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Erich Möchel

Netzpolitik, Datenschutz - und Spaß am Gerät.

7. 8. 2016 - 19:00

150 Jahre Transatlantikkabel

Zum Jubiläum lassen Facebook und Microsoft das erste Kabel über den Atlantik legen, das weder Telekoms noch Carrier, sondern die beiden Internetkonzerne kontrollieren.

Im August haben die Verlegearbeiten für ein neues Glasfaserkabel quer über den Atlantik begonnen. Mit einer Übertragungskapazität von 160 Terabit pro Sekunde ist "Marea" nicht nur das bisher leistungsfähigste Kabel zwischen Europa und den USA, es ist auch das erste Kabel, das nicht von Telekoms oder Carriern kontrolliert wird, sondern von Internetkonzernen. Marea ist nämlich ein Joint Venture von Facebook und Microsoft, der Dritte im Bunde, die spanische Telefonica, ist nur über ihre Tochterfirma Telxius eingebunden, die für die Verlegung und das operative Management von "Marea" zuständig ist.

Die Great Eastern in New York

CC BY-SA 3.0 Wikimedia/Stacy

Vier Dampfmaschinen trieben die Schaufelräder der "Great Eastern" an, die fünfte die Schiffsschraube. Zusammen ergab das 8.000 PS. Dazu kamen sechs Segelmasten.

Diese neue Verbindung wird - Zufall oder nicht - genau 150 Jahre nach der ersten zwischen den beiden Kontinenten verlegt, denn 1866 ging das erste Transatlantikkabel in Betrieb. Während die Verlegung eines Seekabels heute Routine ist und von darauf spezialisierten Schiffen vorgenommen wird, kam 1866 ein umfunktionierter Passagierdampfer zum Einsatz. Die 1854 in Großbritannien gebaute "Great Eastern" war mit 211 Metern Länge damals eines der größten Dampfschiffe überhaupt. Dieses erste, funktionstüchtige Kabel verlief auf der kürzestmöglichen Route zwischen Neufundland und dem Südzipfel Irlands.

Längeres Kabel, beschleunigter Transport

Die neue Hochleistungsverbindung von Facebook und Microsoft von Virginia Beach nach Bilbao ist deshalb ungewöhnlich, weil sie als einzige weiter südlich verläuft als alle anderen Kabel zwischen Europa und den USA. Mit 6.600 Kilometern ist es auch deutlich länger als alle übrigen Verbindungen, das 1866 verlegte Kupferkabel war im Vergleich dazu nur 3.400 Km lang. Die theoretischen Signallaufzeiten sind zwar in Kupfer und Glasfaser annähernd gleich, da sich die Signale annähernd mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, Kupferkabel sind weitaus anfälliger für Störungen und weisen eine höhere Dämpfung auf. Dadurch kommt es zu höheren Fehlerraten, die durch Protokolle zur Fehlerkorrektur zwar korrigiert werden können, die Übertragungsrate wird dadurch aber naturgemäß gebremst.

Transatlantikkabel im Jahr 2016

CC BY SA 3.0 Submarinecablemaps.com

"Marea" ist das grau eingezeichnete, südlichste aller Transatlantikkabel aus den USA nach Europa. Während die übrigen Kabel allesamt viel weiter nördlich terminieren ist hier der Landepunkt in Bilbao, Nordspanien. Damit ist klar, dass "Marea" eine andere Aufgabe als die nördlicher gelegenen Leitungen haben wird, die an West- und Mitteleuropa anbinden

Kampf den Latenzen

Die unvermeidliche Dämpfung des Signals wird durch kleine Verstärker kompensiert, die sich in Abständen von mehreren Dutzend Kilometern im Kabel selbst befinden. Diese Verstärker werden über ein dünnes Kupferrohr, das gleichzeitig zum physischen Schutz der Glasfaserbündel dient, über Strom versorgt. Den sogenannten Nullleiter, also den zweiten Pol, der für den Stromfluss nötig ist, bildet das Salzwasser. Das Kupferrohr wird durch mehrere Isolationsschichten und geflochtene Schutzhüllen gegen das Eindringen von Wasser abgeschirmt. Der Datenstrom wird durch diese optischen Verstärker, die einen äußerst niedrigen Strombedarf haben, kaum gebremst, messbare Verzögerungen treten erst beim Switching in den Datencenters auf. Auch wenn die Switches dort auf derselben optischen Übertragungstechnologie basieren, entstehen Latenzen, die sich mit jeder dieser Umleitungen summieren.

Seekabel Glasfaser

CC BY SA 3.0 Mysid/Wikimedia

Der Mantel des Glasfaserkabels ist aus Polyäthylen, die lilafarbenen Schicht darunter besteht aus Mylar-Band gefolgt von Stahldrähten, einer Schicht Aluminium (4) zum Schutz gegen Wasser sowie Polykarbonat (5). Ein Kupfer- oder Aluminiumrohr dient als Leiter zur Stromversorgung(7) , im Innersten liegen die Glasfaserfaserbündel, die in einen Mantel aus Vaseline eingebettet sind.

Im Kupferkabel von 1866 waren noch keine Verstärker, weil sie noch nicht erfunden waren. Die Signallaufzeiten waren damals nicht das Problem, sondern die Lesbarkeit der äußerst schwachen Signale. Diese ersten Übertragungen waren wie in den Jahrzehnten danach als Morsezeichen codiert. Welches übergeordnete Protokoll für Empfangsbestätigungen oder Ersuchen um Wiederholung dabei zum Einsatz kam, ist nicht überliefert. Das Protokoll dürfte jedenfalls dem Q-Code geähnelt haben, der seit 1909 in verschiedenen Varianten in der zivilen Luftfahrt, auf See, bei Funkamateuren und Militärs im Einsatz ist.

Seekabel von 1866

CC BY SA 3.0 Markus228/Wikimedia

Die Seekabel der damaligen Zeit waren ganz ähnlich wie die aktuell verwendeten in Schichten aufgebaut, wenngleich das verwendete Material archaisch war. Statt Polytäthylen und Mylar kamen kautschukähnliche Materiale wie Guttapercha zum Einsatz.

Archaische Fehlerkorrekturen

Beginnend mit "Q" besteht der einstmals für die britische Marine erstellte Code aus drei Buchstaben, der funktechnische oder geografische Informationen, aber auch Rückfragen zur Fehlerkorrektur und Steuerungsbefehle übermittelt. "QRV" sowie die Kennung der eigenen Station bedeutet zum Beispiel "ich bin empfangsbereit", ohne die eigene Kennung ist es eine Frage an die Gegenstation. "QRO" denotiert nach demselben Muster "ich erhöhe die Sendeleistung" oder stellt eine Aufforderung dazu dar, "QSB" gibt Auskuft über die Stärke des Signalschwunds, "QRN" bezeichnet den Rauschanteil, "QSL" ist die Empfangsbestätigung usw.

Die Maschinerie zur Kabelverlegung an Bord der "Great Eastern"

CC BY-SA 3.0 National Maritime Museum/Wikimedia

Die Maschinerie zur Verlegung des Kabels von 1866 auf dem Meeresgrund war ebenso monströs dimensioniert wie die "Great Eastern" selbst. Wegen seines Tiefgangs von neun Metern und der exorbitanten Länge konnte der Dampfer nur an wenigen, ausgewählten Piers anlegen.

"Point to Point"-Duplex, wie gehabt

Die Metadaten der analogen Kommunikation wurden - und werden bis heute - im Frage- und Antwortschema von den Operators auf beiden Seiten sozusagen manuell ausgetauscht. Aufgrund der starken Dämpfung des Signals war das Kabel extrem verrauscht und starkem Schwund ausgesetzt, samt "Fehlerkorrektur" konnte die Übertragung eines Telegramms im Morsecode mehrere Stunden dauern. Die für damalige Verhältnisse exorbitanten Preise von zehn Dollar pro Wort sorgten dafür, dass nur große Unternehmen und staatliche Organe die transatlantischen Telegrammservices während der ersten Jahrzehnte nutzten. Im digitalen Datenverkehr erledigen diese Aufgabe zwar Maschinen, technisch-strukturell gesehen ist es freilich immer noch dasselbe Duplex-Verfahren wie heute zum Datenaustausch im "Point to Point"-Verkehr.

CC BY SA 3.0 Karl-Heinz Hochhaus/Wikimedia

Der 2008 in China gebaute und in Bremerhaven zum Kabelleger ausgerüstete "Nostag 10" ist mit 92 Metern nur etwa halb so lang wie dereinst die "Great Eastern".

Die Strategie hinter "Marea"

Die Netzwerktochter der spanischen Telefonica Telxius bietet zum Beispiel "Carrier Grade Ethernet" über Glasfaser mit 10 bis 100 Gіgabit an

Im Falle von "Marea" sind diese beiden Punkte Bilbao in Spanien und Virginia Beach. Im selben US-Bundesstaat baut Microsoft seit 2010 eines der größten seiner modularen Datencenter auf, das bisherige Investitionsvolumen in Boydton, VA beläuft sich auf mindestens 850 Millionen Dollar. Facebook ist ebenso in Virginia mit einem großen Datencenter an der Ostküste vertreten, in beiden Fällen fungieren sie als "Slaves" der Datenzentralen an der Westküste der USA, wo beide Konzerne ihren Hauptsitz haben. Diese Center sind daher über nur zwei "Hops" an Bilbao in Spanien angebunden, die Übertragungsprotokolle auf der gesamten, fast 7.000 Kilometer langen Datenstrecke stehen dabei unter der Kontrolle der beiden Internetkonzerne.

Von Bilbao aus ist London nur einen "Hop" entfernt, von dort wickelt Microsoft derzeit schon einen Großteil seines europäischen Datenverkehrs ab. In Bilbao terminiert auch das weltumspannende Glasfasernetz des indischen Carriers Tata. Der Landepunkt in Nordspanien zeigt auch, dass Facebook wie Microsoft wohl auch hier große Datenzentren einrichten werden, um Südeuropa sowie die Wachstumsregionen in Nordafrika und Nahost möglichst frei von Verzögerungen anzubinden. Vor allem in den letztgenannten Regionen, wo vergleichsweise schwach dimensionierte regionale und lokale Netze und entsprechend hohe Latenzen die Regel sind, ist das Bedingung, um Echtzeitdienste ohne Aussetzer bzw. gar Timeouts abzuwickeln.

Leviathan und die Weltkommunikation

Die "Great Eastern" hieß ursprünglich sehr passend "Leviathan", umgetauft wurde sie nach einer Kesselexplosion mit mehreren Toten. Bereits hatte es beim Stapellauf zwei Tote gegeben, erst den von einem Schlaganfall Tags davor dahingerafften, ursprünglichen Eigentümer und Bauleiter des Schiffs, das nach seinem Konkurs längst schon Banken gehörte sowie einen Matrosen, als beim Wassern eine Ankerkette riss. Es folgten Havarien und eine erneute Pleite, weil die Kosten für den Passagierverkehr zwischen den Kontinenten die Einnahmen überstiegen. Erst dann wurde die Great Eastern zu einem Kabelleger umgebaut, der den Anfang des Zeitalters der Weltvernetzung markieren sollte.

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  • arnonymous | vor 354 Tagen, 8 Stunden, 58 Minuten

    hmm

    das mit der lichtgeschwindigkeit...gscheites kupfer leitet ned viel langsamer, auf die distanz sinds ned viel unterschied.

    beim LWL gehts eher um die parallelität der signale, also bandbreite, oder nicht?

    Auf dieses Posting antworten
    • tantejutta | vor 354 Tagen, 2 Stunden, 26 Minuten

      Stimmt natürlich, die betreffende Passage im Text

      wird gleih geändert. Ist etwas sehr verkürzt formuliert und daher missverständlich....

    • meinsda | vor 354 Tagen, 2 Stunden, 20 Minuten

      Nicht Bandbreite direkt

      Der LWL hat den großen Vorteil der Laser wird gedämpft wird und sonst gibt es fast keine Störungen. 20km über LWL sind ohne Verstärker mit 10GB kein Problem und kosten nix. Bei Kupfer aussichtslos..

    • tantejutta | vor 354 Tagen, 1 Stunde, 41 Minuten

      Steht schon in etwa so drin

      tnx an alle für die Fehlerkorrektur ;)

  • dergrossenagus | vor 354 Tagen, 14 Stunden, 39 Minuten

    wer braucht in Satelliten-Zeiten noch

    die Kabeln da untem am Meer???

    Jeder ang´soffene U-Boot-Kapitän kann die aufschlitzen!!!

    Auf dieses Posting antworten
    • schroedingerscat | vor 354 Tagen, 10 Stunden, 4 Minuten

      bisher ists noch ohne aufschlitzen gegangen

      https://en.wikipedia.org/wiki/High-throughput_satellite

      schau dir den projezierten throughput von Satelit in 2020 zu jeztigen Kapazitaeten dieser Kabel an und dir wird das Gschicht verfallen.

      zudem sind sie offensichtlich billiger und ich wuerd mal behaupten (bin aber kein Experte) weniger stoeranfaellig und sicherer.

      das gesagt war ich in Virginia Beach baden vor einigen Jaehrchen und muss zugeben dass ich mich jetzt amuesierte ob die Touristen im Wasser ueber das Kabel stolpern lol

    • arnonymous | vor 354 Tagen, 9 Stunden, 2 Minuten

      vom satelliten runter ist eh lässig, nur der upload ... meistens gar ned ins all, sondern gschissn 56k modem über telefon. echt nur für remote hansln.

    • prom000 | vor 354 Tagen, 6 Stunden, 52 Minuten

      uboote

      können nicht so tief tauchen. bzw. Satelliten sind zu teuer, kann sich nicht mal das US-Militär alle Sats leisten, die sie wollen.

    • schroedingerscat | vor 354 Tagen, 3 Stunden, 22 Minuten

      du sagst es prom000

      eine Zeitlang haben sie ja glaub ich die NASA mehr oder weniger auf "Tauchstation" geschickt weil kein Geld da war.

      ich hab auch gelesen dass da so viel Schrott im Weltraum herumfliegt. vielleicht kreuzen sich ja schon bald die orbits weil zu viel in aehnlichen Bahnen/Hoehen herumschwirrt.

    • meinsda | vor 354 Tagen, 1 Stunde, 52 Minuten

      SAT Transfer war nie ein Thema..

      Geostationäre SAT werden auf einer Umlaufbahn von 35.786 km gehalten. Also gesamt von 70.000km. Da braucht das Signal im Idealfall 0,5s!! Abgesehen von den Störungen. LWL über den Atlantik mit 14.000km doch um einiges kürzer und wesentlich schneller.
      Das Kabel liegt am Boden in Küstennähe für Reparaturzwecke!

    • tantejutta | vor 354 Tagen, 1 Stunde, 26 Minuten

      @meinsda: +1,. Spätestens ab 400 Millisekunden

      ist nix mehr mit Echtzeitkommunikation. @schroedingerscat: Die Faser wurde in Strandnähe mit einem Kabelpflug buchstäblich in den Sand geackert ;)

    • meinsda | vor 354 Tagen, 54 Minuten

      @tantejutta. Ja genau die 400ms waren es. Die Zahl ist mit nimmer eingefallen. Vor 10 Jahren haben sie mit Teststrecken zwischen Wien und NY ohne Verstärker getestet. Geschwindigkeit war noch nicht so optimal funktionierte aber.

  • fargonaut | vor 354 Tagen, 16 Stunden, 25 Minuten

    Schon eine irre Leistung solch kabel zu verlegen oder gar bei beschädigung auszutauschen vorallem bei der leicht zerbrechlichen Glasfaser
    Werden auch teilweise von Kevlar umhüllt weil Haie ganz gern dran knabbern

    Auf dieses Posting antworten
    • tantejutta | vor 354 Tagen, 15 Stunden, 18 Minuten

      Am krassesten ist die Stromversorgung der optischen Verstärkerchen

      Den Atlantik als Nulleiter zu benutzen, das funktioniert offenbar so wie ein offener Kondensator-Sensor im IoT. Krass.

    • schroedingerscat | vor 354 Tagen, 9 Stunden, 48 Minuten

      fargonaut

      ich glaub dass das heutzutage sehr sehr gut durchdacht wird und offensichtlich darf sich ein Hai in den Tiefenlagen durch Stahl beissen wenn er das kann.

      in Landnaehe sind sie noch im Boden offensichtlich.

      https://www.weforum.org/agenda/2015/11/how-can-we-protect-the-internets-undersea-cables/

      man verstehe mich nicht falsch. Moeglichkeiten dass was passiert gibts immer und ueberall.

      Bei Ueberlandleitungen sinds tausend Sachen, na ja, ich nehm mal die Tatsache her dass es bisher ganz gut funktioniert hat was nicht sonderlich wissensgchaftlich ist, gaeb ich zu, aber trotzdem. Es gibt ja ein paar dieser Kaebelchen somit sind Ausweichrouten gegeben ;-)

    • ninjaaporie | vor 354 Tagen, 8 Stunden, 59 Minuten

      jup..und glafaserleitungen sind noch lange nicht am limit(siehe google fiber,die übernehmen nicht das meer sondern die großstädte wies aussieht wird die infrastruktur fürs netz "privat" bleiben https://www.technologyreview.com/s/538411/the-wait-for-google-to-do-it-strategy/)
      trotzdem sind die kabel wohl ein ding wo man in 100 jahren mit nem schmunzeln draufblicken wird

      es muss sich nur eine gruppe von great whites und killerwahlen auf der welt formieren um die kommunikation des planeten lahmzulegen....

      solang diese,wenn auch abstruse und sehr sehr unwahrscheinliche, möglichkeit besteht...ist es einfach weird

      orcas sind echt nicht dumm,formieren sich sehr komplex beim jagen..haha

    • ninjaaporie | vor 354 Tagen, 8 Stunden, 54 Minuten

      oder nihilisten anarchisten und breiviks..
      ..wie oft gab es anschläge aufs kabel.
      es wär ziemlich einfach im grunde den planeten mit "ein paar kabelzerstören" lahmzulegen im zeitalter von ioT
      http://www.wired.com/2015/10/undersea-cable-maps/

    • fargonaut | vor 354 Tagen, 3 Stunden, 57 Minuten

      Ein Gast professor bei den science busters (ein Gast Buster...huhu) meinte das die Zukunft der datenübertragung ohne medium stattfindet
      Und zwar durch raumkrümmung oder Verschränkung

    • meinsda | vor 354 Tagen, 1 Stunde, 50 Minuten

      Zerbrechlich?

      Schon einmal probiert eine LWL Ader abzureißen? Wir haben es ausprobiert, da schneidest du dich vorher in die Hand bevor die kaputt geht. Eine Kupferleitung hatten wir schneller KO!

    • tantejutta | vor 354 Tagen, 1 Stunde, 39 Minuten

      Der Glasfaser muss man halt mit der

      feinen Säge kommen, das funzt

    • meinsda | vor 354 Tagen, 52 Minuten

      @tantejutta: LWL Leitungen hält wirklich mehr aus als man glaubt. Ich glaub bei den Überseekabeln kommst mit einer Uhrmachersäge auch nimmer weit;) Flex ist da wohl eher angesagt ;)

    • ninjaaporie | vor 353 Tagen, 19 Stunden, 5 Minuten

      kupfer ist sowieso kein vergleich.
      da hält kalte butter mehr schubspannungen und torsionsspannungen aus.
      bei den am bau üblichen kupferrohren haut man 2mal mit nem schlegel und hammer rauf und sie sind durch,8€ pro kilo an die zigos verkaufen oder dem polier /baumeister schenken für aufstiegsmöglichkeiten. ajde

      glasfaser hat definitiv mehr zähigkeit und auch festigkeit.stimmt.
      man kann rütteln man kann raufhauen und biegespannung erzeugen ,die elastizität ist dynamisch zurückgehend bzw halbwegs zäh
      aber es is kein titan or woteva

      ein ausrangiertes billiges miniuboot cheken oder einfach ur ne rostige taucherglocke für 200€
      eine unterwasserhydraulik von alibaba bestellen
      den bolzenscheider von der feuerwehr fladern

      fertig
      ziemlich easy zu sabotieren der schitt

    • ninjaaporie | vor 353 Tagen, 19 Stunden, 4 Minuten

      mit dem schlegel und meißl. heast oida eklar

    • ninjaaporie | vor 353 Tagen, 18 Stunden, 58 Minuten

      "normalspannungen und torisionsspannungen"

      oiidaaaa ..ausbeserungsfunktion hat schon sinn unso!