Công nghệ mạng toàn cầu đã được thiết lập như thế nào?

Bốn nhà khoa học nhận Giải thưởng Chính VinFuture 2022.

Công nghệ mạng toàn cầu giúp hàng tỷ người tương tác trên internet

Công nghệ mạng toàn cầu bao gồm World Wide Web, internet và cáp quang.

Theo Wikipedia, World Wide Web (www), thường được gọi là web, là một hệ thống thông tin cho phép truy cập tài liệu và các tài nguyên web khác qua internet.

Các tài liệu và phương tiện có thể tải xuống được cung cấp cho mạng thông qua các máy chủ web và có thể được truy cập bằng các chương trình như trình duyệt web. Máy chủ và tài nguyên trên World Wide Web được xác định và định vị thông qua các chuỗi ký tự được gọi là bộ định vị tài nguyên thống nhất (URL).

Loại tài liệu gốc và vẫn còn rất phổ biến là một trang web được định dạng bằng Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản (HTML). Ngôn ngữ đánh dấu này hỗ trợ văn bản thuần túy, hình ảnh, nội dung video và âm thanh được nhúng và tập lệnh (chương trình ngắn) thực hiện tương tác người dùng phức tạp. Ngôn ngữ HTML cũng hỗ trợ siêu liên kết (URL nhúng) cung cấp quyền truy cập ngay vào các tài nguyên web khác.

Điều hướng trang web hoặc lướt web là cách phổ biến để theo dõi các siêu liên kết như vậy trên nhiều trang web. Ứng dụng web là các trang web có chức năng như phần mềm ứng dụng. Thông tin trên web được truyền qua internet bằng Giao thức truyền siêu văn bản (HTTP).

Công nghệ mạng toàn cầu là hành trình nhiều thập kỷ bao gồm các phát minh khác nhau để kiến tạo nên mạng internet ngày nay.

World Wide Web đã trở thành nền tảng phần mềm thống trị thế giới. Đây là công cụ chính mà hàng tỷ người trên toàn thế giới sử dụng để tương tác với internet.

Internet, hay còn gọi là mạng, là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau. Hệ thống này truyền thông tin theo kiểu nối chuyển gói dữ liệu (packet switching) dựa trên một giao thức liên mạng đã được chuẩn hóa (giao thức IP).

Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu và mạng.

Cáp quang dài, mỏng thành phần của thủy tinh trong suốt bằng đường kính của một sợi tóc. Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao (đây là tốc độ truyền dữ liệu, phân biệt với tốc độ tín hiệu) và truyền xa hơn.

Công nghệ mạng toàn cầu là hành trình nhiều thập kỷ bao gồm các phát minh khác nhau để kiến tạo nên mạng internet ngày nay.

Khởi đầu là Giao thức điều khiển truyền dẫn và Giao thức internet (TCP/IP) - cơ sở cho internet hiện tại của Tiến sĩ Vinton Gray Cerf và Tiến sĩ Robert Elliot Kahn.

Tiếp theo là phát minh về Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium (EFDA) của Giáo sư Sir David Neil Payne và Tiến sĩ Emmanuel Desurvire giúp việc dẫn truyền internet với tốc độ ổn định trở nên khả thi trên phạm vi toàn thế giới nhờ thiết kế sợi quang, bộ khuếch đại quang học, sợi chuyên dụng, bộ laser và khuếch đại công suất cao.

Phát minh của Sir Timothy John Berners-Lee - tác giả của trình duyệt web đầu tiên World Wide Web với việc thiết lập ba tiêu chuẩn internet quan trọng bao gồm: HTML, HTTP và URIs đã giúp việc chia sẻ và sử dụng tài nguyên thông tin trên toàn thế giới trở nên liền mạch nhờ internet.

Người phát minh ra World Wide Web

Ngài Tim Berners-Lee, người đã phát minh ra World Wide Web, viết trình duyệt web đầu tiên, dẫn thiết kế và thiết lập ba tiêu chuẩn web quan trọng – HTML, HTTP và URI, cho việc chia sẻ và sử dụng liền mạch tất cả các nguồn thông tin trên toàn thế giới trên web.

Năm 1980, khi đang làm việc với tư cách là một nhà thầu độc lập tại CERN, một phòng thí nghiệm Vật lý Hạt tại châu Âu, Ngài Tim đã xây dựng một hệ thống theo dõi thông tin nguyên mẫu có tên là ENQUIRE.

Ngài Tim Berners-Lee. Ảnh: Wikipedia.

Năm 1989, Berners-Lee đề xuất World Wide Web (www) một hệ thống siêu văn bản toàn cầu cho phép chia sẻ thông tin trên nhiều mạng, máy tính và quốc gia khác nhau. Sau đó, ông đã phát triển thành công máy chủ web và trình duyệt web đầu tiên vào năm 1990.

Vào tháng 4/2017, Ngài Tim nhận giải thưởng Turing được coi là "Giải thưởng Nobel về Khoa học máy tính". Năm 2004, Ngài Tim được phong tước hiệp sĩ bởi Nữ hoàng Elizabeth và năm 2007, ông được trao tặng Huân chương Công trạng. Ông là Thành viên của Hiệp hội Hoàng gia và là thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học và Nghệ thuật Hoa Kỳ và Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.

Năm 1994, ông đã thành lập World Wide Web Consortium (W3C), một tổ chức quốc tế quản lý sự phát triển web và sự phát triển của các công nghệ có thể tương tác để phát huy hết tiềm năng của Web.

Năm 2009, ông đồng sáng lập và là Giám đốc của Tổ chức World Wide Web để điều phối các nỗ lực nhằm phát huy tiềm năng của web để mang lại lợi ích cho nhân loại.

Năm 2012, ông đồng sáng lập và là chủ tịch của Viện dữ liệu mở London, một công ty tư nhân phi lợi nhuận với sứ mệnh kết nối, trang bị và truyền cảm hứng cho mọi người trên khắp thế giới đổi mới bằng dữ liệu.

Ông là người đồng sáng lập và Giám đốc công nghệ của Inrupt.com, một công ty khởi nghiệp công nghệ sử dụng, quảng bá và phát triển nền tảng Solid mã nguồn mở nhằm mục đích cung cấp cho người dùng quyền kiểm soát và dữ liệu của họ, đồng thời tạo thành lớp tiếp theo của web.

Solid là một bước tiến tới một thế giới trong đó người dùng có thể kiểm soát dữ liệu của chính họ. Solid tập trung tìm hiểu các kỹ thuật và công nghệ phi tập trung có tác động thay đổi xã hội.

Theo đánh giá của VinFuture, World Wide Web có quy mô tác động trên toàn cầu và phổ biến trên tất cả các lĩnh vực và tầng lớp xã hội. Nó là nền tảng cho mọi hoạt động xử lý thông tin, truyền thông trên toàn thế giới và mọi hoạt động kinh tế - xã hội ngày nay đều được xây dựng trên web.

World Wide Web đã cho phép hợp tác toàn cầu trên mọi khía cạnh của xã hội, công nghiệp, phát triển kinh tế, phương tiện truyền thông và giao tiếp và quản trị. Nó là động lực thúc đẩy cho mọi hoạt động hàng ngày của con người ở cấp độ cá nhân và xã hội.

Hai nhà khoa học phát minh ra giao thức internet

Hai nhà khoa học người Mỹ là Tiến sĩ Robert Elliot (Bob) Kahn, sinh ngày 23/12/1938, kỹ sư và nhà khoa học máy tính và Tiến sĩ Vinton Gray Cerf, sinh ngày 23/6/1943 ở New Haven, Connecticut đã cùng phát minh ra giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) và giao thức internet (IP), tạo nên kiến trúc cơ bản ở trung tâm của internet.

Tiến sĩ Robert Elliot (Bob) Kahn. Ảnh: beyondthemagazine.

Tiến sĩ Robert Elliot Kahn hiện là Chủ tịch, Giám đốc điều hành và Chủ tịch Tập đoàn Sáng kiến Nghiên cứu Quốc gia (CNRI).

Tiến sĩ Kahn đã đặt nền móng kiến trúc mở cho giao thức TCP/IP, mang đến cho internet một trong những tính năng đặc biệt nhất và lợi thế nổi trội.

Năm 1966, ông Kahn tham gia Viện Công nghệ Massachusetts - MIT với tư cách là Trợ lý Giáo sư Khoa Kỹ thuật điện. Sau đó, ông gia nhập Bolt Beranek và Newman, nơi ông chịu trách nhiệm thiết kế hệ thống của ARPANET, được coi là tiền thân của internet, do Cơ quan Dự án Nghiên cứu Nâng cao Quốc phòng (DARPA) tài trợ. Mạng lưới được xây dựng dựa trên một kiến trúc hoàn toàn khác được gọi là chuyển mạch gói, trong đó các thông điệp được chia thành nhiều "gói" di chuyển độc lập qua nhiều mạch khác nhau đến đích chung.

Tiến sĩ Kahn đã hình thành ý tưởng về mạng kiến trúc mở. Ông là người đồng phát minh ra các giao thức TCP/IP và chịu trách nhiệm tạo ra Chương trình Internet của DARPA. Ông Kahn cũng đặt ra thuật ngữ Cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia (NII) vào giữa những năm 1980, sau này được biết đến rộng rãi hơn với cái tên Siêu xa lộ thông tin.

Gần đây, Tiến sĩ Kahn đã phát triển khái niệm kiến trúc đối tượng kỹ thuật số như một thành phần quan trọng của NII. Khái niệm này đang cung cấp một khuôn khổ cho khả năng tương tác của các hệ thống thông tin không đồng nhất và đang được sử dụng trong nhiều ứng dụng như Digital Object Identifier (DOI). Ông là người đồng phát minh ra các chương trình Knowbot, tác nhân phần mềm di động trên môi trường mạng.

Tiến sĩ Kahn đã được công nhận rộng rãi là người tiên phong trong internet.

Tiến sĩ Vinton Gray Cerf (bên phải) tại lễ trao giải VinFuture 2022.

Tiến sĩ Vinton Gray Cerf gặp Tiến sĩ Bob (Robert) Kahn năm 1972 và làm việc tại ARPANET. Sau đó, ông Cerf chuyển đến Cơ quan Dự án Nghiên cứu Nâng cao (DARPA) của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ. Tiến sĩ Cerf làm Trợ lý Giáo sư tại Đại học Stanford từ 1972 đến 1976, nơi ông tiến hành nghiên cứu về các giao thức kết nối mạng gói.

Tiến sĩ Cerf đã làm việc cùng với Tiến sĩ Kahan để xây dựng các nguyên tắc thiết kế cơ bản của mạng, chỉ định TCP/IP để đáp ứng các yêu cầu này, nguyên mẫu TCP/IP và phối hợp một số triển khai TCP/IP ban đầu.

Cùng với Tiến sĩ Vinton Cerf, Tiến sĩ Kahn đã lãnh đạo việc thiết kế và triển khai Giao thức điều khiển truyền dẫn và Giao thức internet (TCP/IP) là cơ sở cho internet hiện tại.

Tiến sĩ Vinton Cerf hiện là Phó chủ tịch kiêm trưởng nhóm truyền bá internet của Google, Chủ tịch Hiệp hội máy tính Quốc tế (ACM).

Họ đã xây dựng các nguyên tắc thiết kế cơ bản của mạng, TCP/IP được cụ thể hóa và tạo nguyên mẫu để đáp ứng các yêu cầu này và giám sát việc triển khai giao thức cho phép trở thành tiêu chuẩn toàn cầu cho internet.

Tiến sĩ Vinton Cerf và Tiến sĩ Kahn đã dẫn dắt việc thiết kế và triển khai Giao thức Điều khiển Truyền dẫn và Giao thức Internet (TCP/IP), là cơ của Internet hiện tại. Họ đã xây dựng các nguyên tắc thiết kế cơ bản của mạng, các TCP/IP được chỉ định và tạo mẫu, đồng thời giám sát việc triển khai của giao thức trở thành tiêu chuẩn toàn cầu cho internet.

Hai nhà khoa học góp phần tạo nên sợi cáp quang

Giáo sư Sir David Neil Payne CBE FRS FREng. Ảnh: Đại học Southampton.

Giáo sư Sir David Neil Payne CBE FRS FREng sinh ngày 13/8/1944, quốc tịch Anh, là một nhà nghiên cứu tiên phong và nổi tiếng quốc tế về quang tử. Công nghệ sợi quang là một trong những thành công khoa học lớn nhất trong ba thập kỷ qua, làm nền tảng cho internet, cung cấp các tính năng laser và cảm biến môi trường mới, đồng thời thúc đẩy tăng trưởng vì lợi ích của tất cả các quốc gia.

Nghiên cứu của Giáo sư Payne trải dài trên nhiều lĩnh vực quang tử đa dạng, từ viễn thông và cảm biến quang học đến nanophotonics và vật liệu quang học, dẫn đến hầu hết tất cả các loại sợi đặc biệt được sử dụng ngày nay và có tác động trực tiếp đến viễn thông trên toàn thế giới, cũng như gần như tất cả các lĩnh vực nghiên cứu và phát triển quang học.

Giáo sư Sir David Neil Payne là giáo sư hàng đầu tại Đại học Southampton và Giám đốc Viện Zepler về Quang tử và Trung tâm Nghiên cứu Quang điện tử.

Ông là đồng Giám đốc Viện Quang tử học, Trường Đại học Công nghệ Nayang, Singapore; Chủ tịch danh dự của Hiệp hội Marconi; Chủ nhiệm dự án của Trung tâm Sản xuất quốc gia trong quang tử tương lai.

Đến đầu những năm 1980, sợi quang được coi là tương lai cho viễn thông. Tuy nhiên, mặc dù tỷ lệ tổn thất thấp, tín hiệu quang học vẫn mờ dần đáng kể và không thể phát đi sau khoảng 100 km. Do đó, sợi quang phải được ngắt, tín hiệu quang được phát hiện và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Sau đó, nó được khuếch đại trong một bộ khuếch đại điện thông thường trước khi được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu quang trong một máy phát laser khác.

"'Bộ lặp" điện này hoạt động khá giống một trạm thu phí trên đường cao tốc và chỉ giới hạn việc truyền tải ở một kênh quang. Người ta biết rằng các sợi quang học có thể đồng thời mang nhiều bước sóng quang độc lập (hoặc màu sắc) mà không trộn lẫn chúng, một quá trình được gọi là Ghép kênh phân chia bước sóng, hoặc WDM.

Nhưng bộ lặp điện thấy tất cả các kênh chỉ là một tín hiệu quang và do đó sẽ xáo trộn chúng, làm cho các tín hiệu không thể phân biệt được. Để khắc phục nhược điểm nghiêm trọng này, cần có một bộ khuếch đại toàn quang thực tế có thể duy trì tính toàn vẹn của từng kênh quang học và cho phép khai thác hết công suất của sợi quang.

Để giải quyết vấn đề này, vào năm 1985, trong lĩnh vực sợi pha tạp đất hiếm, Payne đã lãnh đạo nhóm tại Đại học Southampton tập trung nghiên cứu và làm hồi sinh bước sóng viễn thông 55μm.

Những báo cáo ban đầu từ nhóm Southampton này đã tạo động lực cho Desurvire, với tư cách là một chuyên gia về khuếch đại sợi quang học Raman khởi xướng nghiên cứu về Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA) tại Phòng thí nghiệm AT&T Bell.

Năm 1987, các nhóm này đã xuất bản ba bài báo đầu tiên về EDFA cho thấy rõ tiềm năng đáng chú ý của nó như một bộ khuếch đại tăng cường có độ lợi cao để sử dụng trong giai đoạn sớm của internet cáp quang.

Hiệu ứng sau các báo cáo của các phòng thí nghiệm tại Southampton và Bell Labs liên tục mở rộng với tốc độ ngoạn mục sau đó nhanh chóng được cộng đồng quốc tế về điện tham gia; làm việc online đặt dấu chấm hết cho tất cả các công nghệ cạnh tranh giúp toàn thế giới chuyển sang một cuộc đua để thương mại hóa bộ khuếch đại mới.

Tiến sĩ Emmanuel Desurvire phát biểu sau khi nhận giải.

Ông Emmanuel Desurvire sinh ngày 7/6/1955, là Tiến sĩ Vật lý ứng dụng của Đại học Nice, Pháp. Luận án Tiến sĩ của ông liên quan đến các bộ khuếch đại sợi quang Raman pha tạp Germanium ở bước sóng cận hồng ngoại có thể giúp ứng dụng cho viễn thông trong tương lai.

Ông hiện là Cố vấn Khoa học tại Công ty nghiên cứu và công nghệ Thales (TRT) - Pháp sau khi đã dẫn dắt nhóm nghiên cứu này trong liên tiếp 5 năm.

Ông đã từng là nghiên cứu sinh sau Tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Ginzton của Đại học Stanford, nơi tiên phong nghiên cứu về các đường trễ sợi quang khuếch đại Raman và con quay hồi chuyển sợi tuần hoàn dựa trên giao thoa kế Sagnac.

Sau đó, ông trở thành Chủ nhiệm Dự án tại Phòng thí nghiệm AT&T Bell, Crawford Hill Labs, nơi ông khởi xướng nghiên cứu đầu tiên về EDFA, dựa trên bí quyết của Murray Hill về sợi pha tạp đất hiếm cho các ứng dụng cảm biến và Phó giáo sư tại Đại học Columbia Khoa Kỹ thuật điện, nơi ông dạy các khóa học đầu tiên về hệ thống sóng ánh sáng khuếch đại đường dài.

Tại Alcatel, đầu tiên ông đảm nhiệm vị trí Trưởng phòng thí nghiệm dẫn truyền cáp biển tại Trung tâm nghiên cứu doanh nghiệp, sau đó trở thành Giám đốc dự án phát triển ghép kênh phân chia bước sóng 40 Gbit/s trong Phòng Quang học, sau đó là Giám đốc Học viện Kỹ thuật Alcatel.

Ông là tác giả của hơn 200 công trình kỹ thuật, 39 bằng sáng chế và 5 cuốn sách tham khảo về Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbi (EDFA), Viễn thông toàn cầu và Lý thuyết thông tin cổ điển hay lượng tử, và ông là thành viên đầu tiên của Ban biên tập Tạp chí kỹ thuật "Công nghệ sợi quang" xuất bản từ năm 1994.

Việc khám phá, phát minh và phát triển sớm các bộ khuếch đại sợi quang thực tế đã cách mạng hóa viễn thông hiện đại, cả về công suất (băng thông) và phạm vi toàn cầu. Internet không thể được triển khai nếu không có gần một tỷ km cáp quang mà ngày nay mang 99% lưu lượng truy cập internet.

Theo đánh giá của VinFuture, nếu không có EDFA, internet đã bị giới hạn ở dung lượng cáp khoảng 40-100 Gbit/s giữa các lục địa, dẫn tới có thể tăng đột biến về chi phí và thời gian chờ đợi. Mặc dù đã 35 năm tuổi, nhưng vẫn chưa có công nghệ nào có thể cạnh tranh với EDFA.

World Wide Web đã chuyển đổi cả xã hội và nền kinh tế, từ TCP/IP sang các dịch vụ online như email, tệp đính kèm, bộ chứa đám mây, trung tâm dữ liệu, trang web và các dịch vụ khác. Điều này sẽ không thể thực hiện được nếu không có EDFA cho phần cứng truyền tải internet.

Ngày nay, các liên kết sợi quang mới đang được triển khai trên toàn thế giới với tốc độ hàng năm hơn 400 triệu km - gấp 20 lần tốc độ âm thanh. Và mỗi năm www truyền gần 5 triệu Gigabyte đi qua EDFA cho mỗi 50 - 100 km của bất kỳ quãng đường cáp quang nào.

Bởi vậy, ba phát minh nền tảng là World Wide Web, internet và cáp quang của năm nhà khoa học đã tạo nên công nghệ mạng toàn cầu cho hàng tỷ người trên hành tinh kết nối với nhau hôm nay.