Internet kiihdyttää avaruuden kautta

50 vuotta internetin keksimisen jälkeen maailmanverkko laajenee avaruuteen. Sieltä data siirtyy matkaan paljon aiempaa nopeammin, ja Maassakin netin nopeus kaksinkertaistuu. Internet saadaan ulottumaan myös maapallon kaukaisimpaankin kolkkaan.

Lokakuun 29. päivänä 1969 kello 22.30 yhdysvaltalainen tutkija Leonard Kleinrock kirjoitti lokikirjaansa: ”Talked to SRI. Host to Host.”

Hän oli siis onnistunut lähettämään viestin tietokoneesta toiseen. Kyseessä oli ensimmäinen viesti, joka kulki yhteen liitettyjen tietokoneiden verkossa, ARPANETissä. Siitä kehittyi sittemmin internet, joka nyt täyttää 50 vuotta.

Puolessa vuosisadassa internetin kaapeli- ja reititinverkko on levittäytynyt koko maapallolle. Nyt tietoverkko aiotaan viedä avaruuteen. Avaruustekniikkayhtiö SpaceX lähetti viime keväänä 60 satelliittia radalle, joka kiertää Maata 400 kilometrin korkeudessa.

Yhdessä tuhansien vastaavien satelliittien kanssa ne muodostavat internetin tukiasemaverkon, jossa tieto kulkee niin ripeästi kuin se luonnonlakien mukaan ylipäätään on mahdollista.

Samalla tähyillään jo pidemmälle. Internet aiotaan viedä Kuuhun, ja pitkän aikavälin tavoitteena on ulottaa tietoverkko Aurinkokuntaan niin, että nettiin päästään myös avaruuslennoilla ja Marsin tukikohdissa.

On paljon nopeampaa lähettää dataa lasersatelliiteilla kuin kaapeleilla, kuten nykyisin. Näin toteaa professori Mark Handley animaatiossa, joka esittelee tulevaa Starlink-satelliittijärjestelmää.

Tieto kulkee sähkönä ja aaltoina

Langaton internetyhteys on nykyään itsestäänselvyys, mutta internet ei toimi ilman fyysisiä yhteyksiä. Sen perustana ovat miljoonat reititinlaitteet ja niitä yhdistävät miljoonien kilometrien pituiset kaapelit.

Kaapelit muodostavat ikään kuin tiedon tieverkon, jonka risteyksissä reitittimet ohjaavat tiedostojen kulkua käyttäjien ja palvelintietokoneiden välillä. Tietokoneissa tietopaketit koostuvat ykkösten ja nollien jaksoista. Esimerkiksi 01100001 tarkoittaa a-kirjainta.

Fyysisesti ykkönen vastaa tilannetta, jossa virtapiiri on kytketty, ja nolla puolestaan tilannetta, jossa virtapiiri on poikki. Ykkösten ja nollien jaksot voidaan muuntaa muihin muotoihin, kuten radioaalloiksi. Niissä avointa ja suljettua virtapiiriä vastaavat erilaiset aaltojen taajuuden ja korkeuden vaihtelut.

Langaton yhteys kotitietokoneen ja kodin laajakaistan tai muun internetliittymän päätelaitteen eli reitittimen välillä toimii nimenomaan radioaalloilla. Reitittimen tehtävänä on muuttaa radioaallot sähköiseksi signaaliksi, jos tietoliikennekaapeli on kuparia, tai valosykäyksiksi, jos kaapelissa on optisia kuituja.

Kaapeleita pitkin tieto kulkee internetyhteyden tarjoajan palvelimelle, josta se jatkaa matkaa isommille tiedon valtaväylille, missä yhä tehokkaammat reitittimet ohjaavat sen kulkua.

Reititin lukee käyttäjältä tulleen tietopaketin osoitteen ja päättää, mitä reittiä pitkin paketti lähetetään. Reitittimissä on niin sanottu reititys­taulu, joka näyttää, mille reitittimelle tieto pitää lähettää seuraavaksi.

Näin paketti ohjataan vaihe vaiheelta sille palvelimelle, jossa halutut tiedostot sijaitsevat.

Datapaketti lähtee matkaan

Kun näpyttelet verkko-osoitteen, esimerkiksi www.youtube.com, tietokoneeltasi tai puhelimestasi lähtee datapaketti, jossa on lähettäjä, vastaanottaja ja viesti "hae Youtube". Tiedot muuttuvat ykkösiksi ja nolliksi, jotka kulkevat datakaapeleita tai puhelinverkkoa pitkin internetyhteyden tarjoajalle.

Jättireititin etsii osoitteen

Internetyhteyden tarjoaja etsii sen palvelimen IP-osoitteen, jossa etsityt tiedostot sijaitsevat. IP-osoite vastaa kadunnimeä ja talonnumeroa. Osoitteita välittävät reitittimet, joiden kapasiteetti on monta petatavua sekunnissa. Se vastaa viidentuhannen kaksituntisen HD-videon siirtämistä sekunnissa.

Laser kulkee merikaapeleissa

Datapaketti muutetaan valosykäyksiksi, jotka kulkevat kymmenientuhansien kilometrien pituisissa valokaapeleissa. Valosykäykset tuotetaan lasereilla. Valokaapelit koostuvat lasikuiduista. Lasi hidastaa valoa sen verran, että sen nopeus on ”vain” kaksi kolmasosaa valonnopeudesta eli 720 000 000 km/h.

Ydinpommin kestävä datakeskus lähettää tiedot

Datapaketti saapuu palvelinkeskukseen, joka lähettää etsityt tiedot tietokoneellesi tai puhelimeesi. Osa palvelinkeskuksista, kuten niin sanottu Swiss Fort Knox Sveitsissä, on rakennettu kestämään terrori-iskut tai jopa ydinpommin räjähdys.

Vuori suojaa ydinaseiskulta

Valvomon henkilökunta seuraa, että palvelimet toimivat niin kuin pitää. Vuorten kivimassa suojaa keskusta esimerkiksi aurinkomyrskyjen sähkömagneettisilta purkauksilta ja vaikka ydinaseiskuilta.

Kaasu sammuttaa tulipalon

Palvelintietokoneet ovat suojassa räjähdyksenkestävien ovien takana. Kävijöiden henkilöllisyys varmistetaan kasvotunnistuksella. Tulipalon varalta saleissa on sammuttimet, jotka tukahduttavat tulen inerttikaasulla.

Pohjavesi jäähdyttää palvelimia

Vuoren alla olevasta pohjavesiesiintymästä pumpataan kylmää vettä jäähdyttämään palvelintietokoneita. Palvelinsalien lämpötila pyritään pitämään noin 20-asteisena.

Ylipaine torjuu kaasuhyökkäykset

Keskuksen sisällä on suurempi ilmanpaine kuin sen ulkopuolella. Ylipaine estää esimerkiksi myrkkykaasujen johtamisen keskukseen ilmanvaihtokanavien kautta. Sisääntuloilma puhdistetaan mikrosuodattimilla.

Varalla akut ja generaattorit

Jos sähkönsaanti yleisestä siirtoverkosta katkeaa, akuista riittää sähköä 24 tunniksi. Jos katko kestää kauemmin, käynnistetään dieselgeneraattorit. Niillä selviydytään monta viikkoa.

Netin selkäranka on merissä

Kaikki internetkaapelit eivät ole tasavertaisia. Internetin selkärangaksi kutsutaan merenpohjassa kulkevia pääkaapeleita, jotka koostuvat optisista kuiduista.

Optisten kaapelien lasikuidut ovat hiusta ohuempia, ja datapaketit kulkevat niissä valona. Optiset kaapelit on suojattu teräsvaijereilla ja muovieristeillä, jotka turvaavat tiedonkulun, vaikka esimerkiksi hai sattuisi puraisemaan kaapelia.

Ensimmäinen optinen kaapeli Atlantin poikki vedettiin 1988. Uusin mannertenvälinen merikaapeli asennetaan tämän vuoden lopulla Los Angelesin ja Hongkongin välille.

Sen nimi on PLCN eli Pacific Light Cable Network (Tyynenmeren valokaapeli), ja sillä on pituutta 12 800 kilometriä. Siinä voidaan periaatteessa välittää 80 miljoonaa samanaikaista HD-tasoista videokonferenssia.

Kun PLCN valmistuu, maailmassa on lähes 400 suurta mannertenvälistä merikaapelia.

Tieto kulkee valonnopeudella

Internetkaapelit ulottuvat suurimpaan osaan maapalloa, mutta moni paikka on silti yhä vailla nettiyhteyttä. Fyysiset kaapelit myös hidastavat tiedon kulkua, sillä lasi­kuiduissa valo ei pysty etenemään täydellä valonnopeudella.

Avaruudessa taas valo etenee esteettömästi satelliitista toiseen, ja matka Maan päällä olevaan antenniinkin sujuu ripeästi.

Valo kulkee tyhjiössä, kuten avaruudessa, 1 080 000 000 kilometriä tunnissa. Se on 360 000 000 kilometriä tunnissa enemmän kuin enimmäisnopeus optisten kaapelien lasikuiduissa.

Valonnopeus on maailmankaikkeuden huippunopeus, ja periaatteessa tietoa voidaan siirtää juuri niin ripeästi. SpaceX:n suunnitelmissa on lähettää Maata kiertämään yli 10 000 satellittia, jotka siirtävät tietoa valonnopeudella.

Satelliitit muodostavat paljon nykyisiä tietoliikennesatelliitteja tiheämmän verkoston, ja siinä on useimmiten mahdollista löytää tiedolle suorempi reitti kuin maanpäällisissä pinnanmuotoja väistelevissä kaapeleissa.

Tiedonsiirrossa keskeisiä mittoja ovat kaistanleveys ja latenssi eli viive. Kaistanleveys tarkoittaa sitä, miten monta bittiä lähetetään yhtä aikaa, ja viive sitä, miten nopeasti bitti kulkee lähettäjältä vastaanottajalle.

SpaceX lupaa satelliiteillaan Lontoon ja Singaporen välille 90 millisekunnin viiveen. Se on puolet lyhyempi kuin nykyinternetissä. Sekunnin tuhannesosien ero viiveessä voi olla rahanarvoista pörssikaupassa, mutta se voi olla ratkaisevaa myös etäkirurgiassa, jossa nopea tiedonsiirto voi pelastaa ihmishenkiä.

Lasersatelliitit tuplaavat datan nopeuden

Yhdysvaltalainen avaruustekniikkayhtiö SpaceX kaavailee lähettävänsä tuhansia satelliitteja Maata kiertävälle radalle 300–1 300 kilometrin korkeuteen. Satelliittien on määrä muodostaa tukiasemaverkko, joka vastaanottaa dataa Maasta ja välittää sitä lasersädesykäyksinä. Lasersäteinä data voi kulkea avaruuden tyhjiössä valonnopeudella, jolloin bitit kulkevat kaksi kertaa niin nopeasti kuin kaapeleissa Maan päällä.

Tieto siirtyy radioaaltoina

San Franciscossa oleva antenni muuttaa tietoverkon datan radioaalloiksi ja lähettää sen satelliittiin, joka muuntaa sen lasersädesykäyksiksi ja välittää seuraavaan satelliittiin. Kukin sykäys sisältää pienen osan datasta.

Tieto kulkee lasersäteinä

Kukin satelliitti on yhteydessä neljään muuhun: yhteen edellä, yhteen takana ja yhteen molemmilla rinnakkaisilla naapuriradoilla. Yhteydet naapureihin kulkevat vinossa, jotta tiedonsiirto on nopeampaa.

Algoritmi laskee nopeimman reitin

Satelliittien algoritmi laskee lasersykäyksille uuden radan monta kertaa sekunnissa, jotta tieto kulkee mahdollisimman nopeasti. Näin tieto kulkee San Franciscosta Lontooseen 46:ssa sekunnin tuhannesosassa.

Nokia tähtää Kuuhun

Kuuhun internet saapuu suunnitelmien mukaan vielä tänä vuonna. Nokia ja brittiläinen teleoperaattori Vodafone suunnittelevat 4G-tukiasemia Kuuhun. Niillä on tarkoitus välittää HD-videokuvaa Kuun pintaa tutkivista luotaimista.

Nasa taas kehittää tekniikkaa nimeltä DTN eli Delay/Disruption Tolerant Networking (viive- ja keskeytyssietoinen verkko). Siinä yhteys Maasta avaruusalukseen ei kulje suoraan antennista antenniin, vaan signaali kulkee reitittimien kautta.

Reitittiminä toimivat muut avaruusalukset, luotaimet, satelliitit ja mahdolliset avaruusasemat ja -tukikohdat. Jos yhteys jossakin kohtaa olosuhteiden pakosta katkeaa, signaali jatkaa matkaa, kun yhteys taas syntyy.

Jos DTN saadaan toimimaan, tulevan Mars-tukikohdan asukkaat voivat surfailla samassa internetissä kuin mekin.

Lue myös:

Bensiinipumppu
Teknologia

Näin bensiinipumppu tietää, että tankki on täynnä

1 minuuttia
Tietokoneet

Tutkijat tallensivat ensi kertaa valoa äänenä

1 minuuttia
Tietokoneet

Uusi maailmanennätys: 232,5 kilometriä pitkä alkuluku

1 minuuttia

Kirjaudu sisään

Virhe: Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
NäytäPiilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!