-biên-giới. Hằng ngày những bó cáp quang này vẫn bền bỉ cung cấp những con đường huyết mạch để truyền dẫn dữ liệu giữa các quốc gia, các châu lục với nhau. Hãy cùng theo dõi mức tăng trưởng băng thông khả dụng quốc tế trong biểu đồ sau:

 

 

Từ biểu đồ trên có thể đưa ra hai nhận định. Thứ nhất, băng thông khả dụng quốc tế đã tăng vọt trong một vài năm trở lại đây, và tốc độ tăng trưởng sẽ còn cao hơn nữa trong những năm tới. Theo dự báo, vào năm 2020, dung lượng khả dụng toàn cầu sẽ vào khoảng 1103.3 terabits/giây – gấp 12 lần con số hiện nay. Thứ hai, tồn tại những chênh lệch rất lớn trong băng thông kết nối giữa các khu vực khác nhau. Số liệu năm 2011 cho thấy châu Âu sở hữu băng thông khả dụng lên đến 49.8 terabits/giây, trong khi toàn bộ châu Phi chỉ có … 0.7 gigabits/giây mà thôi.

 

 

 

Trên toàn thế giới, nhiều đường cáp quang biển mới đang được xây dựng và hoàn thiện. Có thể kể đến dự án cáp quang xuyên Bắc Cực trị giá 1.5 tỉ đô la với mục tiêu làm giảm 60 mili-giây độ trễ giữa London và Tokyo; hơn nữa, chúng sẽ hỗ trợ các vùng cận cực như Alaska và Canada, hay cả những trạm nghiên cứu được đặt tại Bắc Cực. Nhiều tuyến cáp quang khác cũng đang được xúc tiến xây dựng tại bờ biển phía tây Châu Phi, Trung Đông, hay tuyến Singapore – Nhật Bản.

 

 

 

Các bó cáp quang biển có tuổi thọ trung bình khoảng 25 năm (trên thực tế, ít có tuyến cáp quang nào đạt đến mức này vì chúng trở nên lỗi thời so với các tiêu chuẩn về tốc độ truyền tải). Như đã đề cập ở phần trên của bài viết, tổng lưu lượng truyền tải phát triển với tốc độ đáng kinh ngạc; vậy phải chăng chúng ta nên bổ sung cáp quang liên tục để đáp ứng nhu cầu đó?

 

Chìa khóa giải quyết vấn đề trên chính là công nghệ tách tín hiệu đồng bộ (Coherent Detection). Hiểu một cách đơn giản nhất, Coherent Detection điều chỉnh các pha (phase) của tín hiệu truyền và tín hiệu thu, qua đó tối đa hóa khả năng giải mã tín hiệu và truyền dẫn. Để áp dụng công nghệ này, các thiết bị cần được đưa lên bờ để hiệu chỉnh, nhưng điều quan trọng là các bó cáp quang cũ có thể tiếp tục được tận dụng với tốc độ cao hơn đáng kể. Lấy ví dụ, các mẫu cáp quang với lưu lượng truyền tải thiết kế là 10 gigabits/giây có thể được nâng cấp lên 40, thậm chí là 100 gigabits/giây. Có thể khẳng định, Coherent Detection là một trong những cải tiến lớn nhất của công nghệ truyền dẫn trong nhiều năm trở lại đây.

 

 

 

Để giải quyết tình trạng tắc nghẽn trong truyền dẫn dữ liệu, một mặt cần nâng cấp cơ sở hạ tầng liên tục; nhưng mặt khác, chúng ta cũng cần sử dụng chúng có hiệu quả hơn. Giải pháp ở đây chính là những phần mềm cải thiện kết nối trong mạng dữ liệu - đại diện tiêu biểu trong số đó chính là OpenFlow. Phần mềm này được sử dụng trong trung tâm dữ liệu của Google hay CERN (Tổ chức Nghiên cứu Nguyên tử Châu Âu).

 

OpenFlow cho phép các luồng dữ liệu từ CERN được luân chuyển hiệu quả hơn thông qua việc tự động phân bổ lại nguồn tài nguyên mạng mà không ảnh hương đến lưu lượng truy cập Internet nói chung. Một số ý kiến nhận định những giải pháp phần mềm như OpenFlow sẽ thay đổi tương lai của Internet, khi các chuyên viên I.T có thể lập trình và tăng hiệu quả sử dụng mạng bằng nhiều cách khác nhau.

 

 

 

Thuật ngữ trên có thể lạ lẫm với nhiều người, nhưng Internet2 là một mạng thông tin siêu tốc kết nối hàng trăm trường đại học, cơ quan Chính phủ, phòng thí nghiệm và các mạng giáo dục khác tại Mĩ từ năm 1998. Mục tiêu của Internet2 là phát triển các công nghệ khác nhau để áp dụng cho cơ sở hạ tầng Internet hiện thời một khi mạng này thực sự trở nên quá tải. Hiện nay, trên phạm vi toàn cầu, Internet2 là mạng truyền dẫn xuyên lục địa đầu tiên đạt tốc độ 100 Gigabits/giây.

 

Về chất lượng, sự khác biệt giữa Internet và Internet2 có thể so sánh như một chiếc ti vi với ăng-ten thông thường và truyền hình cáp. Chi phí để kết nối và duy trì Internet2 cũng vượt xa Internet nhiều lần. Trung bình, một trường đại học bình thường của Mỹ cần phải chi khoảng nửa triệu USD nâng cấp hệ thống máy tính nội bộ để nối mạng Internet2. Ngoài ra, chi phí sử dụng Internet 2 hằng năm của mỗi trường đại học có thể lên tới 27.000 USD/năm, chưa kể 20.000 USD phí kết nối.

 

Dù tốn kém, nhưng mô hình Internet2 và những thành tựu mà nó đạt được không phải là một ý tưởng tồi trong trường hợp mạng Internet toàn cầu chưa đạt được tốc độ tốt nhất, và phải đối mặt với tình trạng quá tải thường trực như hiện nay.

 

 

Một câu hỏi được đặt ra: Liệu những cải tiến công nghệ trên có giúp mạng Internet toàn cầu vượt qua nguy cơ tắc nghẽn?

 

Hiện tại, các hệ thống cáp quang biển 10 Gigabits/giây đang được sử dụng rộng rãi, và các công nghệ để nâng cấp các hệ thống này lên 40 hay 100 Gigabits/giây cũng đã sẵn sàng. Cùng với những nỗ lực trong việc xây dựng thêm cơ sở hạ tầng và tối ưu hóa sử dụng đường truyền, có thể khẳng định: Trong tương lai gần, tắc nghẽn băng thông Internet toàn cầu chưa phải là vấn đề đáng lo ngại.

 

Tuy nhiên, về lâu dài, nhu cầu băng thông tăng theo cấp số nhân; và đến khi các đường cáp quang phải gánh trong mình hàng trăm gigabits/giây, thậm chí terabits, những giới hạn vật lý sẽ xuất hiện. Đó là lúc thế giới công nghệ sẽ lại chuyển động và mang đến những đột phá mới, hãy tin là như vậy…