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海底光缆韧性:互联网如何抵御海缆中断 -- Submarine cable resilience

马祖列岛是东海中36个岛屿组成的群岛,位于中国大陆东南沿海,自1949年起由台湾地区管辖,是台湾地区所辖外围岛屿群的一部分;该群岛还包括金门和澎湖群岛,它们均位于台湾海峡。马祖经台马二号(Taima No.2)、台马三号(Taima No.3)及在建台马四号(Taima No.4)海缆连接台湾本岛。台湾海峡平均水深70米,海缆易被渔具或船锚损坏;2018至2022年间其被切断27次,并发生了四起重大中断。

正文

马祖群岛是东海的一个由36个岛屿组成的群岛,紧邻中国大陆东南沿海,自1949年起由台湾管辖;它是台湾管辖的更大外岛群的一部分,其中还包括金门和澎湖群岛,这些岛屿都位于台湾海峡。马祖群岛通过两条海底电缆与台湾本岛相连——Taima No.2、Taima No.3,以及即将建成的Taima No.4。台湾海峡平均水深70米,是浅海;铺设在这一海床上的电缆很容易被船舶活动损坏,例如被渔具或船锚勾住。但这些电缆格外倒霉:2018年至2022年间,台湾与马祖之间的海底电缆被切断27次,2023年至2025年的三年里又发生四次重大中断。

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波罗的海也是如此。这片浅海有十几条海底通信电缆,以及海底电力和天然气管道;自2023年以来,这些海底系统已发生11次中断,同样是极为糟糕的记录。

全球海底通信电缆总长约150万公里,由607个在役海底电缆系统使用(图1),对世界电信服务至关重要。如果它们因任何原因停运,卫星系统根本无法替代。在这种灾难性情景下,一些社区将完全孤立,带来严重的后勤和经济影响。

图1 — 海底电缆,2026年10月。来源:Telegeography。

图1 — 海底电缆,2026年10月。来源:Telegeography。

我们将这些海底电缆系统视为全球通信服务的关键基础设施,并尽力使其具备尽可能高的韧性。现代战争可以蓄意破坏通信系统,这给海底电缆面临的地质和意外风险之外又增添了一种潜在破坏来源。

1914年8月4日夜间,也就是英国对德国宣战几天后,英国电缆船HMTS Alert从多佛驶入英吉利海峡。该船在海床上拖曳抓钩,捞起并切断了五条德国跨大西洋和欧洲电报电缆,切断了德国与美洲、非洲、西班牙及欧洲其他地区直接、安全的海底电缆连接。德国被迫依赖无线电传输,而英国情报部门可以轻易窃听。如果保护这些无线通信的德国密码被破译,英国就能追踪军事动向并截获关键消息,例如齐默尔曼电报(Zimmermann Telegram)。1939年9月,英国又重复了这一蓄意切断海底电缆的行动,切断了德国通往里斯本和纽约的电缆。

保护电缆

这些位于海底的薄型聚酯涂层电缆很脆弱,面临的风险包括:

  • 地质活动,如海底地震或滑坡
  • 被沿海底拖曳的船锚或渔具勾住
  • 使用抓钩和切割设备对电缆的蓄意攻击

电缆如何防御这些风险?光纤电缆的内芯及其铜导体护套可以包裹额外的钢缆护套层作为铠装(图2)。这主要用于降低其在航运事故中的脆弱性。

图2 — 海底电缆横截面。来源:Telegeography。

图2 — 海底电缆横截面。来源:Telegeography。

图2有点误导性。这里画的是通向地面电缆站的电缆段所用的海底电缆横截面。铺设在深海海底的电缆段只使用内部组件:光纤和一根包裹在硅胶中的细钢丝,外面是铜护套(用于为电缆中继器供电),再包裹聚乙烯。没有外部铠装元件。这些深海电缆段直径约20毫米,相当于一根花园水管的粗细。

电缆在电缆登陆站登陆。这些登陆站通常是外观普通、安保严密且电力可靠的设施。理想位置是渔业或其他海上交通流量小的海岸点,并且从深海海底急剧抬升。电缆在靠近海岸的航运活动中最危险,因此从深海海底到陆地电缆站的距离越短越好。

图3 — 电缆登陆站。来源:Wikipedia,CC BY-SA 3.0。

图3 — 电缆登陆站。来源:Wikipedia,CC BY-SA 3.0。

许多司法管辖区还宣布设立“电缆保护区”,警告船舶操作员该区域海床上有电缆,船舶应避免在此捕鱼和抛锚。

电缆路由

电缆路由对韧性也很重要。一条电缆路由有多个目标,而这些目标无法同时优化。

路由应尽可能短,因为额外的电缆长度会提高资本成本,并增加端到端信号延迟。

电缆应尽可能避开活跃地质活动区域,如板块边界和板内裂谷。深一些更好,但要适度。深海海底的电缆不太容易受到航运活动和蓄意破坏的威胁,但在极深海域,维修时定位和打捞电缆更具挑战性。

有时存在地理“咽喉点”,许多电缆都经过这里。曼德海峡不仅是印度洋与红海之间水面船只的咽喉点,也是16条电缆经过的通道(图4)。2025年9月,曼德海峡有几条电缆被切断,扰乱了亚洲、欧洲和中东之间约25%的电缆容量。胡塞武装控制的水域实际上仍无法治理,难以进行电缆保护。

图4 — 曼德海峡的电缆路由。

图4 — 曼德海峡的电缆路由。来源:Telegeography。

新加坡海峡是35个电缆系统的主要交汇处(图5)。这是一条浅水海峡,同时也承载大量水面航运。

图5 — 新加坡海峡的电缆路由。

图5 — 新加坡海峡的电缆路由。来源:Telegeography。

再往北,台湾与菲律宾之间是吕宋海峡,有18条电缆经过(图6)。2006年12月,这里发生地震并随之引发一系列海底滑坡,不仅切断了通过该海峡的所有电缆,还将许多电缆深埋在沉积物之下。11艘维修船花了49天才让所有电缆系统恢复运行。

图6 — 吕宋海峡的电缆路由。

图6 — 吕宋海峡的电缆路由。来源:Telegeography。

黑海则是一个存在地缘政治风险和监管空白的区域。虽然水雷风险已得到确认,但在乌克兰战争中尚无直接记录的电缆故障。俄罗斯的存在和冲突使该地区实际上无法进行常规电缆维护。

地缘政治也会影响电缆路由。如果存在合适的替代路由,电缆所有者通常更愿意避开政治不稳定领海。还有一些政治考量:如果电缆在美国领土登陆,就要遵守美国联邦通信委员会(FCC)的多项限制,包括禁止使用FCC视为威胁美国国家安全的公司的设备或服务。如果一条电缆还登陆美国认定的外国对手领土,FCC也会拒绝批准其在美国领土登陆。

陆上路由通常会被避开,但在某些情况下,陆上路由是首选。亚欧连接通常经由曼德海峡,在苏伊士湾的埃及登陆,然后通过埃及陆路到达地中海。另有一条经波斯湾、伊拉克和Türkiye的替代路由,不过这需要一段经过霍尔木兹海峡的航段,或是经阿曼和阿拉伯联合酋长国的第二段陆路。

电缆故障

全球每年报告约200起海底电缆故障。国际电缆保护委员会(International Cable Protection Committee)指出,尽管电缆总存量增加,这一数字近年基本保持稳定。电缆本身非常可靠,问题主要来自其上方的海上交通。约86%的电缆故障可能由捕鱼活动或抛锚造成,而捕鱼活动约为抛锚事件的两倍。

地质事件(如海底滑坡和海床运动)约占故障的7%,电缆磨损占4%,组件故障(中继器内)仅占4%。

由于故障与海上活动高度相关,不足一半的电缆故障发生在领海,其余大部分发生在专属经济区,只有2%发生在公海。电缆在靠近海岸的浅水区最脆弱:那里捕鱼集中、船舶抛锚,而且电缆必须在此处登陆,与服务于该海岸的其他所有电缆并行。深海海底几乎没有海床捕鱼和抛锚活动,是电缆最安全的位置。

国家管辖范围并不止于领土的低潮线,而是延伸到海洋和海床。1982年《联合国海洋法公约》(UNCLOS,PDF)将主权领海定义为从经济体海岸向外延伸12海里的区域。每个沿海经济体对从海岸向外200海里(或至大陆边缘外缘,以较远者为准)海床中的石油、天然气和其他资源拥有专属权利,但总体上限为距海岸350海里(650公里),或2,500米等深线(连接相等水深点的线)以外100海里(185公里)。

这对海底电缆意味着什么?从电缆进入领海的那一点起,任何与电缆有关的物理活动都需要当局许可。在这些主权区域内进行的所有电缆建设和维修作业,也需要拥有海洋和海床专属权利的经济体的许可。

定位与修复

定位电缆断裂点很简单:光脉冲会在断裂点反射,从而以相当高的精度提供从电缆起点到故障点的距离。随后就是海上作业。

必须雇用一艘专业电缆维修船,而该船又必须获得相关政府的许可,才能在故障地点作业(别忘了只有2%的中断发生在国际水域)。到达断裂位置后,维修船沿海床拖曳抓钩勾住电缆,将其切断,收回一端并系上浮标,再收回另一端。新的一段电缆在船上的接续舱内接入:光纤熔接并测试,接头重建并密封抗压,修复后的电缆再被放回,并留出足够松弛以抵达海床。

维修成本差异很大,取决于故障位置和深度、电缆维修合同安排的性质、电缆运营商愿意等待维修船和船员的时间,以及天气。单次电缆维修的代表性成本为50万至100万美元。

虽然电缆数量增加,但在领海获得维修作业许可的时间普遍变长。行业数据表明,过去十年维修响应时间已增加一倍以上;2023年记录到的最长单次维修耗时947天,其中很多时间都花在等待维修许可上。

还有维修船的问题。行业内大约有60艘能够修理海底电缆的船,它们根据维护协议运营,在每个地理区域的电缆所有者之间分摊这支船队的运营成本。这些集体性的海底电缆维护与修复协议用于大西洋、北美西海岸区域、地中海、东南亚和印度洋,以及北太平洋的横滨(图7)。

图7 — 五个“区域”共享海底电缆维护与修复协议所覆盖的区域。

图7 — 五个“区域”共享海底电缆维护与修复协议所覆盖的区域。来源:International Cable Protection Committee (PDF)。

TeleGeography和Infra-Analytics的分析发现,到2040年,约三分之二的电缆维护船将达到使用寿命,而同期电缆总公里数预计增长约48%。弥补这一缺口需要30亿美元,并且需要15艘替换船和5艘新增船,才能在海底电缆网络扩张的情况下维持当前服务水平。眼下的问题是,显然没有人承担这笔账单。电缆维护通过共享协议融资,这些协议几十年来一直被优化到尽可能便宜;这在船队年轻时行得通,但对于为船队更新融资来说恰恰是错误的结构。

这正是电缆韧性问题的核心。增加电缆路由相对容易,因为如今的超大规模云公司自己为大部分新建项目提供资金,而且有强烈的商业动机。然而,没有哪一条电缆重要到足以支撑运营专用维修船队的商业理由。行业使用共享资源,而这些资源投资不足。

电缆中断调查

近期电缆中断事件包括:

  • 2023年10月:香港籍Newnew Polar Bear号在波罗的海作业时,其船锚损坏了海底电缆。
  • 2024年2月:红海的三条电缆被漂移的Rubymar号船只切断,此前该船被导弹击中。
  • 2024年11月:C-Lion1和BCS East-West Interlink电缆在波罗的海被切断,中国散货船Yi Peng 3号在附近。
  • 2024年12月:四条电缆受损,波罗的海海床出现拖锚痕迹,库克群岛注册的油轮Eagle S被扣押。
  • 2025年1月和2月:台湾记录了马祖电缆的相关事件。
  • 2025年9月:包括SEA-ME-WE 4和IMEWE在内的三条主要电缆在红海被切断。
  • 2025年12月:芬兰和爱沙尼亚再次失去连接;到2026年3月确认波罗的海电缆存在拖锚。
  • 2026年8月:珀斯附近的Indigo West和Indigo Central电缆受损,一艘阿联酋管理的油轮正接受澳大利亚联邦警察调查。

实际结果远没有这份清单看上去那样一致。瑞典当局在Yi Peng 3号事件中未发现不当行为的确凿证据,并裁定2025年1月拉脱维亚至哥特兰的损坏为意外。芬兰法院于2025年10月驳回了对Eagle S号船长的指控。美国和欧洲官员的结论是,波罗的海的几起事件属于意外。Hong Tai 58号船长在台湾被定罪,因涉及台湾至澎湖三号电缆被判三年;Newnew Polar Bear号船长在香港面临刑事损坏指控。2026年4月的马祖故障最终被证明是一艘搁浅渔船的残骸移位压到电缆上所致。

拖锚是常见现象,尤其在恶劣天气下维护不良的商船中,每年占普通故障的很大比例。这或许可以解释为什么调查人员出于善意却不断得出不确定的结论。

谁负责电缆韧性?

近几十年来,电缆系统发生了变化。

旧电话系统将每条电缆视为一个自包含系统。电缆所有者负责自身的韧性,独立于可能存在于相似路由上的其他电缆。电话的数据传输系统通常采用环形架构:环中任何中断都会使流量沿另一半环流动。如果环使用不同路径,环中任何单点中断都可以立即修复。

但这种设计意味着系统实际容量是可利用容量的两倍,使用此类电缆的成本反映了这种50%的传输效率。

为了寻求更便宜的服务,互联网服务提供商(ISP)希望购买无备份的电缆容量,价格反映电缆使用的更高效率。他们在多个电缆系统上购买这种更便宜的容量。单条电缆中断会导致该电缆服务中断,但ISP可以将流量重新路由到在其他未受影响的电缆系统上购买的容量。对于互联网流量,这种故障转移在路由系统中很容易实现。

总体结果是,韧性的责任从单个电缆运营商转移到了网络运营商。电缆中断仍会导致可用容量下降。但由于大多数互联网流量具有弹性,容量下降会导致性能下降,而不会造成完全中断。

韧性与关键基础设施考量

海底电缆系统由私人财团建造,通过集体资助商业维修船队的私人合同进行维修,由沿海国家各自监管,并在国际上受早在互联网出现之前起草的国际公约管辖。

如果维修海底电缆的许可能够以简化方式发放,使维修不因等待政府批准在其水域作业而停滞数月,那将是一件好事。如果能在中断前商定应急程序,而不是在中断期间才去谈判,那就更好了。

整个行业需要投资维修能力,以更新老化的维修船队。谁来承担这项投资,以及如何将维修能力作为共同资产管理,正成为一个难题。最坏的情况是回到各自为战,其必然结果是成本更高、维修可能更慢。

地理咽喉点将持续存在,地质活动不会停止,极端天气和不断变化的沉积物条件将继续对这些电缆构成威胁。路由多样化是应对这些挑战的有效办法,但经济聚集不利于电缆路由多样化。每条电缆都希望走最短、最便宜的路由,而没有电缆运营商特别有动机去额外花钱,走一条不同于现有电缆的路由。

这些在技术上都不难,但在制度上和经济上很难,而后者更难。

展望未来

30年前资助和运营全球几乎所有海底电缆的电话公司财团模式已经结束。它们运营的全部电缆和服务船舶的使用寿命也即将结束。

预计到2030年,全球现有海底电缆公里数中约有四分之一将退役。这一大规模退役相当于在1990年代末和2000年代初互联网繁荣期铺设的基础设施中,有84.5万公里海底光纤电缆走到生命周期终点。具体而言,大西洋的TAT-8和TAT-14正在退役,连接欧洲和亚洲的SEA-ME-WE-3已经退役,Japan-US和China-US已停止运营。此外,超过一半的现有维修船船队将在2040年前达到退役点。

取而代之的是由当前美国数字巨头完全或部分资助的电缆项目。这在许多经济体引发了主权风险担忧,因为一个经济体仅有的通信通道可能由外国实体拥有和运营。这也引发了一个问题:对海底维修船队和通过海底电缆维护区形成的现有维护共享安排,主权控制何在。

到2028年,按公里数计算,Google将在太平洋、大西洋和印度洋拥有最大的电缆群;根据当前计划,它将在印度洋-太平洋地区控制超过50%的全部电缆存量。大西洋也在上演类似的集中化情景。到那时,主权风险担忧应当已达到顶点,因为这种主导地位使这家单一公司能够单方面控制全球通信网络的维护安排及相关维修船作业。

这对我们来说是一个严重问题,无论是作为个人还是社会,只要我们试图维护我们共同通信基础设施的完整性和实用性。我们社会的稳定与生产力,依赖于我们彼此无缝、高效和私密通信的能力。

在20世纪后期,将公共电信服务的投资和运营成本从公共部门转移到私人手中被视为明智之举。这一举措利用私人资本为国家电信基础设施的复兴提供资金,因为基础设施从基于时间的语音交换转向大得多的分组交换架构,以支持计算机中介的通信和服务提供。

然而,我们可能很快会看到更令人不安的结果。人们曾认为,竞争纪律会遏制私人运营商滥用其运营公共通信服务的特权地位。但事实并非如此。

如今,不仅公共电信系统已 largely 掌握在私人手中,我们还看到全球电信系统正在整合到少数几家私人实体,且没有竞争。它们的责任不是对公众或服务用户,而是对机构投资者,以不断提高其价值和盈利能力。此外无他。

那么,海底电缆系统以及维持其关键功能、使其具备符合其在全球通信中关键角色的适当韧性的努力,又处于何种境地?在美国以外,几乎没有哪个单独的经济体(如果有的话)有资源对这一挑战作出有意义的回应。欧盟(EU)已采取一些行动,出资支持一支维修船队,并采取措施改善对海底电缆的监视,将其作为区域安全问题;但似乎没有其他经济体跟进。如果欧盟的资金最终只是用来维护Google的海底电缆资产,那无疑具有讽刺意味!

回到全球层面的电缆韧性话题:通信韧性在很大程度上是一个海洋基础设施问题。答案依赖于:

  • 详细且最新的海床调查
  • 航运管制,以防止在已宣布的海底电缆保护区内抛锚和海底捕鱼
  • 分布式的维修船队和受过维修任务培训的人员
  • 在领海作业的快速许可

要开辟多样化的电缆路由、避免单点脆弱性和潜在故障,需要一些行动协调。全球云,尽管让人联想到轻盈的空气,却牢牢建立在海床的坚固之上;它的可靠性不会超过我们共同采纳的、用来照看它的公约。

评论

讨论整体带着对海底电缆工程奇迹的敬畏与好奇,不少评论顺势分享科普视频、历史文章和实时状态站。分歧主轴很快集中到脆弱性判断:较多人认为台湾、波罗的海等地电缆的“异常倒霉”在统计上几乎不可能,系统常态其实是部分降级;少数人进一步指出,连“去中心化”区块链也会被海缆切断和质押节点的地理集中停摆,暴露出物理层反而高度中心化的反直觉风险。

认为海底电缆系统长期带病运行,区域断缆“倒霉”到可疑

  • 服务于台湾和波罗的海等地的电缆被形容为“异常倒霉”,但评论者指出这种倒霉在统计上几乎不可能;同时,台湾海底链路的实时状态页显示许多链路中断,历史视图更表明整个系统长期处于部分降级,而非偶发故障。(认可度:较多人) > 有人讽刺那些服务台湾和波罗的海的电缆“异常倒霉”,可这种倒霉在统计上几乎不可能。(@konschubert)

认为“去中心化”区块链实际上受制于集中化物理基础设施

  • 有 L1 区块链从业者指出,许多 EVM 链的权益质押节点高度集中在单一或相邻国家(尤其亚洲),文章提到的海缆切断足以让链被孤立甚至停摆;“去中心化”一词被滥用,掩盖了全球流量在物理层的高度脆弱。(认可度:少数人) > “去中心化”这个词被用得太滥,而一次海缆切断就足以让区块链被孤立甚至停摆。(@alexpotato)

有价值的补充

  • 工程角度:做海底成像自主潜艇的人提醒,深海系统极难工程化,在翻滚涌浪中做运维测试非常残酷,其设计环境难度可以说与航天同级。
  • 历史冷知识:1858 年铺设的跨大西洋电报电缆只存活约三周,期间成功传输的消息仅约 732 条(大致折合 400 封电报)后便失效。
  • 资源与工具:有人推荐 Tom Scott 讲解海缆并涉及摩尔纹效应的视频,以及 Neal Stephenson 1996 年的长文《Mother Earth, Mother Board》。
  • 替代设想:有人提问,用卫星之间互相打激光的网格互联,或利用水对某一波长完全透明的窗口,直接在开放水域传输激光来替代海底光缆是否实用;讨论中无人给出可行性结论。
  • 趣闻:一位学校计算机老师坚信海底通信电缆浮在海面上,还在课上和学生争论,却没想过船要如何避开它们。
  • 收藏癖:有人想买一段海底电缆横截面当家居艺术品,却一直买不到,侧面说明这种工业物件令人着迷。