Optična vlakna so tehnologija pošiljanja informacij v obliki svetlobnih impulzov skozi tanke niti stekla ali plastike. Namesto premikanja elektronov skozi baker povezava iz optičnih vlaken vodi fotone po natančno zasnovanem jedru, zaradi česar lahko optična vlakna prenesejo veliko več podatkov na veliko daljše razdalje z manj motenj kot bakreni ethernetni kabli.
Ta vodnik pokriva, kaj so optična vlakna, kako fizično deluje optična povezava, kategorije kablov OS in OM, ki jih boste videli na vsakem podatkovnem listu, kakšno je optično vlakno v primerjavi z bakrenim in praktičen okvir odločanja za izbiro pravega kabla za vaše omrežje. Primeri temeljijo na resničnih inženirskih omejitvah, ne le na opisih iz učbenikov.
Kaj je optična vlakna?
Optična vlakna so uporaba optičnih vlaken za prenos podatkov s svetlobo. Optično vlakno je en las-tanek pramensteklo ali, v nekaterih-nekaterih primerih, plastiko. Kabel iz optičnih vlaken je dokončan sklop, ki ščiti eno ali več teh vlaken z močnimi elementi, blažilniki in plašči.
Najpreprostejši način razmišljanja o tem: optična vlakna premikajo podatke s svetlobo namesto z elektriko. Ta edina sprememba je tisto, zaradi česar so optična vlakna hrbtenica sodobnega interneta, hiperrazširjenih podatkovnih centrov, mobilnih fronthaul in backhaul ter dostopovnih omrežij FTTH.
Kako delujejo optična vlakna?
Povezava z optičnimi vlakni pretvori električne signale v svetlobo, pošlje to svetlobo po steklenem jedru in jo na skrajnem koncu pretvori nazaj v električne signale. Pet stvari se zgodi zaporedoma:
- Naprava (stikalo, usmerjevalnik, OLT, strežnik NIC) proizvaja električni signal.
- Oddajnik-sprejemnik uporablja laser (za eno-način) ali VCSEL/LED (za večnačin) za pretvorbo signala v modulirano svetlobo pri določeni valovni dolžini - običajno 850 nm, 1310 nm ali 1550 nm.
- Svetloba se širi skozi jedro vlakna, omejeno s popolnim notranjim odbojem.
- Fotodetektor na sprejemnem oddajniku pretvori svetlobo nazaj v električni signal.
- Sprejemna naprava dekodira signal in ga posreduje v sklad.
Znotraj optičnega vlakna: jedro, obloga, prevleka
Vsako optično vlakno ima tri koncentrične plasti:
- Jedro- stekleni kanal, skozi katerega dejansko potuje svetloba. Enom{2}}modno vlakno ima jedro približno 8–10 µm; večmodno vlakno ima običajno jedro 50 µm (62,5 µm v starem OM1).
- Obloge- steklena plast, ki obdaja jedro z nekoliko nižjim lomnim količnikom. Večina telekomunikacijskih vlaken uporablja oblogo debeline 125 µm.
- Premaz- zaščitna akrilatna plast (običajno 250 µm), ki ščiti steklo pred vlago in poškodbami pri rokovanju.
Poleg golih vlaken končni kabel doda vmesne cevi, aramidno prejo, vodo{0}}blokirni gel ali trak in zunanji plašč.Ohlapne-cevne in tesno-zasnove s pufromslužijo zelo različnim okoljem - ohlapna-cev za zunanjo in neposredno-napeljavo za vkop, tesno-zaščitena za kable v zaprtih prostorih.
Zakaj je popolni notranji odsev pomemben
Svetloba ostane v jedru, ker ima ovoj nižji lomni količnik. Ko svetloba zadene mejo med jedrom in ovojom pod dovolj plitkim kotom, se v celoti odbije nazaj v jedro, namesto da bi uhajala ven - pojav, imenovan popolni notranji odboj. TheZdruženje optičnih vlakenopisuje to kot temeljno načelo, ki omogoča optični prenos.
Tudi zato fiber prenaša rahle upogibe. To ni razlog, zakaj vlakna dopuščajo zlorabo: kršite najmanjši radij upogiba kabla in povzročite izgubo pri makroupogibanju; pustite, da se prah usede na končno stran konektorja in ustvarite vstavljeno izgubo in povratni odboj.
Glavne vrste kablov iz optičnih vlaken: eno-način proti večnačinovnemu
Prva odločitev pri vsakem projektu optičnih vlaken je eno-način ali večnačin. Vse ostalo - priključek, oddajnik, razdalja, cena - sledi iz te izbire.
Enoj{0}}optično vlakno (SMF)
Enom{0}}načinsko vlakno ima zelo ozko jedro (običajno 8–10 µm), ki podpira samo en način širjenja. Svetloba potuje v bistvu v ravni liniji navzdol po jedru, kar odpravlja modalno disperzijo in omogoča izjemno dolg doseg.
Enojni-način je privzet za:
- Telekom-omrežja za dolge razdalje in podzemna omrežja
- Hrbtenične in združevalne povezave ISP
- Kampus in hrbtenica-od-gradnje
- Medsebojno povezovanje podatkovnega centra (DCI) med lokacijami
- FTTH, FTTB in druga dostopovna omrežja
Sodobna eno-modna vlakna so kategorizirana kot OS1 ali OS2. Razlika je večinoma v konstrukciji kabla (tesna-zaščitna v primerjavi z ohlapno-cevjo) in dušenju na kilometer, ne v samem steklu.OS2 je standardna izbira za uporabo na prostem,-na dolge razdalje in FTTH, medtem ko je OS1 pogostejši v nadzorovanih notranjih okoljih.
Večmodna vlakna (MMF)
Večmodno vlakno ima večje 50 µm jedro, ki podpira več hkratnih svetlobnih poti. Zaradi tega je povezovanje svetlobe v - ceneje. Oddajniki-sprejemniki VCSEL so bistveno cenejši od laserjev DFB, ki se uporabljajo za-enojni-način na dolge razdalje -, vendar različne poti prispejo do sprejemnika ob nekoliko drugačnih časih, kar omejuje doseg.
Multimode se običajno uporablja za:
- Zgornje-povezave-ohišja in{2}}hrbtenja znotraj podatkovnega centra
- Strežnik--stikalo in povezave za shranjevanje
- Kratke stavbne ali talne hrbtenice
- Laboratorijska in testna okolja
Kategorije od OM1 do OM5 zajemajo večmodna vlakna z vse večjo-zmogljivostjo.OM3 in OM4 pokrivata veliko večino novih namestitev podatkovnih centrov, z dodanim OM5, ko je v igri širokopasovno kratko{1}}multipleksiranje z delitvijo valov (SWDM).
OS1, OS2 in OM1–OM5: specifikacije in tipični doseg
Spodnja tabela povzema, kako deluje vsaka kategorija s skupnimi hitrostmi Ethernet. Številke razdalje izhajajo iz standardov IEEE 802.3 za ustrezen PMD; daljši dosegi so možni s specializirano optiko.
| Kategorija | Vrsta vlaken | Premer jedra | Tipična valovna dolžina | Doseg pri 10G | Doseg pri 40/100G | Tipična uporaba |
|---|---|---|---|---|---|---|
| OS1 | Enojni-način | ~9 µm | 1310/1550 nm | 10 km+ | 10–40 km | Deluje v enojnem-načinu |
| OS2 | Enojni-način | ~9 µm | 1310/1550 nm | 10–40 km+ | 10–80 km z ustrezno optiko | Na prostem, na dolge-razdalje, FTTH, DCI |
| OM1 | Večmodni | 62.5 µm | 850 nm | 33 m | Ni priporočljivo | Podedovane namestitve |
| OM2 | Večmodni | 50 µm | 850 nm | 82 m | Ni priporočljivo | Starejši poslovni LAN |
| OM3 | Večmodni (lasersko-optimiziran) | 50 µm | 850 nm | 300 m | 100 m pri 40G/100G | Majhen doseg glavnega podatkovnega centra |
| OM4 | Večmodni (lasersko-optimiziran) | 50 µm | 850 nm | 400 m | 150 m pri 40G/100G | Zmogljivejši-podatkovni center |
| OM5 | Širokopasovni večmodni | 50 µm | 850–953 nm | 400 m+ | 150 m pri 40G/100G; podpira SWDM | Podatkovni centri načrtujejo SWDM |
Enoj-mod v primerjavi z večmodnim vlaknom
| Faktor | Enojni-način | Večmodni |
|---|---|---|
| Velikost jedra | 8–10 µm | 50 µm (62,5 µm za OM1) |
| Vir svetlobe | DFB ali FP laser | VCSEL ali LED |
| Tipičen doseg | Na desetine kilometrov | Do nekaj sto metrov |
| Cena optike | Višje na vrata | Nižje za kratek doseg |
| Cena kabla | Primerljivo, včasih nižje | Primerljivo |
| Najboljše za | Hrbtenica, FTTH, DCI, dolge povezave | Znotraj--stojala, lista-hrbtenica, laboratorij |
Zanesljivo pravilo: če bo povezava kdaj zapustila zgradbo, privzeto nastavite enojni-način. Če ostane v enem samem objektu in je pod nekaj sto metri, večmodni običajno zmaga glede skupnih stroškov.
Zakaj optični kabli podpirajo večjo pasovno širino kot bakreni
Optična prednost pasovne širine ni trženje -, ampak izhaja iz fizike. Optične frekvence so za nekaj velikostnih redov višje od frekvenc, ki jih je mogoče doseči na sukanem paru, zato je mogoče eno vlakno modulirati z veliko več podatkov na sekundo. Z multipleksiranjem z delitvijo valovnih dolžin lahko ena veriga prenaša na desetine neodvisnih kanalov po 100G, 200G ali 400G vsak.IEEE 802.3že definira 400G in 800G Ethernet prek vlaken; nič blizu ne obstaja prek bakra na smiselni razdalji.
Kako daleč lahko optični kabli prenašajo podatke?
Doseg je odvisen od kategorije optičnih vlaken, oddajnika-sprejemnika in proračuna izgube povezave - ne samo od kabla. Kot referenčne točke:
- OM3/OM4 multimode pri 10GBASE-SR: 300 m / 400 m
- OS2 enojni-način pri 10GBASE-LR (1310 nm): 10 km
- OS2 pri 10GBASE-ER (1550 nm): 40 km
- OS2 pri 10GBASE-ZR z optiko-stranske linije: 80 km
- Koherentni sistemi DWDM: na stotine do tisoče kilometrov z ojačevalniki
Ali so vlakna varnejša od bakra?
Optična vlakna je težje skriti kot bakreni Ethernet. Vstavljanje pasivnega priključka na vlakno običajno povzroči merljivo vstavljeno izgubo in povratni odboj, ki ju lahko zazna OTDR ali aktivno spremljanje povezave. Nasprotno pa baker prepušča elektromagnetno sevanje, ki ga je mogoče pobrati v bližini.
Zaradi tega vlakno samo po sebi ni "varno" - odločen napadalec s fizičnim dostopom in ustrezno opremo za spajanje lahko še vedno posega po vlaknu. Z optičnimi vlakni ravnajte kot z močnejšo osnovo-plasti fizičnega sloja, ne kot z nadomestkom za šifriranje in nadzor dostopa.
Slabosti in omejitve optičnih vlaken
Fiber je pravi odgovor za večino visoko{0}}zmogljivih povezav, vendar ima resne slabosti.
Višji začetni stroški na kratkih povezavah
Za 20 m vožnje med stikalom in namizjem je povezovalni kabel Cat 6 hitrejši, cenejši in lažji od alternativnega vlakna. Oddajno-sprejemniki za vlakna, orodja za spajanje, fuzijski spajalniki in oprema za testiranje OTDR povečajo realne kapitalske stroške.
Bolj specializirana namestitev
Fiber slabo prenaša slabo izdelavo.Pravilna namestitevpomeni upoštevanje radija upogiba, nadzor vlečne napetosti, vzdrževanje čistih konektorjev in testiranje vsakega zaključka. Če preskočite te korake, ustvarite povezave, ki uspešno prestanejo preskuse kontinuitete, vendar ne uspejo pod obremenitvijo.
Brez domačega napajanja
Standardna vlakna ne prenašajo električnega toka, zato ne morejo zagotoviti PoE kameram, dostopnim točkam ali telefonom. Hibridni kabli, ki združujejo vlakna z bakrenimi električnimi vodniki, obstajajo, vendar so drug razred izdelkov.
Pasti združljivosti
Optična povezava deluje le, če se vse komponente ujemajo: vrsta vlakna (SM ali MM), konektor (LC, SC, MPO), poliranje (PC, UPC, APC), valovna dolžina in doseg oddajnika se morajo ujemati. Neujemajoči se konektorji APC in UPC se bodo na primer fizično združili, vendar bodo povzročili nesprejemljivo vstavljeno izgubo.
Optični kabel proti bakrenemu kablu
| Faktor | Optični kabel | Baker (Cat 6/6A/8) |
|---|---|---|
| Srednji signal | Svetloba | Električni tok |
| Največji doseg Etherneta | 10–80 km (en-način) | 100 m (tipično), 30 m za Cat 8 |
| Najvišja podprta cena | 400G in 800G v IEEE 802.3 | 40G nad Cat 8 |
| EMI odpornost | imunski | Dovzetni |
| Napajanje preko kabla | Nobenega domačega | PoE/PoE+/PoE++ do 90 W |
| Spretnost prenehanja | Kvalificirana delovna sila, pogosto fuzijsko spajanje | Standardno stiskanje RJ45 |
| Vnaprejšnji stroški (kratka povezava) | višje | Nižje |
| Dolgoročna-razširljivost | Odlično | Omejeno |
Iskren odgovor na "vlakna ali baker" je "oboje na svojih pravih mestih." Sodoben kampus običajno uporablja eno-optično vlakno na hrbtenici, večmodno vlakno v dvoranah podatkovnega centra in bakreno omrežje od dostopovnih stikal do končnih naprav.
Pogoste uporabe optičnih vlaken
Telekom in internetna hrbtenica
Prevozniki-na dolge razdalje vodijo na tisoče kilometrov eno-optičnih vlaken med mesti, osvetljenimi s koherentno optiko DWDM. Podmorski kabli, ki povezujejo celine, so prav tako iz vlaken - običajno z optičnimi ojačevalniki (EDFA) vsakih 50–100 km.
Hyperscale in Enterprise Data Centers
Znotraj sodobnega podatkovnega središča so povezave od-do-hrbtenice običajno vzporedna optika, ki temelji na MPO- prek OM4 ali OM5, povezave od strežnika- do-leaf pa so pogosto LC duplex na OM3/OM4.MPO in MTP magistralni in prelomni kablizaradi česar so gostote vrat 40G, 100G in 400G praktične v velikem obsegu.
FTTH in širokopasovni dostop
Optična vlakna do doma razširijo eno-načinovna vlakna od OLT prek pasivnega optičnega razdelilnika do ONT pri vsakem naročniku. Običajna arhitektura GPON ali XGS-PON oskrbuje 32 ali 64 domov iz enih vrat PON in podpira gigabitne-hitrosti povezave navzdol. Podrobna zasnova anFTTH dostopovno omrežjevreden svojega vodnika.
Industrija, medicina in zaznavanje
V tovarnah vlakna nadomeščajo baker na vseh povezavah, ki prečkajo visoko{0}}napetostno opremo ali-frekvenčne pogone - baker pobere preveč električnega šuma, da bi bil zanesljiv. Medicinski endoskopi uporabljajo snope vlaken za prenos svetlobe in slikovnih podatkov. Porazdeljeni senzorji vlaken zaznavajo vibracije, temperaturo in napetost vzdolž cevovodov, obodov in struktur.
Kako izbrati pravi optični kabel
Izbira kabla se mora začeti z omrežno zahtevo, ne z linijo izdelkov. Po vrstnem redu preglejte teh pet vprašanj.
1. Kakšna je razdalja povezave in zahtevana hitrost?
Preslikajte razdaljo glede na IEEE 802.3 PMD, ki ustreza vaši hitrosti. 250 m 10G povezava lahko poganja OM3; 350 m 10G povezava želi OM4 ali enojni-način; vse, kar presega 550 m pri 10G, je-ozemlje enega načina. Za 100G/400G se večnačin hitro zruši - enojni-način je varna privzeta možnost, ki presega eno zgradbo.
2. Kateri oddajnik-sprejemnik bo osvetlil vlakno?
Kabel in optični modul se morata ujemati. Preverite:
- Vrsta vlakna: eno-mod vs večmod
- Valovna dolžina: 850 nm proti 1310 nm proti 1550 nm ali mreže CWDM/DWDM
- Konektor: LC duplex, SC ali MPO/MTP
- Specifikacija dosega (SR, LR, ER, ZR)
- Duplex vs paralelno (MPO) signaliziranje
Združevanje napačnega oddajnika-sprejemnika in optičnega vlakna je najpogostejši vzrok za vstopnice "povezava je temna". 10GBASE-LR eno{3}}sprejemnik-sprejemnik na večnačinovnem povezovalnem kablu lahko občasno trepeta ali se sploh ne poveže.
3. Kateri priključek ustreza vaši opremi?
Štiri vrste priključkov, ki jih boste danes videli na resnični opremi:
- LC- privzeto na sodobnih oddajnikih in sprejemnikih SFP/SFP+/SFP28 in večini dupleksnih povezav podatkovnih centrov
- SC- pogosto v telekomunikacijah, FTTH ONT in nekateri stari podjetniški opremi
- MPO/MTP- konektorji z več- vlakni, ki se uporabljajo za vzporedne 40G/100G/400G optike in vodila visoke-gostote
- FC in ST- najdemo v starejših omrežjih, testni opremi in nekaterih industrijskih uvedbah
Podrobnejša predstavitev vsake vrste konektorja -, vključno z izpopolnjenimi slogi in tem, kje je pomemben APC proti UPC -, je v našemvodnik po vrstah konektorjev za optična vlakna.
4. Kaj je namestitveno okolje?
Plašč in konstrukcija sta pomembna enako kot steklo:
- Notranji dvižni vod ali plenum- ognjevarni-japiči, kjer to zahteva koda (CMR, CMP)
- Zunanja antena- UV-odporen jopič, pogosto s konstrukcijo ADSS ali osmico
- Neposredni vkop ali kanal- oklepni ali-z gelom napolnjeni ohlapni-cevni kabel
- Industrijski- oklepni kabel, ocenjen za ustrezno kemično in mehansko izpostavljenost
5. Kako bo povezava testirana?
Načrtujte testiranje, preden potegnete kabel. Vsaj vsak zaključek dobi pregled konektorja s fiberskopom in preskus vnesene izgube z virom svetlobe in merilnikom moči. Za daljše ali kritične povezave dodajte OTDR sled, da poiščete morebitne dogodke z visoko-izgubo.Fluke Networks objavlja dober referenčni materialo preskusnih metodah za certificiranje in odpravljanje težav.
pogosta vprašanja
V: Kaj so optična vlakna z enostavnimi besedami?
O: Optična vlakna so način pošiljanja podatkov z uporabo svetlobnih impulzov skozi tanka steklena vlakna. To je tehnologija v ozadju hitrega-interneta, sodobnih podatkovnih centrov in večine-komunikacijskih omrežij na velike razdalje.
V: Ali je optični kabel hitrejši od bakrenega?
O: Za velike razdalje in visoke hitrosti prenosa podatkov, da - precej. Enoj-optično vlakno redno prenaša 100G ali 400G na desetine kilometrov, medtem ko bakreni ethernet dosega najvišjo hitrost 40G na 30 m (Cat 8) ali 10G na 100 m (Cat 6A).
V: Kakšna je največja razdalja eno-modnega vlakna?
O: Odvisno od oddajnika. Standardni 10GBASE-LR teče 10 km, 10GBASE-ER teče 40 km, 10GBASE-ZR teče 80 km, koherentni sistemi DWDM pa se z ojačanjem razširijo na stotine ali tisoče kilometrov.
V: Je OS2 boljši od OS1?
O: Za večino novih namestitev, da. OS2 ima nižje dušenje in uporablja ohlapno-cevno konstrukcijo, ki je primerna tako za notranjo kot zunanjo uporabo, medtem ko je OS1 v bistvu notranja tesna-zaščitna specifikacija z večjo izgubo na kilometer.
V: Je OM4 boljši od OM3?
O: OM4 podpira daljši doseg pri enaki hitrosti -, na primer 400 m pri 10G v primerjavi s 300 m za OM3 in 150 m v primerjavi s 100 m pri 40G/100G. Če je dolžina povezave udobno v dosegu OM3, je OM3 običajno stroškovno-učinkovitejši.
V: Ali se lahko kabel iz optičnih vlaken uporablja na prostem?
O: Da, s pravilno konstrukcijo. Zunanji optični kabli uporabljajo UV-odporne plašče, vodo-blokirne elemente in pogosto oklepne ali ohlapne-cevne zasnove. Notranji-kabel se ne sme uporabljati na prostem in obratno.
V: Kateri konektorji se uporabljajo za optični kabel?
O: Najpogostejši so LC (sodoben podatkovni center in optika SFP), SC (telekom in FTTH), MPO/MTP (vzporedna optika pri 40G in več) in FC/ST v starejših ali industrijskih sistemih.
V: Ali optična vlakna potrebujejo sprejemnik ali modem?
O: Potrebuje sprejemnik/sprejemnik - običajno SFP, SFP+, QSFP+, QSFP28 ali QSFP-DD -, ki pretvarja med električnimi in optičnimi signali na vsakem koncu povezave. Storitve FTTH se običajno končajo na ONT, ki je enakovreden sprejemniku in oddajniku v stanovanjskih enotah.
V: Ali optični kabel prenaša elektriko ali PoE?
O: Ne. Standardna vlakna prepuščajo samo svetlobo. Če želite napajati oddaljeno napravo, bodisi namestite baker poleg vlakna ali uporabite hibridni kabel iz vlaken/bakra.
V: Ali je kabel iz optičnih vlaken krhek?
O: Steklene niti so krhke, vendar je končni kabel robusten, če je pravilno nameščen. Večina okvar na terenu izvira iz kršitve radija upogiba, premočnega vlečenja med namestitvijo ali slabega ravnanja s priključkom - in ne zaradi okvare samega stekla.
V: Kdaj naj izberem vlakna namesto bakra?
O: Optična vlakna izberite, ko je povezava daljša od 100 m, ko prečka okolja z električnim hrupom, ko mora podpirati 25G ali višje hitrosti ali ko je na poti, ki jo bo pozneje drago obnoviti. Baker še vedno zmaguje pri kratkih dostopovnih povezavah, končnih točkah s napajanjem PoE-in majhnih pisarnah.
Zaključek
Optična vlakna so temelj skoraj vsakega sodobnega visoko-zmogljivega omrežja -, kategorija kabla, vrsta konektorja in izbira oddajnika pa resnično vplivajo na to, ali povezava deluje v skladu s specifikacijami.
- UporabaOS2 enojni-načinza vse, kar zapusti zgradbo, plus FTTH in dolg-razdalje.
- UporabaOM4 (ali OM5 za SWDM)multimode za-gradnjo povezav podatkovnih centrov pod nekaj sto metri.
- UporabaOM3ko je proračun pomemben in je dolžina povezave na dosegu roke.
- Uporababakerza kratke dostopne povezave, naprave PoE in osnovne pisarniške kable.
Pred nabavo zaklenite razdaljo, hitrost, oddajnik-sprejemnik, konektor, okolje in načrt testiranja. To delo opraviti vnaprej -, namesto da bi pustili, da izbira kabla vpliva na zasnovo -, je največji napovedovalec, ali bo optična instalacija delovala v celotni predvideni življenjski dobi.
