Wie wurde das Internet zu dem, was es heute ist?
Keine Technologie hat die Welt jemals so erobert wie das Internet. Es begann mit einigen wenigen vernetzten Computern in einigen Forschungszentren und ist mittlerweile aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken, da heute praktisch alle Computersysteme direkt oder indirekt mit ihm verbunden sind. Selbst unser aller Leben hat sich nach und nach an die Technologie und die Vorteile des Internets angepasst – Telearbeit wird immer beliebter, Videoanrufe erlauben, über Kontinente hinweg mit Freunden und Angehörigen in Verbindung zu bleiben, und intelligente Fabriken können ihre gesamten industriellen Prozesse von Ingenieuren irgendwo auf der Welt überwachen lassen.
Obwohl das Internet für unser Leben völlig unverzichtbar ist, können wir uns seine Reichweite und Ausmaße nicht einmal ansatzweise vorstellen. Manche Quellen sprechen von etwa 2,25 Milliarden indizierten Seiten, dazu kommen allerdings noch die Seiten, die nicht indiziert sind. Gleichzeitig schätzt man, dass etwa 5 Milliarden Menschen in aller Welt das Internet nutzen. Täglich werden etwa 376 Millionen E-Mails mit einem Gesamtdatenvolumen von etwa 175 Zettabyte (etwa 175 Billionen Gigabyte) gesendet.
Außerordentlich wichtig ist jedoch die Tatsache, dass unser Leben immer stärker auf Software angewiesen ist und dass immer mehr Software in die Cloud verlagert wird. Im Zuge des weltweiten Trends zu cloudbasierten Lösungen wird die Hardware, auf der diese Lösungen ausgeführt werden, durch den plattformübergreifenden Charakter von Internetressourcen immer unwichtiger (für moderne Entwickler zählt nur noch, dass die Nutzer Zugang zu einem modernen Browser haben).
Wird das Internet irgendwann einmal überlastet sein?
Es ist klar, dass das Internet mit seinen Tausenden von Rechenzentren, Millionen Kilometern Kommunikationskabeln und den ausgeklügelten Softwarelösungen, die all das zusammenhalten, das größte Infrastrukturprojekt der Menschheit ist. Während den meisten Internetnutzern die Technik dahinter verborgen bleibt, gibt es auch solche, die sich darum kümmern müssen, das Ganze in Gang zu halten und gegebenenfalls Änderungen vorzunehmen.
Leider ist es so, dass im Zuge des Übergangs von immer mehr Softwareservices in die Cloud und der gesteigerten Nutzung des Internets Internetserviceanbieter (ISPs) immer mehr Kabel verlegen, neue Exchanges einrichten und mehr Server installieren müssen, um den stetig wachsenden Datenverkehr bewältigen zu können. Diese Aktivitäten sind aufgrund der Kosten für Kabel, Arbeitskraft und Genehmigungen zur Installation in oder über der Erde außerordentlich teuer. Gleichzeitig führt das Tempo der technischen Entwicklung dazu, dass ältere Kabeltechnologien sehr schnell unzureichend werden. So wurde das 10-Mbit/Sek.-Ethernet schnell durch Lösungen mit 100 Mbit/Sek. und 1 Gbit/Sek. ersetzt, und wer noch Ethernet-Kabel nutzte, musste den Großteil seiner Infrastruktur aktualisieren, wenn er auf schnellere Technologien (10-Mbit/Sek.-Kabel können 1 Gbit/Sek. gewöhnlich nicht bewältigen) umstieg.
Dazu kommt noch, dass das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) in den letzten zehn Jahren eine explosive Entwicklung nahm. Obwohl die meisten IoT-Geräte nur sehr kleine Datenmengen senden, belastet die Kombination von Milliarden und Abermilliarden von Geräten die verfügbare Bandbreite in erheblichem Maße. Neue Branchen, die sich auf IoT-Technologien stützen (wie etwa Smart Spaces) verbrauchen ebenfalls schnell Internetbandbreite, weshalb Ingenieure entweder neue Technologien in vorhandene Geräte integrieren oder die vorhandenen Infrastrukturen modernisieren müssen, um damit umgehen zu können. Tatsächlich ist es absehbar, dass eine „intelligente Stadt“ Hunderttausende von Datenpunkten live per Streaming überträgt, was eine enorme Menge an Daten ist.
Die derzeit genutzten Netzwerktechnologien haben ihre individuellen Vor- und Nachteile, weshalb die meisten Netzwerke verschiedene Technologien gleichzeitig nutzen, um das jeweils Beste jedes Konzepts nutzen zu können. So sind etwa LANs mit Ethernet-Kabel hervorragend für die Bereitstellung von Datenzugriff mit hoher Geschwindigkeit geeignet. Ihre Kabelgebundenheit erschwert jedoch die Installation, schränkt die Einsatzorte ein und immer größere LAN-Geschwindigkeiten können dazu führen, dass ältere Kabel schnell ausgetauscht werden müssen.
WLAN ist hervorragend für Internet mit drahtlosen Verbindungen geeignet und die weite Verbreitung von Wi-Fi und Bluetooth eröffnet Ingenieuren zahllose Optionen. Andererseits ist die Zahl der Geräte, die gleichzeitig unterstützt werden können, dabei gewöhnlich begrenzt und die Verwendung nichtdirektionaler Antennen kann Netzwerke in der Umgebung stören.
Mobilfunknetzwerke sind hervorragend für große, offene Räume geeignet, da sie dafür entwickelt wurden, Tausende von Mobilgeräten gleichzeitig in Verbindung zu halten. Dazu kommt, dass jüngste Verbesserungen der Mobilfunktechnologie jetzt Verbindungen mit niedriger Latenz und hoher Bandbreite ermöglichen, die auch für industrielle Umgebungen gut geeignet sind. Die Kosten der Installation von Mobilfunknetzwerken können jedoch extrem hoch sein, was ihrer umfassenden Nutzung im Wege steht.
Warum sind Glasfaserkabel möglicherweise die Lösung für die Zukunft des Internets?
Von allen derzeit entwickelten Technologien sind Glasfaserkabel bei weitem am wichtigsten, was sich besonders deutlich bei Telekommunikationsunternehmen zeigt, die immer mehr auf Glasfaser umsteigen. Zwar wissen die meisten, dass Glasfaserkabel besser sind als andere Kabellösungen, die genauen Gründe dafür sind der Öffentlichkeit aber oft nicht wirklich bekannt.
Einfach ausgedrückt: Die meisten nehmen an, dass Glasfaserkabel Elektrokabeln überlegen sind, weil die Signale mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden; tatsächlich sind Glasfaserkabel aber (jedenfalls bei der Signalübertragung) langsamer als Kupferkabel. Die Lichtgeschwindigkeit in Glasfaserkabeln liegt bei etwa 0,7 c, während die von elektrischen Impulsen in Kupferkabeln 0,9 c beträgt. Dies bedeutet, dass ein über Kupferkabel gesendetes Datenpaket schneller am Ziel ankommt als über Glasfaserkabel.
Der wahre Grund dafür, dass Glasfaserkabel (hinsichtlich der Bandbreite) schneller sind als Kupferkabel, hat mit mehreren Faktoren zu tun, darunter mit der Schaltfrequenz, der Unterstützung großer Frequenzbereiche und der Möglichkeit, gerichtete Wellen zu verwenden.
Zunächst gilt, dass man Lichtimpulse äußerst kurz machen kann. Bei Wellenfrequenzen im THz-Bereich ist es theoretisch möglich, Licht im Tbit/Sek.-Bereich zu modulieren. Bereits dies ermöglicht das Senden gigantischer Datenmengen auf einer einzelnen Lichtwellenlänge, und hier kommt der zweite Faktor ins Spiel. Da es sich bei Licht um eine elektromagnetische Welle handelt, ist sein Frequenzbereich praktisch unbegrenzt, wodurch zahlreiche Frequenzkanäle für die Informationsübertragung genutzt werden können. Dazu kommt, dass diese unterschiedlichen Frequenzen einander nicht stören und dass so Licht zahlreicher Wellenlängen störungsfrei dasselbe Kabel verwenden kann. Der Einsatz einer prismenähnlichen Vorrichtung auf jeder Seite ermöglicht dann die Beschickung und Extraktion jedes Kanals getrennt von den anderen.
Und schließlich kann durch Glasfaserkabel Licht derselben Wellenlänge in beiden Richtungen gesendet werden, ohne dass Interferenzen auftreten. Anders als elektrische Signale verwendet die Glasfasertechnologie Wellenfronten, die nicht von Potenzialen abhängen, sondern stattdessen physikalische Entitäten sind, die gemessen werden können und ihren eigenen Impuls haben. So kann ein einzelnes Kabel zwei identische Transceiver an jedem Ende haben und eine einzelne Frequenz gleichzeitig für die Kommunikation in beiden Richtungen verwenden.
Dazu kommt, dass Glasfaserkabel nie der Faktor waren, der die Geschwindigkeit einschränkt. Vielmehr sind es die verwendeten Transceiver, die per Elektronik elektrische Signale in Licht umwandeln und deshalb zahlreiche Probleme bewältigen müssen, etwa der Schaltfrequenz, Anstiegs-/Abfallzeiten und Verstärkung.
Wie kann die Glasfasertechnologie Smart Spaces der Zukunft unterstützen?
Der mit Abstand wichtigste Einsatzbereich für die Glasfasertechnologie in Smart Spaces ist der Ersatz von Ethernet-Kabeln. Zwar können Ethernet-Kabel große Distanzen unterstützen, aber Glasfaserkabel haben nicht die gleichen Signalintegritätsprobleme wie Ethernet-Kabel und werden auch nicht durch Interferenzen von anderen elektronischen Geräten beeinträchtigt. Daher können Glasfaserkabel über sehr große Distanzen hinweg bei vollständiger Wahrung der Signalintegrität verwendet werden.
Diese Störungsfestigkeit wappnet Glasfaserkabel auch gegen Man-in-the-Middle-Angriffe. Während Ethernet-Kabel teilweise aufgeschnitten, ihre Leiter freigelegt und spurenlos überwacht werden können, sind solche Angriffe bei Glasfaserkabeln nicht möglich. In dem Moment, in dem ein Kabel unterbrochen wird, wird dies an beiden Enden erkannt, und aufgrund vollständiger interner Reflexion ist es unmöglich, durch ein Glasfaserkabel übertragene Daten zu lesen, ohne das Kabel aufzuschneiden. Daher eignen sich Glasfaserkabel hervorragend für die Sicherung von Netzwerken, in denen sensitive Informationen übertragen werden.
Smart Spaces können weiterhin dadurch von Glasfasertechnologien profitieren, dass WLAN-Zugriffspunkte über Glasfaserlinks miteinander verbunden werden. Die Nutzung solcher Verbindungen hilft nicht nur bei der Deckung des stetig zunehmenden Bedarfs. Glasfaserkabel sind auch zukunftssicher, da der Austausch einzelner Zugriffspunkte keinerlei Änderungen am zugrunde liegenden Glasfasernetzwerk erfordert. Smart Spaces mit Tausenden von Geräten kommen so immer mit dem Netzwerkbedarf zurecht. Dies ist besonders wichtig, wenn sehr datenintensive Sensoren (wie etwa Mikrofone und Kameras) installiert werden.
Zusätzlich zur Verbesserung der Bandbreite sind Glasfaserkabel auch viel kleiner und leichter und dadurch einfacher zu installieren. Schließlich sind Glasfaserkabel auch insgesamt kostengünstiger als Kupferkabel, wenn man berücksichtigt, dass sie beim Übergang zu höheren Geschwindigkeiten nur selten ersetzt werden müssen. Dadurch sind für Smart Spaces höhere Investitionen in eine hochwertige Einrichtung möglich, die jahrzehntelang hält.
Welche Lösungen gibt es für Glasfasersysteme?
Derzeit stellen viele Anbieter Equipment für Glasfasersysteme bereit. Zwei davon sind Samtec und Sylex. Sylex bietet zahlreiche Lösungen für Smart Spaces, darunter Glasfasersysteme, Verbindungen und Panelsysteme, die in Smart Spaces mit Tausenden verbundener Sensoren eingesetzt werden können.
Eine der besonderen Lösungen des Unternehmens ist die Reihe der LC-LC-Kabelprodukte, die bis zu 24 einzelne Fasern in einem Kabel zusammenbringen, die dann an beiden Enden terminiert werden. Dies ermöglicht Installationen mit hoher Dichte, bei denen ein einzelnes dünnes Kabel Daten für 24 separate Kommunikationskanäle überträgt.
Sylex Fiber To The Antenna (FTTA) bietet Netzwerklösungen für Mobilfunksysteme wie 4G und 5G. Diese können dabei helfen, die Signalintegrität zwischen Antennensystemen und Datenprozessoren zu verbessern und damit die Datenbandbreite privater Mobilfunknetzwerke zu erhöhen.
IoT-Netzwerke der Zukunft: Glasfaser
Wenn IoT-Geräte weiterhin mit herkömmlichen Netzwerktechnologien operieren, werden sie sehr bald auf Probleme stoßen. Da Ethernet nur bestimmte Bandbreiten unterstützen kann und drahtlose Netzwerke wie Wi-Fi schnell überlastet sind, müssen die IoT-Netzwerke der Zukunft Glasfaserlösungen nutzen, besonders wenn es um die Bereitstellung von 5G-Netzwerken geht.
Glasfaserkabel können nicht nur unglaubliche Bandbreiten bewältigen, ihre Widerstandsfähigkeit gegen Cyberangriffe und ihre Zukunftssicherheit bedeuten auch, dass Glasfasernetzwerke problemlos aktualisiert werden können, ohne dass Änderungen an den Kabeln vorgenommen werden müssen. Es ist sogar möglich, dass die Menschheit niemals in der Lage sein wird, die Bandbreitenkapazität von Glasfaserkabeln völlig auszureizen, da die einzigen Einschränkungen dabei auf der zugrunde liegenden Elektronik basieren.
