The Cables that Connect the World

Marius

連結世界的海底電纜

原文由 Marius 發布,訂閱此部落格

La Línea de la Concepción 東北邊緣,有一片名叫 El Burgo–Torrenueva、長滿矮灌木的地中海海灘,除了一座古老的垛口瞭望塔 La Torre Nueva 外,幾乎什麼也沒有。那是 16 世紀沿海瞭望塔防禦體系的一環,當年用來抵禦 巴巴利海盜的入侵。座標是 36°12′36″N, 5°19′27″W。沿著潮線走,你絕對想不到,就在沙下兩公尺深處,一條光纖纜線正從海裡上岸,化身為網際網路。這是一條線路的起點,它橫越直布羅陀海峽通往非洲海岸的休達,再延伸向兩大洲。你在網路上幾乎所有跨洋的活動,都會經過像這樣的纜線,而在大多數情況下,它們的終點都埋在另一片同樣不起眼的海岸底下。

附註: 休達本身就是個很有意思的地方,最近也受到不少關注,本身就值得另寫一篇。不過長話短說,它是位於北非海岸、與摩洛哥接壤、人口約八萬五千人的西班牙自治市,這意味著歐盟在非洲大陸上極少數的陸地邊界之一,就這樣筆直地穿過一個大多數人甚至無法在地圖上指出的半島。

它自 1668 年起歸屬西班牙王室,在此之前屬於葡萄牙,而摩洛哥似乎從未停止對它的聲索。不過就本文而言,重點在於這個小小的飛地,直到不久前,都還只靠一條老舊的單一線路連接著本土網路。

談到網際網路時,我們總把它講得像空氣一樣。無所不在、無人擁有、理所當然。但現實恰恰相反,因為國際資料(通常)並非透過——比方說——衛星傳輸,儘管多數人可能這麼以為。它是透過大約 150 萬公里、貨真價實(而且有主)的光纖纜線傳送,這些纜線躺在海床上,在少數經過精挑細選的上岸點浮出水面。

這些上岸點通常需要平緩的海床、溫和的海流,以及稀少的海上交通,才能避免船錨和拖網漁船扯斷纜線。合適的地點少之又少,以至於同一片海灘往往會同時成為好幾個海纜系統的共同上岸點。

纜線?什麼纜線?

跟你一開始想像的可能不同,海底纜線並不是你平常用的那種乙太網路線或光纖線。在深海中真正扛起重擔的硬體,大約只有花園水管那麼粗,直徑約 25 公釐,每公里重達約 1.4 噸。真正承載你資料的,是一小束玻璃纖維,每一根都只有人類頭髮那麼細,就位在最中心。

包裹在這些纖維外頭的其他一切,都是為了讓它們在極度惡劣的環境中存活。由內而外,纖維被包在薄銅管或鋁管內的防水凝膠中,外面再依序包上聚碳酸酯、鋁製防水層、提供抗張強度的絞合鋼絲層、聚酯薄膜膠帶,最後是一層聚乙烯外皮。銅是用來供電的,因為整條纜線同時也是一條超長的延長線,這點我們稍後會談到。靠近岸邊、拖網漁船與船錨出沒的地方,整條纜線還會再加上一到兩層鍍鋅鋼鎧裝,使直徑膨脹到 50 公釐以上,重量也增加數倍。也因此,在我們西班牙海灘上岸的那條纜線,是埋在地下兩公尺左右,而不是隨意丟在沙灘上。

整條纜線之所以要貫穿一條銅導體,是因為光——無論玻璃多麼純淨——在傳輸過程中會慢慢衰減,因此每隔 50 到 80 公里,纜線就會被一個稱為中繼器的光放大器截斷,將訊號重新放大後再傳下去。每個中繼器都需要電力,而因為海底的魚群很可惜還沒學會在海床上安裝插座,兩端的岸上站就必須透過那條銅芯,灌入 3,000 到 15,000 伏特的直流電,從兩端同時為整條纜線供電。

除了放大,現代系統還依賴一整套巧妙的技術,讓訊號在數千公里的玻璃中保持清晰,包括用波長分波多工把多種不同顏色的光塞進同一根纖維、用同調偵測把訊號讀回來,以及用前向錯誤更正來修復途中損毀的資料。

因此,長度主要取決於供電與放大能力,而非玻璃本身。較短的跨距完全可以省去中繼器,因此一段無中繼的跨距光靠兩端的放大器,就能輕鬆跑到約 250 公里,這差不多就是本文開頭那條線路的長度。走到另一個極端,單一系統可以橫跨整個大洋,其中最長的,像是環繞其同名大陸的 2Africa 海纜,總長可達數萬公里。

是誰在鋪設纜線?

製造與鋪設這些纜線的,對於一項支撐全球經濟的基礎設施來說,或許有點令人意外,竟然只有極少數幾家公司。全球絕大多數的海底纜線,都是由四家供應商建造與安裝的,分別是美國的 SubCom、法國的 Alcatel Submarine Networks、日本的 NEC,以及中國的 HMN Technologies。它們擁有並營運著專門的海纜鋪設船——那可不是你在港口會認得的那種船,而是為了在甲板下的巨大纜槽中裝載數千公里纜線、以步行般的穩定速度從船尾施放、緩慢橫越海洋而特別打造的船隻。

部署一套新系統是長達數年的工程,早在任何船隻離港之前就已展開。首先得有人——如今越來越常是內容巨頭而非電信公司——認定某條路線值得投資,並籌措資金,無論是單獨出資或由多家業主組成聯盟分攤。接著是海事探勘,由探測船沿著預定路線測繪海床,找出能繞開沉船、海溝和其他人纜線的最平緩、最安全的路徑,再來是許可申請,也就是向纜線哪怕只是輕輕碰觸到的每個司法管轄區取得上岸權與特許的文書作業。就像我們即將在西班牙海灘上看到的那樣,這會產生數量驚人的官僚作業

只有當這一切都塵埃落定後,纜線才會按所需長度製造、裝上船、開始鋪設——在深水區,船隻只是將纜線直接放到海床上,而在靠近岸邊、漁業與船錨威脅最大的地方,則會用海犁將纜線埋入海床沉積物下一至兩公尺。一艘作業中的鋪纜船每天大約可鋪設 100 到 200 公里,因此橫越一個大洋需要數週的海上航程。

一條長約 7,000 公里的跨大西洋系統,造價通常在 2.5 億美元左右,而更長的跨太平洋路線則很容易攀升至 4 億美元,纜線本身每公里要價約 6,000 到 20,000 美元,取決於它承載的光纖對數與鎧裝的厚重程度。別忘了,花費並不會在纜線點亮後就結束,因為海底纜線的設計壽命只有約 20 到 25 年,而且全球海纜每年平均會發生 150 到 200 起故障。絕大多數故障並非由蓄意破壞或鯊魚造成,而是漁具與拖曳的船錨共同導致的。每次斷線都得派出在區域維護協議下全年待命的少數幾艘專用維修船之一,去把纜線從海床上撈起,將斷裂的兩端拉上水面、重新熔接,再放回海底。這是緩慢且受天候牽制、所費不貲的工作。

是誰擁有這些纜線?

利用 TeleGeography海底纜線地圖所提供的資料,我整理了一份海底纜線(共同)擁有者的清單,並依每家公司持有股份的纜線數量排序。完整資料集共有約 473 個不同的擁有者,絕大多數都是你從未聽過、名不見經傳的國家與區域電信業者,與其在此完整傾倒整份名單,不如只列出前一百名最活躍的(共同)擁有者:

(共同)擁有者海纜數量
Google34
Orange29
BT22
Sparkle22
Vodafone20
Meta19
Telekom Malaysia19
Liberty Networks18
Singtel18
Tata Communications18
Telkom Indonesia18
AT&T17
Telefonica17
China Telecom16
Chunghwa Telecom16
NTT15
Telstra15
Telecom Egypt14
XLSmart14
China Mobile13
China Unicom13
GlobalConnect13
Arelion12
EXA Infrastructure12
Verizon12
e&11
KT10
Moratelindo10
Softbank10
Telxius10
Altice Portugal9
center39
KDDI9
National Telecom9
PCCW9
Bharti Airtel8
Globe Telecom8
PLDT8
Telin8
Zain Omantel International8
Djibouti Telecom7
GCI Communication Corp7
Indosat Ooredoo7
Mauritius Telecom7
Microsoft7
Rostelecom7
Colt6
Entidade Administradora da Faixa (EAF)6
Hawaiian Telcom6
Setar6
TDC Group6
TIME dotCom6
Triasmitra6
Viettel Corporation6
Zayo6
Amazon Web Services5
Bayobab5
Camtel5
Cyta5
Dhiraagu5
euNetworks5
FLAG5
Grid Telecom5
Liquid Intelligent Technologies5
Maroc Telecom5
Ooredoo5
OPT5
OPT French Polynesia5
Sri Lanka Telecom5
Telkom South Africa5
América Móvil (Claro)4
Antel Uruguay4
Bell Canada4
Bharat Sanchar Nigam Ltd. (BSNL)4
Bulk Infrastructure4
Lebanese Ministry of Telecommunications4
Libya International Telecommunications Company4
Mobily4
Okinawa Prefecture4
Ooredoo Maldives4
Pakistan Telecommunications Company Ltd.4
Reliance Jio Infocomm4
Starhub4
SUBCO4
Syrian Telecommunications Establishment4
Tampnet4
TeleYemen4
Unified National Networks (UNN)4
VNPT International4
Vocus Communications4
Whidbey Telecom4
Algerie Telecom3
Angola Cables3
Australia’s Academic and Research Network (AARNET)3
Bahamas Telecommunications Company3
Bandwidth and Cloud Services (BCS)3
Bangladesh Submarine Cable Company Limited (BSCCL)3
BW Digital3
Cabo Verde Telecom (CVT)3
CANTV3

附註: 這些數據來自公開的 海底纜線地圖資料,計算時同時包含了已啟用與仍在規劃或建造中的系統(撰寫當下分別為 603 條與 91 條)。owners 欄位是自由填寫的文字,因此少數擁有者會以不只一種拼寫出現,我得手動整理了一下公司名稱。

至少對我而言,最引人注目的,是排在最頂端的那個名字。這套基礎設施的大部分歷史中,擁有者都是電信公司——像是 BTAT&TNTT 這類世界各地的電話公司,鋪設纜線來承載彼此的通話,後來則是承載數據流量。如今,Google 持股的海底纜線數量已超過地球上任何一家傳統電信業者,Meta 緊追在後,MicrosoftAmazon 也正慢慢累積自己的份額。過去十年左右,那些用流量填滿這些纜線的公司,已經決定與其租用管道,不如自己擁有。

數字告訴你的另一件事,是這個長尾有多長。在那 473 個擁有者中,約有 260 個只出現在一條纜線上,超過 340 個——超過七成——最多只出現在兩條上。這些是世界各地的國家電信業者,各自為恰好在其海岸線登陸的少數幾條聯盟纜線買下一小部分,這也是為什麼許多大型國際系統會各自列出十幾個甚至更多的共同擁有者。從這個角度看,網際網路比較不像是一個單一網路,更像是各地營運商的混合體,大家共同出資,共享那幾條橫越海洋、極其昂貴的繩索。

回到西班牙的海灘

要看看纜線實際上岸的地方是什麼樣子,讓我們回到 La Línea 的那片海灘。

在那裡上岸的纜線名叫 Dos Continentes,屬於GTD 這家智利電信集團,是一套相對小型的區域系統,由兩條鎧裝光纖纜線組成,在直布羅陀海峽上迂迴通往非洲海岸的西班牙飛地休達——在這條纜線建成之前,那裡只依賴一條老舊的單一線路。

我去尋找它確切的上岸位置,而紙本紀錄讓人得以一窺這套基礎設施究竟有多隱形。這條纜線在西班牙上岸,但西班牙政府的海岸特許公開地圖上似乎找不到它,因為看起來安達魯西亞的海岸許可已下放給地方政府。上岸點反而出現在一個地方登記系統中,藏在一份以 expediente 編號歸檔的簽署決議裡。那份文件精確標示了纜線進入公共海事領域的位置,網格座標為 X=290,935, Y=4,009,603,就在海灘人孔的臨海側。纜線接著向內陸延伸,按照許可要求掩埋(「地表之上不得有任何外部設施」),通往一個推測是網路節點的地方,流量在那裡被接入 GTD 既有的陸上暗光纖網路,最終傳往 GTD 位於馬德里巴塞隆納畢爾包/索佩拉納塞維亞的資料中心之一。

在出海的途中,它會跨越海床上已有的三條舊纜線,分別是 Europe India GatewayATLASFLAG。如所見(或者說,其實看不見),即便是一片看似空曠的西班牙外海水域,海床下也層層疊著別人的基礎設施。

附註:GTD 提出申請時,La Línea 市議會似乎曾正式反對,要求撤回該計畫。市議會表示,這條纜線正好切過當地主要漁場,「簡直將其一分為二」,威脅到在該水域作業的小型貝類與流刺網漁船,以及棲息在岩礁上的一種受保護帽貝,而該鎮的漁隊早已因與直布羅陀的漁權爭議而備受擠壓。然而,他們遭到駁回,特許仍在附加緩解條件的情況下獲准,初始期限為十五年。

Dos Continentes 海纜(第一段,La Línea–休達南支線),由智利 GTD 集團在西班牙的子公司 GTD Cableado de Redes Inteligentes, S.L.U. 所擁有,總長約 105 公里,自 2020 年起依據 安達魯西亞自治區政府環境品質與氣候變遷總局)簽署的特許決議 expediente CNC02/19/CA/0009(日期為 2020 年 1 月 14 日)開始營運。

決議座標表中的兩個關鍵點為:

地點UTM XUTM Y
人孔/海灘人孔(BMH,位於 servidumbre 區域內)290,9294,009,602
進入 DPMT 處(纜線跨入公共海事領域)290,9354,009,603

附註: 決議正文給出的數值與其表格略有不同,兩者相差約 140 公尺。

為了轉換 UTM 座標,我使用了官方 Instituto Geográfico NacionalIGN)的 大地測量計算器,設定如下:

  • 轉換類型:Transformación de Datum
  • 參考系統:ETRS89
  • 輸入座標:UTM
  • Huso(分帶):30

ETRS89WGS84 在實務上僅相差數公分,因此所得座標(等同 WGS84)可直接貼到任何一般地圖或 GPS 應用程式中使用:

地點緯度/經度(度分秒)十進位地圖連結
海灘人孔 (被埋設的結構,導航至此即可站在該點上)36° 12′ 31.25″ N, 5° 19′ 32.41″ W36.208681, −5.325669Google Maps · OpenStreetMap
DPMT 進入點 (水線交會處,人孔臨海側約 6 公尺處)36° 12′ 31.29″ N, 5° 19′ 32.17″ W36.208692, −5.325603Google Maps · OpenStreetMap

這兩個點都位於 Playa de El Burgo–Torrenueva,在 Punta de Torrenueva 塔旁,處於 La Línea de la Concepción 東北側(Levante/面向地中海)邊緣,緊鄰市界。決議中將路線描述為「非常靠近 Punta de Torre Nueva 現有的塔燈」

然而,如你所見,你什麼也看不到。 :-) 許可要求整個設施必須位於地下(「地表之上不得有任何外部設施:不得有人孔、接續、連接或終端。」),因此你就算精準站在上岸點上,那也只是塔旁沙灘上的一個點,而不是一座建築。我在那裡的那個下午,有二、三十人撐著陽傘散佈在那段沙灘上,大概沒人知道,就在他們腳下某處,承載著整個飛地通往另一個大陸的流量連結,正從海中冒出。

有趣的是,過去十年間變化最大的並非技術本身,而是由誰來買單。一個世紀以來,這些系統由彼此販售頻寬的電信業者建造,這讓網路近似於一個由眾多擁有者共享的公共事業。然而今天,全球最大的海底纜線(共同)擁有者,是一家廣告公司。以它們的立場來看,這或許合情合理,但這是網路治理方式的轉變,而且更重要的是,這似乎幾乎完全在公眾視線之外發生,令人擔憂。

如果你住在海岸附近,很有可能在開車可達的範圍內就有一條這樣的東西上岸,而 TeleGeography 的地圖能帶你找到大致正確的海灣。要從那裡找到確切的那片沙灘,則需要翻閱特許決議、規劃登記、環境報告,有時還得翻找地方報紙的檔案。我花了一個晚上閱讀才將範圍縮小,但如果你對自己所生活的世界——更重要的是,周遭那些隱形的基礎設施——感到好奇,我會推薦你也做做這個練習。

P.S.: 也許我們用錯了詞,應該把它叫做海溝,而不是雲端

本文章由 muse-spark-1.2-contributor 進行翻譯

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