Optika je tehnologija slanja informacija u obliku impulsa svjetlosti kroz tanke niti stakla ili plastike. Umjesto da pomiče elektrone kroz bakar, optička veza vodi fotone niz precizno konstruirano jezgro, zbog čega vlakna mogu prenijeti daleko više podataka, na mnogo većim udaljenostima, uz manje smetnji od bakarnog Ethernet kabla.
Ovaj vodič pokriva šta je optička vlakna, kako optička veza fizički funkcionira, kategorije OS i OM kabela koje ćete vidjeti na svakoj tablici sa podacima, kako se vlakna porede s bakrom i praktičan okvir za donošenje odluka za odabir pravog kabela za vašu mrežu. Primjeri se oslanjaju na stvarna inženjerska ograničenja, a ne samo na opise udžbenika.
Šta je optička vlakna?
Optika je upotreba optičkih vlakana za prijenos podataka pomoću svjetlosti. Optičko vlakno je jedna dlaka{1}}tanka nitistaklo ili, u nekim-primjenama na kratkom dometu, plastika. Kabl od optičkih vlakana je gotov sklop koji štiti jedno ili više tih vlakana sa čvrstim elementima, puferima i omotačem.
Najjednostavniji način razmišljanja o tome: optička vlakna pomiču podatke pomoću svjetlosti umjesto električne energije. Ta jedina promjena je ono što čini optička vlakna okosnicom modernog interneta, hiperscale data centara, mobilnog fronthaul-a i backhaul-a i FTTH pristupnih mreža.
Kako radi optička vlakna?
Veza sa optičkim vlaknima pretvara električne signale u svjetlost, šalje tu svjetlost niz stakleno jezgro i pretvara je nazad u električne signale na drugom kraju. Pet stvari se dešavaju u nizu:
- Uređaj (prekidač, ruter, OLT, serverska NIC) proizvodi električni signal.
- Primopredajnik koristi laser (za jednostruki-način) ili VCSEL/LED (za multimod) za pretvaranje signala u modulirano svjetlo na određenoj talasnoj dužini - tipično 850 nm, 1310 nm ili 1550 nm.
- Svjetlost se širi kroz jezgro vlakna, ograničena totalnom unutrašnjom refleksijom.
- Fotodetektor na prijemnom primopredajniku pretvara svjetlost natrag u električni signal.
- Prijemni uređaj dekodira signal i prosljeđuje ga nagore.
Unutar optičkog vlakna: jezgra, obloga, premaz
Svako optičko vlakno ima tri koncentrična sloja:
- Core- stakleni kanal kroz koji svjetlost zapravo putuje. Jednomodno vlakno ima jezgro oko 8–10 µm; višemodno vlakno tipično ima jezgro od 50 µm (62,5 µm kod naslijeđenog OM1).
- Oblaganje- stakleni sloj koji okružuje jezgro sa nešto nižim indeksom prelamanja. Većina telekomunikacionih vlakana koristi oblogu od 125 µm.
- Premazivanje- zaštitni akrilatni sloj (obično 250 µm) koji štiti staklo od vlage i oštećenja pri rukovanju.
Osim golog vlakna, gotovi kabl dodaje puferske cijevi, aramidnu pređu, gel ili traku za{0}}blokiranje vode i vanjski omotač.Labavi-cijev i čvrsti-baferirani dizajnisluže u veoma različitim okruženjima - labave-cijev za vanjske i direktne-ukopane prolaze, čvrste-baferirane za unutrašnje kablove.
Zašto je potpuna unutrašnja refleksija važna
Svjetlost ostaje u jezgru jer obloga ima niži indeks prelamanja. Kada svjetlost udari u granicu jezgra – obloga pod dovoljno plitkim uglom, ona se u potpunosti reflektira natrag u jezgro umjesto da curi van -, što je fenomen koji se naziva totalna unutrašnja refleksija. TheUdruženje za optička vlaknaopisuje ovo kao osnovni princip koji omogućava optički prijenos.
To je i razlog zašto vlakna tolerišu nježna savijanja. Nije razlog zašto vlakna tolerišu zloupotrebu: prekršite minimalni radijus savijanja kabla i generišete gubitak na makro savijanju; pustite da prašina sjedi na prednjoj strani konektora i generirate gubitak pri umetanju i povratnu refleksiju.
Glavne vrste optičkih kablova: Jednomodni{0}}način protiv višemodnog
Prva odluka u bilo kojem projektu s optičkim vlaknima je single-mode ili multimode. Sve ostalo - konektor, primopredajnik, udaljenost, cijena - proizilazi iz tog izbora.
Single{0}}Mode Fiber (SMF)
Jednomodno{0}} vlakno ima vrlo usko jezgro (obično 8-10 µm) koje podržava samo jedan način širenja. Svjetlost putuje u suštini pravolinijski niz jezgro, što eliminira modalnu disperziju i omogućava izuzetno dug doseg.
Jednostruki{0}}način je zadani za:
- Telekomske mreže{0}}na daljinu i metro mreže
- ISP okosnica i veze za agregaciju
- Kampus i od{0}}do{1}}gradnje okosnice
- Interkonekt centara podataka (DCI) između lokacija
- FTTH, FTTB i druge pristupne mreže
Moderno jedno{0}}modno vlakno je kategorizirano kao OS1 ili OS2. Razlika se uglavnom odnosi na konstrukciju kabla (zategnuta-tamponovana naspram labave-cijev) i slabljenje po kilometru, a ne na samo staklo.OS2 je standardni izbor za vanjske,-udaljene i FTTH implementacije, dok je OS1 češći u kontrolisanim zatvorenim okruženjima.
Višemodno vlakno (MMF)
Višemodno vlakno ima veću jezgru od 50 µm koja podržava mnoge istovremene svjetlosne puteve. Zbog toga je uparivanje svjetla u - VCSEL primopredajnike znatno jeftinije od DFB lasera koji se koriste za dugotrajne-jednostavne-mode -, ali različite putanje načina rada stižu do prijemnika u nešto različito vrijeme, što ograničava doseg.
Multimode se obično koristi za:
- Vrh{0}}-regalnih i lisnih-veza unutar data centra
- Server{0}}za-prebacivanje i veze za pohranu
- Kratke građevinske ili spratne okosnice
- Laboratorijska i testna okruženja
Kategorije OM1 do OM5 pokrivaju višemodna vlakna-progresivno viših performansi.OM3 i OM4 pokrivaju veliku većinu instalacija novih data centara, sa dodatkom OM5 kada je širokopojasno-multipleksiranje s podjelom talasnih dužina (SWDM) u igri.
OS1, OS2 i OM1–OM5: Specifikacije i tipični doseg
Tabela ispod rezimira kako se svaka kategorija ponaša s uobičajenim Ethernet brzinama. Brojke udaljenosti potiču iz IEEE 802.3 standarda za relevantni PMD; duži doseg je moguć uz specijaliziranu optiku.
| Kategorija | Fiber Type | Prečnik jezgra | Tipična talasna dužina | Dosegnite na 10G | Doseg na 40/100G | Tipična upotreba |
|---|---|---|---|---|---|---|
| OS1 | Jednostruki{0}}način | ~9 µm | 1310 / 1550 nm | 10 km+ | 10–40 km | U zatvorenom jednom-načinu rada |
| OS2 | Jednostruki{0}}način | ~9 µm | 1310 / 1550 nm | 10–40 km+ | 10–80 km sa odgovarajućom optikom | Na otvorenom, dugo{0}}, FTTH, DCI |
| OM1 | Multimode | 62.5 µm | 850 nm | 33 m | Ne preporučuje se | Naslijeđene instalacije |
| OM2 | Multimode | 50 µm | 850 nm | 82 m | Ne preporučuje se | Starije poslovne LAN mreže |
| OM3 | Multimode (laserski{0}}optimiziran) | 50 µm | 850 nm | 300 m | 100 m pri 40G/100G | Uobičajeni podatkovni centar na kratkom dometu |
| OM4 | Multimode (laserski{0}}optimiziran) | 50 µm | 850 nm | 400 m | 150 m pri 40G/100G | Data centar-većih performansi |
| OM5 | Širokopojasni multimod | 50 µm | 850–953 nm | 400 m+ | 150 m pri 40G/100G; podržava SWDM | Data centri planiraju SWDM |
Jednostruki{0}}način u odnosu na višemodno vlakno
| Faktor | Jednostruki{0}}način | Multimode |
|---|---|---|
| Veličina jezgra | 8–10 µm | 50 µm (62,5 µm za OM1) |
| Izvor svjetlosti | DFB ili FP laser | VCSEL ili LED |
| Tipičan doseg | Desetine kilometara | Do nekoliko stotina metara |
| Cijena optike | Više po portu | Niže za kratak doseg |
| Trošak kabla | Uporedivo, ponekad niže | Uporedivo |
| Najbolje za | Backbone, FTTH, DCI, duge veze | Unutar--stalka, listova-kičme, laboratorija |
Pouzdano pravilo: ako će veza ikada napustiti zgradu, zadani način rada je jedan-. Ako ostane unutar jednog objekta i ispod nekoliko stotina metara, multimod obično pobjeđuje na ukupnim troškovima.
Zašto optički kablovi podržavaju veći propusni opseg od bakra
Prednost propusnog opsega Fibera nije marketing - već dolazi iz fizike. Optičke frekvencije su nekoliko redova veličine veće od frekvencija koje se mogu postići na upredenoj parici, tako da se jedno vlakno može modulirati sa znatno više podataka u sekundi. Uz multipleksiranje s podjelom talasnih dužina, jedan lanac može nositi desetine nezavisnih kanala od 100G, 200G ili 400G svaki.IEEE 802.3već definira 400G i 800G Ethernet preko vlakana; ništa blisko ne postoji preko bakra na značajnoj udaljenosti.
Koliko daleko optički kablovi mogu prenositi podatke?
Doseg zavisi od kategorije vlakana, primopredajnika i budžeta za gubitak veze -, a ne samo od kabla. Kao referentne tačke:
- OM3/OM4 multimode na 10GBASE-SR: 300 m / 400 m
- OS2 single-način na 10GBASE-LR (1310 nm): 10 km
- OS2 na 10GBASE-ER (1550 nm): 40 km
- OS2 na 10GBASE-ZR sa linijskom-bočnom optikom: 80 km
- Koherentni DWDM sistemi: stotine do hiljade kilometara sa pojačalima
Da li su vlakna sigurnija od bakra?
Optika je teže prikriveno prisluškivati nego bakarni Ethernet. Umetanje pasivne slavine na vlakno obično uzrokuje mjerljiv gubitak umetanja i povratnu refleksiju, što OTDR ili aktivno praćenje veze može otkriti. Bakar, naprotiv, propušta elektromagnetno zračenje koje se može pokupiti u blizini.
Ovo ne čini vlakno "sigurnim" samo po sebi - odlučnog napadača sa fizičkim pristupom i odgovarajuća oprema za spajanje i dalje može dodirnuti vlakno. Tretirajte vlakna kao čvršću osnovu fizičkog-sloja, a ne kao zamjenu za šifriranje i kontrolu pristupa.
Nedostaci i ograničenja optičkih vlakana
Fiber je pravi odgovor za većinu linkova{0}}visokih performansi, ali ima stvarne nedostatke.
Veći početni trošak za kratke veze
Za trčanje od 20 m između prekidača i radne površine, Cat 6 patch kabel je brži, jeftiniji i lakši od alternativne oplate. Primopredajnici za vlakna, alati za spajanje, uređaji za spajanje i OTDR oprema za testiranje dodaju stvarne kapitalne troškove.
Više specijalizovane instalacije
Vlakna loše tolerišu lošu izradu.Pravilna instalacijaznači poštovanje radijusa savijanja, kontrolu napetosti povlačenja, održavanje konektora čistim i testiranje svakog završetka. Preskakanje ovih koraka proizvodi veze koje prolaze testove kontinuiteta, ali ne uspijevaju pod opterećenjem.
Nema izvorne isporuke energije
Standardno vlakno ne nosi električnu struju, tako da ne može isporučiti PoE kamerama, pristupnim tačkama ili telefonima. Postoje hibridni kablovi koji kombinuju vlakna sa bakrenim energetskim provodnicima, ali oni su druga klasa proizvoda.
Zamke kompatibilnosti
Vlakna veza radi samo kada se svaka komponenta slaže: tip vlakna (SM ili MM), konektor (LC, SC, MPO), poliranje (PC, UPC, APC), talasna dužina i domet primopredajnika moraju se podudarati. Neusklađeni APC i UPC konektori, na primjer, će se fizički spojiti, ali će proizvesti neprihvatljiv gubitak pri umetanju.
Optički kabel u odnosu na bakarni kabel
| Faktor | Fiber Optic Cable | bakar (Cat 6/6A/8) |
|---|---|---|
| Signalni medij | Light | Električna struja |
| Max Ethernet doseg | 10–80 km (jednostruki-način) | 100 m (tipično), 30 m za kategoriju 8 |
| Najveća podržana stopa | 400G i 800G u IEEE 802.3 | 40G preko kategorije 8 |
| EMI otpornost | Imun | Osjetljiva |
| Napajanje preko kabla | Nijedan izvorno | PoE/PoE+/PoE++ do 90 W |
| Vještina prekidanja | Kvalificirana radna snaga, često spajanje fuzijom | Standardno RJ45 presovanje |
| Cijena unaprijed (kratka veza) | Više | Niže |
| Dugoročna-skalabilnost | Odlično | Ograničeno |
Iskren odgovor na "vlakna ili bakar" je "oba, na svojim pravim mestima". Moderan kampus obično pokreće jedno-modno vlakno na okosnici, multimodno vlakno u halama centra podataka i bakar od pristupnih prekidača do krajnjih uređaja.
Uobičajene primjene optičkih vlakana
Telekom i Internet okosnica
Prijevoznici na duge{0}}mjesečne linije prenose hiljade kilometara jednomodnog-optika između gradova, osvijetljenih DWDM koherentnom optikom. Podmorski kablovi koji povezuju kontinente su također vlakna - tipično sa optičkim pojačalima (EDFA) svakih 50-100 km.
Hyperscale i Enterprise Data Centers
Unutar modernog centra podataka, veze između lista-do-kičme su obično MPO-bazirane paralelne optike preko OM4 ili OM5, a veze između servera-to-su često LC dupleksne na OM3/OM4.MPO i MTP trunk i breakout kablovisu ono što čini gustoće portova od 40G, 100G i 400G praktičnim na skali.
FTTH i širokopojasni pristup
Vlakna do kuće proširuju jedno-modno vlakno od OLT-a, preko pasivnog optičkog razdjelnika, do ONT-a na svakom pretplatniku. Tipična GPON ili XGS-PON arhitektura opslužuje 32 ili 64 kuće sa jednog PON porta i podržava brzine gigabitne- klase downlink. Detaljni projekat anFTTH pristupna mrežavredi sopstvenog vodiča.
Industrijski, medicinski i senzorski
U fabrikama, vlakna zamjenjuju bakar na bilo kojoj vezi koja prelazi visokonaponsku-opremu ili promjenjive-promjenjive frekvencije - bakar preuzima previše električnog šuma da bi bio pouzdan. Medicinski endoskopi koriste snopove vlakana za isporuku svjetlosnih i slikovnih podataka. Distribuirani optički senzori otkrivaju vibracije, temperaturu i naprezanje duž cjevovoda, perimetara i struktura.
Kako odabrati pravi optički kabel
Odabir kabela treba početi sa zahtjevima mreže, a ne s linijom proizvoda. Prođite kroz ovih pet pitanja, redom.
1. Koja je udaljenost veze i potrebna brzina?
Mapirajte udaljenost prema IEEE 802.3 PMD koja odgovara vašoj brzini. 250 m 10G veza može pokrenuti OM3; 350 m 10G veza želi OM4 ili single{8}}način; sve što prelazi 550 m na 10G je teritorija jednog-moda. Za 100G/400G, multimode dostiže brzo kolaps - pojedinačni-način je siguran zadani način rada izvan jedne zgrade.
2. Koji će primopredajnik upaliti vlakno?
Kabl i optički modul moraju se podudarati. Potvrdite:
- Tip vlakna: jednostruki-način u odnosu na višemod
- Talasna dužina: 850 nm vs 1310 nm vs 1550 nm, ili CWDM/DWDM mreže
- Konektor: LC duplex, SC ili MPO/MTP
- Specifikacija dosega (SR, LR, ER, ZR)
- Dupleksna naspram paralelna (MPO) signalizacija
Uparivanje pogrešnog primopredajnika i optičkog vlakna jedini je najčešći uzrok tiketa "link is dark". 10GBASE-LR single- primopredajnik na višemodnom patch kablu može povremeno klapati ili se uopće ne povezati.
3. Koji konektor odgovara vašoj opremi?
Četiri tipa konektora koje ćete danas vidjeti na stvarnoj opremi:
- LC- zadana vrijednost na modernim SFP/SFP+/SFP28 primopredajnicima i većini dupleks linkova za data centar
- SC- uobičajeno u telekomunikacijama, FTTH ONT-ovima i nekoj naslijeđenoj poslovnoj opremi
- MPO/MTP- više-konektori za vlakna koji se koriste za paralelnu 40G/100G/400G optiku i kanale velike{5} gustine
- FC i ST- pronađeno u starijim mrežama, opremi za testiranje i nekim industrijskim primjenama
Detaljnije objašnjenje svakog tipa konektora - uključujući stilove poliranja i gdje su APC vs UPC bitni - nalazi se u našemvodič za tipove optičkih konektora.
4. Šta je instalacijsko okruženje?
Jakna i konstrukcija su važni koliko i staklo:
- Unutrašnji uspon ili plenum- jakne sa-ocjenom plamena gdje to zahtijeva kod (CMR, CMP)
- Vanjska antenaJakna otporna na - UV-konstrukciju, često sa ADSS ili figurom-8 konstrukcijom
- Direktno ukopavanje ili kanal- oklopljeni ili gel-punjeni labavi-kabl
- Industrial- oklopni kabel ocijenjen za relevantnu hemijsku i mehaničku izloženost
5. Kako će se link testirati?
Planirajte testiranje prije nego što povučete kabel. U najmanju ruku, svaki završetak dobiva inspekciju konektora fiberskopom i test gubitka pri umetanju sa izvorom svjetlosti i mjeračem snage. Za duže ili kritične veze, dodajte OTDR trag da locirate sve događaje velikog-gubitka.Fluke Networks objavljuje dobar referentni materijalo metodama ispitivanja i za certifikaciju i za rješavanje problema.
FAQ
P: Šta je optička vlakna jednostavnim riječima?
O: Optika je način slanja podataka pomoću impulsa svjetlosti kroz tanka staklena vlakna. To je tehnologija koja stoji iza-brzinog interneta, modernih podatkovnih centara i većine{2}}mreža za komunikaciju na daljinu.
P: Da li je optički kabl brži od bakra?
O: Za velike udaljenosti i velike brzine prijenosa podataka, da - značajno. Jednomodno vlakno rutinski prenosi 100G ili 400G na desetine kilometara, dok bakarni Ethernet dostiže 40G na 30 m (Cat 8) ili 10G na 100 m (Cat 6A).
P: Koja je maksimalna udaljenost jednog-modnog vlakna?
O: Zavisi od primopredajnika. Standardni 10GBASE-LR trči 10 km, 10GBASE-ER 40 km, 10GBASE-ZR 80 km, a koherentni DWDM sistemi se protežu na stotine ili hiljade kilometara sa pojačanjem.
P: Da li je OS2 bolji od OS1?
O: Za većinu novih instalacija, da. OS2 ima niže prigušenje i koristi labavu-konstrukciju cijevi pogodnu i za unutrašnju i vanjsku upotrebu, dok je OS1 u suštini zatvorena{4}}baferirana specifikacija sa većim gubicima po kilometru.
P: Da li je OM4 bolji od OM3?
O: OM4 podržava duži doseg pri istoj brzini -, na primjer, 400 m pri 10G naspram 300 m za OM3, i 150 m naspram 100 m pri 40G/100G. Ako je dužina veze na dohvat ruke OM3, OM3 je obično isplativiji-.
P: Može li se optički kabel koristiti na otvorenom?
O: Da, sa pravilnom konstrukcijom. Vanjski vlaknasti kablovi koriste UV-otporne omote, elemente za{2}}blokiranje vode i često oklopljene ili labave-cijeve. Indoor-kabl se ne smije koristiti na otvorenom i obrnuto.
P: Koji se konektori koriste za optički kabl?
O: Najčešći su LC (moderni centar podataka i SFP optika), SC (telekom i FTTH), MPO/MTP (paralelna optika na 40G i više) i FC/ST u starijim ili industrijskim sistemima.
P: Da li je optičkom vlaknu potreban primopredajnik ili modem?
O: Potreban mu je primopredajnik - obično SFP, SFP+, QSFP+, QSFP28 ili QSFP-DD - koji pretvara električne i optičke signale na svakom kraju veze. FTTH usluge obično završavaju na ONT-u, što je rezidencijalni ekvivalent primopredajnika.
P: Da li optički kabl prenosi struju ili PoE?
O: Ne. Standardno vlakno prenosi samo svjetlost. Da biste napajali udaljeni uređaj, ili instalirate bakar uz vlakno ili koristite hibridni vlakno/bakarni kabel.
P: Da li je optički kabl lomljiv?
O: Staklene žice su lomljive, ali gotovi kabl je robustan kada je pravilno instaliran. Većina kvarova na terenu dolazi zbog kršenja radijusa savijanja, previše povlačenja tokom instalacije ili lošeg rukovanja konektorom -, a ne zbog kvara samog stakla.
P: Kada da odaberem vlakna umjesto bakra?
O: Odaberite vlakno kada je veza duža od 100 m, kada prelazi okruženja sa električnim bukom, kada treba da podržava 25G ili veće brzine, ili kada se nalazi na putu koji će kasnije biti skupo za ponovno povezivanje. Bakar i dalje pobjeđuje za kratke pristupne veze, PoE-napajane krajnje tačke i male kancelarije.
Zaključak
Optika je osnova svake moderne mreže visokih-mreža visokih performansi -, a kategorija kabla, tip konektora i izbor primopredajnika imaju stvarni uticaj na to da li veza radi prema specifikaciji.
- KoristiOS2 single-način radaza sve što napusti zgradu, plus FTTH i duge{0}}relacije.
- KoristiOM4 (ili OM5 za SWDM)multimode za-izgradnju veza sa centrima podataka ispod nekoliko stotina metara.
- KoristiOM3kada je budžet bitan i dužina veze je na dohvat ruke.
- Koristibakarza kratke pristupne veze, PoE uređaje i osnovno kancelarijsko kabliranje.
Prije nabavke, zaključajte udaljenost, brzinu, primopredajnik, konektor, okruženje i plan testiranja. Raditi taj posao unaprijed - umjesto da se dozvoli izbor kabla da pokreće dizajn - je najveći jedini prediktor da li će instalacija vlakana raditi tokom svog punog predviđenog životnog vijeka.
