Оптичните влакна са технология за изпращане на информация като светлинни импулси през тънки нишки от стъкло или пластмаса. Вместо да движи електрони през мед, оптична връзка насочва фотони надолу по прецизно проектирано ядро, поради което влакното може да пренася много повече данни на много по-големи разстояния, с по-малко смущения от медните Ethernet кабели.
Това ръководство обхваща какво е влакнеста оптика, как физически работи връзката с влакна, категориите OS и OM кабели, които ще видите във всеки лист с данни, как влакното се сравнява с медта и практическа рамка за вземане на решения за избор на правилния кабел за вашата мрежа. Примерите се основават на реални инженерни ограничения, а не само на описания в учебниците.
Какво представлява оптичните влакна?
Фиброоптиката е използването на оптични влакна за предаване на данни с помощта на светлина. Оптичното влакно представлява тънка нишка-от един косъмстъкло или, в някои-приложения с малък обсег, пластмаса. Оптичният кабел е завършен комплект, който защитава едно или повече от тези влакна със здрави елементи, буфери и кожуси.
Най-простият начин да мислим за това: оптичните влакна пренасят данни със светлина вместо с електричество. Тази единствена промяна е това, което прави оптичното влакно гръбнака на съвременния интернет, хипермащабните центрове за данни, мобилните предни и бекхаул мрежи и FTTH мрежи за достъп.
Как работи оптичните влакна?
Оптична връзка преобразува електрическите сигнали в светлина, изпраща тази светлина надолу по стъклена сърцевина и я преобразува обратно в електрически сигнали в далечния край. Пет неща се случват последователно:
- Устройство (суич, рутер, OLT, NIC на сървър) произвежда електрически сигнал.
- Трансивърът използва лазер (за единичен-режим) или VCSEL/LED (за многомодов) за преобразуване на сигнала в модулирана светлина при определена дължина на вълната - обикновено 850 nm, 1310 nm или 1550 nm.
- Светлината се разпространява през сърцевината на влакното, ограничено от пълно вътрешно отражение.
- Фотодетектор в приемащия трансивър преобразува светлината обратно в електрически сигнал.
- Приемащото устройство декодира сигнала и го предава нагоре в стека.
Вътре в оптично влакно: сърцевина, обвивка, покритие
Всяко оптично влакно има три концентрични слоя:
- Ядро- стъкленият канал, през който всъщност преминава светлината. Едномодовото-влакно има сърцевина около 8–10 µm; многомодовото влакно обикновено има сърцевина от 50 µm (62,5 µm в наследеното OM1).
- Облицовка- стъклен слой, обграждащ сърцевината с малко по-нисък индекс на пречупване. Повечето телекомуникационни влакна използват обвивка от 125 µm.
- Покритие- защитен акрилатен слой (обикновено 250 µm), който предпазва стъклото от влага и повреда при работа.
Освен голото влакно, готовият кабел добавя буферни тръби, арамидна прежда, водо{0}}блокиращ гел или лента и външна обвивка.Разхлабен{0}}тръбен и стегнат{1}}буфериран дизайнобслужват много различни среди - разхлабена-тръба за външни и директни-закопавания, плътно-буферирана за вътрешно окабеляване.
Защо пълното вътрешно отражение има значение
Светлината остава в сърцевината, тъй като обвивката има по-нисък индекс на пречупване. Когато светлината удари границата между ядрото и обвивката под достатъчно плитък ъгъл, тя се отразява изцяло обратно в ядрото, вместо да изтича навън - феномен, наречен пълно вътрешно отражение. TheАсоциация за оптични влакнаописва това като фундаментален принцип, който прави възможно оптичното предаване.
Ето защо влакното толерира леки огъвания. Това не е причината влакното да толерира злоупотреба: нарушавате минималния радиус на огъване на кабела и генерирате загуба на макроогъване; оставете праха да седи върху края на конектора и ще генерирате вмъкнати загуби и обратно отражение.
Основни типове оптични кабели: единичен-режим срещу многомодов
Първото решение във всеки проект за оптични влакна е едно-модово или многомодово. Всичко останало - конектор, трансивър, разстояние, цена - следва от този избор.
Едномодово-влакно (SMF)
Едно{0}}модовото влакно има много тясна сърцевина (обикновено 8–10 µm), която поддържа само един режим на разпространение. Светлината се движи по същество по права линия надолу по ядрото, което елиминира модалната дисперсия и позволява изключително дълъг обхват.
Единичният-режим е стандартният за:
- Телеком{0}}мрежи за дълги разстояния и метро
- ISP гръбнак и връзки за агрегиране
- Кампус и гръбнак-за-сграда
- Взаимосвързаност на центъра за данни (DCI) между сайтове
- FTTH, FTTB и други мрежи за достъп
Съвременното-модно влакно се категоризира като OS1 или OS2. Разликата е най-вече в конструкцията на кабела (стегната-буферирана срещу хлабава-тръба) и затихването на километър, а не самото стъкло.OS2 е стандартният избор за внедряване на открито,-на дълги разстояния и FTTH, докато OS1 е по-често срещан в контролирани закрити среди.
Многомодово влакно (MMF)
Многомодовото влакно има по-голяма сърцевина от 50 µm, която поддържа много едновременни светлинни пътища. Това прави по-евтино свързването на светлина в - VCSEL трансивърите са значително по-евтини от DFB лазерите, използвани за-единичен-режим на дълги разстояния -, но пътищата на различните режими пристигат до приемника в малко по-различно време, което ограничава обхвата.
Многорежимният режим обикновено се използва за:
- Горни-на-рафт и листови-гръбначни връзки в център за данни
- Сървър-към-връзки за превключване и съхранение
- Къси гръбнаци на сграда или етаж
- Лабораторни и тестови среди
Категориите OM1 до OM5 обхващат многомодови влакна с прогресивно по-висока-производителност.OM3 и OM4 покриват по-голямата част от новите инсталации на центрове за данни, с добавен OM5, когато се използва широколентово мултиплексиране с разделяне на дължина на вълната (SWDM).
OS1, OS2 и OM1–OM5: Спецификации и типичен обхват
Таблицата по-долу обобщава как се представя всяка категория с общи скорости на Ethernet. Данните за разстоянието идват от стандартите IEEE 802.3 за съответния PMD; по-дълъг обхват е възможен със специализирана оптика.
| Категория | Тип влакна | Диаметър на ядрото | Типична дължина на вълната | Достигнете при 10G | Достигнете при 40/100G | Типична употреба |
|---|---|---|---|---|---|---|
| OS1 | Единичен-режим | ~9 µm | 1310 / 1550 nm | 10 км+ | 10–40 км | Работи в единичен-режим на закрито |
| OS2 | Единичен-режим | ~9 µm | 1310 / 1550 nm | 10–40 км+ | 10–80 км с подходяща оптика | На открито, на дълги-разстояния, FTTH, DCI |
| OM1 | Многомодов | 62.5 µm | 850 nm | 33 m | Не се препоръчва | Наследени инсталации |
| OM2 | Многомодов | 50 µm | 850 nm | 82 m | Не се препоръчва | По-стари корпоративни локални мрежи |
| OM3 | Многомодов (лазерно-оптимизиран) | 50 µm | 850 nm | 300 m | 100 м при 40G/100G | Основен център за данни с малък обсег |
| OM4 | Многомодов (лазерно-оптимизиран) | 50 µm | 850 nm | 400 m | 150 м при 40G/100G | По-високо{0}}производителен център за данни |
| OM5 | Широколентов многомодов | 50 µm | 850–953 nm | 400 m+ | 150 м при 40G/100G; поддържа SWDM | Центрове за данни, планиращи SWDM |
Едно{0}}модово срещу многомодово влакно
| Фактор | Единичен-режим | Многомодов |
|---|---|---|
| Размер на ядрото | 8–10 µm | 50 µm (62,5 µm за OM1) |
| Източник на светлина | DFB или FP лазер | VCSEL или LED |
| Типичен обхват | Десетки километри | До няколкостотин метра |
| Цената на оптиката | По-високо на порт | По-ниско за кратък обхват |
| Цена на кабела | Сравнимо, понякога по-ниско | Сравними |
| Най-доброто за | Backbone, FTTH, DCI, дълги връзки | Вътре-в-стойката, листа-гръбнака, лабораторията |
Надеждно основно правило: ако връзката някога напусне сграда, по подразбиране се използва единичен-режим. Ако остане в едно съоръжение и е под няколкостотин метра, многомодовият обикновено печели от общата цена.
Защо оптичните кабели поддържат по-висока честотна лента от медните
Предимството на честотната лента на Fiber не е маркетинг -, а идва от физиката. Оптичните честоти са с няколко порядъка по-високи от честотите, постижими на усукана двойка, така че едно влакно може да бъде модулирано с много повече данни в секунда. С мултиплексирането с разделяне на дължината на вълната една нишка може да пренася десетки независими канали по 100G, 200G или 400G всеки.IEEE 802.3вече дефинира 400G и 800G Ethernet през влакна; нищо близко не съществува над медта на смислено разстояние.
Колко далеч могат да предават данни оптични кабели?
Обхватът зависи от категорията на влакното, трансивъра и бюджета за загуба на връзката - не само от кабела. Като референтни точки:
- OM3/OM4 многомодов при 10GBASE-SR: 300 m / 400 m
- OS2 единичен-режим при 10GBASE-LR (1310 nm): 10 km
- OS2 при 10GBASE-ER (1550 nm): 40 км
- OS2 при 10GBASE-ZR с линия-странична оптика: 80 км
- Кохерентни DWDM системи: стотици до хиляди километри с усилватели
Оптичните влакна по-сигурни ли са от медните?
Влакното е по-трудно да се подслушва скрито от медния Ethernet. Вмъкването на пасивен кран върху влакно обикновено причинява измерима загуба при вмъкване и обратно отражение, като и двете могат да бъдат открити от OTDR или активен мониторинг на връзката. Медта, напротив, пропуска електромагнитно излъчване, което може да се улови наблизо.
Това не прави влакното „сигурно“ само по себе си - решителен нападател с физически достъп и подходящо оборудване за снаждане все още може да докосне влакно. Отнасяйте се към оптичното влакно като към по-здрава-основа на физическия слой, а не като към заместител на криптиране и контрол на достъпа.
Недостатъци и ограничения на оптичните влакна
Fiber е правилният отговор за повечето връзки с висока-производителност, но има реални недостатъци.
По-високи първоначални разходи за къси връзки
За 20 m пробег между превключвател и десктоп кабелът Cat 6 е по-бърз, по-евтин и по-лесен от алтернатива с оптично влакно. Трансивърите за влакна, инструментите за снаждане, сплайсърите за термоядрен синтез и оборудването за тестване на OTDR добавят реални капиталови разходи.
По-специализиран монтаж
Влакната понасят зле лошата изработка.Правилна инсталацияозначава спазване на радиуса на огъване, контролиране на опъна на издърпване, поддържане на конекторите чисти и тестване на всеки край. Пропускането на тези стъпки създава връзки, които преминават тестове за непрекъснатост, но се провалят при натоварване.
Без естествено захранване
Стандартното влакно не пренася електрически ток, така че не може да достави PoE към камери, точки за достъп или телефони. Съществуват хибридни кабели, които комбинират влакна с медни захранващи проводници, но те са различен продуктов клас.
Клопки за съвместимост
Една оптична връзка работи само когато всеки компонент е съгласен: типът на влакното (SM или MM), конекторът (LC, SC, MPO), полирането (PC, UPC, APC), дължината на вълната и обхватът на трансивъра трябва да съвпадат. Несъответстващите APC и UPC конектори, например, ще се съединят физически, но ще доведат до неприемлива загуба на вмъкване.
Оптичен кабел срещу меден кабел
| Фактор | Оптичен кабел | Мед (Cat 6/6A/8) |
|---|---|---|
| Среден сигнал | светлина | Електрически ток |
| Максимален Ethernet обхват | 10–80 км (единичен-режим) | 100 m (типично), 30 m за Cat 8 |
| Най-високата поддържана тарифа | 400G и 800G в IEEE 802.3 | 40G над Cat 8 |
| EMI устойчивост | Имунен | Податливи |
| Захранване по кабел | Няма родно | PoE/PoE+/PoE++ до 90 W |
| Умение за прекратяване | Квалифициран труд, често снаждане чрез синтез | Стандартен RJ45 кримпване |
| Предварителни разходи (кратка връзка) | По-високо | По-ниска |
| Дългосрочна мащабируемост | Отлично | Ограничен |
Честният отговор на „влакна или мед“ е „и двете, на правилните им места“. Един модерен кампус обикновено работи с едно-модово влакно на гръбнака, многомодово влакно в залите на центъра за данни и мед от комутатори за достъп до крайни устройства.
Често срещани приложения на оптичните влакна
Телеком и интернет опора
Доставчиците на дълги{0}}разстояния пускат хиляди километри едномодови-влакна между градовете, осветени с DWDM кохерентна оптика. Подводните кабели, които свързват континентите, също са влакна - обикновено с оптични усилватели (EDFA) на всеки 50–100 км.
Hyperscale и корпоративни центрове за данни
В модерен център за данни, връзките между листа-към-гръбнака обикновено са MPO-базирана паралелна оптика над OM4 или OM5, а връзките-към-лист на сървъра често са LC дуплекс на OM3/OM4.MPO и MTP магистрални и прекъсващи кабелиса това, което прави плътностите на 40G, 100G и 400G портове практични в мащаб.
FTTH и широколентов достъп
Оптични влакна към дома разширяват едномодово-влакно от OLT, през пасивен оптичен сплитер, до ONT при всеки абонат. Типичната GPON или XGS-PON архитектура обслужва 32 или 64 домове от един PON порт и поддържа гигабитови-скорости на връзката надолу. Работният проект на анFTTH мрежа за достъпзаслужава собствено ръководство.
Промишлени, медицински и сензорни
Във фабриките влакното замества медта във всяка връзка, която пресича оборудване с високо-напрежение или-честотни задвижвания - медта улавя твърде много електрически шум, за да бъде надеждна. Медицинските ендоскопи използват снопове от влакна за доставяне на светлинни и образни данни. Сензорите с разпределени влакна откриват вибрации, температура и напрежение по тръбопроводи, периметри и конструкции.
Как да изберем правилния оптичен кабел
Изборът на кабел трябва да започне с мрежовите изисквания, а не с продуктовата линия. Разгледайте тези пет въпроса по ред.
1. Какво е разстоянието на връзката и необходимата скорост?
Картирайте разстоянието спрямо IEEE 802.3 PMD, което съответства на вашата скорост. 250 m 10G връзка може да работи с OM3; 350 m 10G връзка иска OM4 или единичен-режим; всичко над 550 м при 10G е едно{11}}територия. За 100G/400G многомодовият достига бързо срутване - единичен-режимът е безопасната настройка по подразбиране извън една сграда.
2. Какъв трансивър ще освети влакното?
Кабелът и оптичният модул трябва да съвпадат. Потвърдете:
- Тип влакно: един-мод срещу многомод
- Дължина на вълната: 850 nm срещу 1310 nm срещу 1550 nm или CWDM/DWDM мрежи
- Конектор: LC дуплекс, SC или MPO/MTP
- Спецификация на обхвата (SR, LR, ER, ZR)
- Дуплексно срещу паралелно (MPO) сигнализиране
Сдвояването на грешен приемо-предавател и оптично влакно е най-честата причина за билетите „връзката е тъмна“. 10GBASE-LR еднорежимен-трансивър на многомодов пач кабел може да трепти периодично или изобщо да не се свърже.
3. Кой конектор пасва на вашето оборудване?
Четирите типа конектори, които ще видите на реално оборудване днес:
- LC- по подразбиране за модерни приемопредаватели SFP/SFP+/SFP28 и повечето дуплексни връзки на центрове за данни
- SC- често срещано в телекомуникациите, FTTH ONTs и някои наследени корпоративни съоръжения
- MPO/MTP- много-влакнести конектори, използвани за паралелни 40G/100G/400G оптика и магистрали с висока-плътност
- FC и ST- намерени в по-стари мрежи, тестово оборудване и някои индустриални внедрявания
В нашияРъководство за видовете оптични конектори.
4. Какво представлява инсталационната среда?
Якето и конструкцията са толкова важни, колкото и стъклото:
- Вътрешен щранг или пленум- горими- якета, където се изисква от кода (CMR, CMP)
- Външна антена- UV-устойчиво яке, често с конструкция ADSS или цифра 8
- Директно погребение или канал- брониран или-напълнен с гел разхлабен-тръбен кабел
- Индустриален- брониран кабел, класифициран за съответното химическо и механично излагане
5. Как ще бъде тествана връзката?
Планирайте тестване, преди да издърпате кабела. Най-малко всяко прекъсване получава проверка на конектора с фиброскоп и тест за вмъкнати загуби с източник на светлина и измервател на мощността. За по-дълги или критични връзки добавете OTDR проследяване, за да локализирате всички събития с висока -загуба.Fluke Networks публикува добри справочни материаливърху методите за изпитване както за сертифициране, така и за отстраняване на проблеми.
ЧЗВ
Въпрос: Какво е фиброоптика с прости думи?
О: Оптичните влакна са начин за изпращане на данни чрез импулси от светлина през тънки стъклени влакна. Това е технологията зад високо-скоростния интернет, модерните центрове за данни и повечето-комуникационни мрежи на дълги разстояния.
В: Оптичният кабел по-бърз ли е от медния?
О: За дълги разстояния и високи скорости на данни, да - значително. Едномодовото-оптично влакно рутинно пренася 100G или 400G на десетки километри, докато медният Ethernet достига 40G на 30 m (Cat 8) или 10G на 100 m (Cat 6A).
Въпрос: Какво е максималното разстояние на едно-модовото влакно?
О: Зависи от трансивъра. Стандартният 10GBASE-LR работи на 10 км, 10GBASE-ER работи на 40 км, 10GBASE-ZR работи на 80 км, а кохерентните DWDM системи се простират до стотици или хиляди километри с усилване.
В: OS2 по-добра ли е от OS1?
О: За повечето нови инсталации, да. OS2 има по-ниско затихване и използва хлабава-тръбна конструкция, подходяща както за вътрешна, така и за външна употреба, докато OS1 е по същество спецификация с плътен{4}}буфер на закрито с по-високи загуби на километър.
Въпрос: OM4 по-добър ли е от OM3?
О: OM4 поддържа по-дълъг обхват при същата скорост - например, 400 м при 10G срещу 300 м за OM3 и 150 м срещу 100 м при 40G/100G. Ако дължината на връзката е удобно в обсега на OM3, OM3 обикновено е по-рентабилен-.
В: Може ли оптичният кабел да се използва на открито?
О: Да, с правилната конструкция. Външните кабели с влакна използват UV{1}}устойчиви обвивки, водо{2}}блокиращи елементи и често бронирани или разхлабени-тръбни конструкции. Вътрешният-кабел не трябва да се използва на открито и обратното.
В: Какви конектори се използват за оптичен кабел?
О: Най-често срещаните са LC (модерен център за данни и SFP оптика), SC (телеком и FTTH), MPO/MTP (паралелна оптика при 40G и повече) и FC/ST в по-стари или индустриални системи.
Въпрос: Има ли нужда от оптично предаване или модем?
О: Нуждае се от трансивър - обикновено SFP, SFP+, QSFP+, QSFP28 или QSFP-DD -, който преобразува между електрически и оптични сигнали във всеки край на връзката. FTTH услугите обикновено завършват на ONT, което е жилищен еквивалент на приемо-предавател.
В: Оптичният кабел пренася ли електричество или PoE?
О: Не. Стандартното влакно пропуска само светлина. За да захранвате отдалечено устройство, или инсталирате мед до влакното, или използвате хибриден кабел от влакна/мед.
Въпрос: Чуплив ли е оптичният кабел?
О: Стъклените нишки са крехки, но готовият кабел е здрав, когато е инсталиран правилно. Повечето повреди на място идват от нарушаване на радиуса на огъване, твърде силно дърпане по време на монтажа или лошо боравене с конектор -, а не от повреда на самото стъкло.
Въпрос: Кога трябва да избера влакна вместо мед?
О: Изберете оптично влакно, когато връзката е по-дълга от 100 m, когато пресича среди с електрически шум, когато трябва да поддържа 25G или по-високи скорости или когато е в път, който ще бъде скъп за повторно свързване по-късно. Медта все още печели за къси връзки за достъп, PoE-захранвани крайни точки и малки офиси.
Заключение
Оптичните влакна са в основата на всяка съвременна високо-мрежа с висока производителност - и категорията на кабела, типът на съединителя и изборът на приемо-предавател имат реално влияние върху това дали връзката работи според спецификацията.
- ИзползвайтеOS2 единичен-режимза всичко, което напуска сграда, плюс FTTH и дълги -разстояния.
- ИзползвайтеOM4 (или OM5 за SWDM)многомодов за-изграждане на връзки към центрове за данни под няколкостотин метра.
- ИзползвайтеOM3когато бюджетът има значение и дължината на връзката е удобно достъпна.
- Използвайтемедза къси връзки за достъп, PoE устройства и основно офисно окабеляване.
Преди доставка заключете разстоянието, скоростта, трансивъра, конектора, околната среда и плана за тестване. Извършването на тази работа предварително -, вместо да оставите избора на кабел да управлява дизайна -, е най-големият показател за това дали една оптична инсталация работи през пълния си предвиден живот.
