Optička vlakna su tehnologija slanja informacija u obliku svjetlosnih impulsa kroz tanke niti stakla ili plastike. Umjesto pomicanja elektrona kroz bakar, optička veza vodi fotone niz precizno konstruiranu jezgru, zbog čega vlakno može prenijeti mnogo više podataka, na puno većim udaljenostima, s manje smetnji nego bakreni Ethernet kabel.
Ovaj vodič pokriva što je optička vlakna, kako optička veza fizički funkcionira, OS i OM kategorije kabela koje ćete vidjeti na svakoj podatkovnoj tablici, usporedbu vlakana s bakrom i praktični okvir za odlučivanje za odabir pravog kabela za vašu mrežu. Primjeri se oslanjaju na stvarna inženjerska ograničenja, a ne samo na opise iz udžbenika.
Što je optičko vlakno?
Optika je korištenje optičkih vlakana za prijenos podataka pomoću svjetlosti. Optičko vlakno je jedna vlas-tanka nitstaklo ili, u nekim -primjenama kratkog dosega, plastika. Kabel od optičkih vlakana je gotov sklop koji štiti jedno ili više tih vlakana pomoću elemenata za čvrstoću, odbojnika i omotača.
Najjednostavniji način razmišljanja o tome: optička vlakna prenose podatke pomoću svjetlosti umjesto električne energije. Ta je jedina promjena ono što vlakna čini okosnicom modernog interneta, hiperrazmjernih podatkovnih centara, mobilnog fronthaula i backhaula i FTTH pristupnih mreža.
Kako radi optička vlakna?
Veza od optičkih vlakana pretvara električne signale u svjetlo, šalje to svjetlo niz staklenu jezgru i pretvara ga natrag u električne signale na udaljenom kraju. Pet stvari se događa u nizu:
- Uređaj (sklopka, usmjerivač, OLT, mrežna kartica poslužitelja) proizvodi električni signal.
- Primopredajnik koristi laser (za pojedinačni-način) ili VCSEL/LED (za višenačin) za pretvaranje signala u modulirano svjetlo na određenoj valnoj duljini - obično 850 nm, 1310 nm ili 1550 nm.
- Svjetlost se širi kroz jezgru vlakna, ograničena potpunom unutarnjom refleksijom.
- Fotodetektor na prijemnom primopredajniku pretvara svjetlost natrag u električni signal.
- Prijemni uređaj dekodira signal i prosljeđuje ga u stog.
Unutar optičkog vlakna: jezgra, omotač, premaz
Svako optičko vlakno ima tri koncentrična sloja:
- Jezgra- stakleni kanal kroz koji svjetlost zapravo putuje. Jedno-modno vlakno ima jezgru oko 8–10 µm; višemodno vlakno obično ima jezgru od 50 µm (62,5 µm u starom OM1).
- Oblaganje- stakleni sloj koji okružuje jezgru s malo nižim indeksom loma. Većina telekomunikacijskih vlakana koristi obloge od 125 µm.
- Premazivanje- zaštitni akrilatni sloj (obično 250 µm) koji štiti staklo od vlage i oštećenja prilikom rukovanja.
Osim golih vlakana, gotovi kabel dodaje međuspremne cijevi, aramidnu pređu, gel ili traku za{0}}blokiranje vode i vanjski omotač.Labave-cijevi i čvrsti-spremni dizajniposlužiti u vrlo različitim okruženjima - labava-cijev za vanjske i izravne-ukopne prolaze, čvrsto-složena za unutarnje kabliranje.
Zašto je potpuna unutarnja refleksija važna
Svjetlost ostaje u jezgri jer omotač ima niži indeks loma. Kada svjetlost pogodi granicu jezgre i omotača pod dovoljno plitkim kutom, ona se potpuno reflektira natrag u jezgru umjesto da iscuri van - fenomen koji se naziva potpuna unutarnja refleksija. TheUdruga optičkih vlakanaopisuje ovo kao temeljni princip koji omogućuje optički prijenos.
To je i razlog zašto vlakna toleriraju lagana savijanja. To nije razlog zašto vlakna toleriraju zlouporabu: prekršite minimalni radijus savijanja kabela i generirate gubitak na makrosavijanju; neka prašina sjedne na čeonu površinu konektora i generirate uneseni gubitak i povratnu refleksiju.
Glavne vrste optičkih kabela: Jedno-modni vs višemodni
Prva odluka u bilo kojem projektu vlakana je single-mode ili multimode. Sve ostalo - konektor, primopredajnik, udaljenost, cijena - slijedi iz tog izbora.
Jedno{0}}modno vlakno (SMF)
Jedno{0}}modno vlakno ima vrlo usku jezgru (obično 8–10 µm) koja podržava samo jedan način širenja. Svjetlost putuje uglavnom ravnom linijom niz jezgru, što eliminira modalnu disperziju i omogućuje iznimno dug doseg.
Jedan-način je zadani za:
- Telekom{0}}dugolinijske i metro mreže
- ISP okosnica i agregacijske veze
- Kampus i okosnica-od-zgrade
- Međusobno povezivanje podatkovnog centra (DCI) između stranica
- FTTH, FTTB i druge pristupne mreže
Moderno jedno{0}}modno vlakno kategorizirano je kao OS1 ili OS2. Razlika se uglavnom odnosi na konstrukciju kabela (tijesna-složena naspram labave-cijevi) i prigušenje po kilometru, a ne samo staklo.OS2 je standardni izbor za vanjsku,-ugradnju na velike udaljenosti i FTTH implementacije, dok je OS1 češći u kontroliranim zatvorenim okruženjima.
Višemodno vlakno (MMF)
Višemodno vlakno ima veću jezgru od 50 µm koja podržava mnoge istovremene svjetlosne staze. To čini jeftinijim spajanje svjetla u - VCSEL primopredajnici znatno su jeftiniji od DFB lasera koji se koriste za-jednostruki-način rada na dugim udaljenostima -, ali različiti načini rada stižu do prijamnika u nešto drugačije vrijeme, što ograničava doseg.
Višemodni se obično koristi za:
- Gornje-veze-stalka i lisne-kralježnice unutar podatkovnog centra
- Poslužitelj--veze za preklopnik i pohranu
- Kratke građevinske ili podne okosnice
- Laboratorijska i testna okruženja
Kategorije OM1 do OM5 pokrivaju višemodna vlakna progresivno viših-učinkovitosti.OM3 i OM4 pokrivaju veliku većinu novih instalacija podatkovnih centara, s OM5 dodanim kada je u igri širokopojasno multipleksiranje kratkih-valnih duljina (SWDM).
OS1, OS2 i OM1–OM5: Specifikacije i tipični domet
Donja tablica daje sažetak izvedbe svake kategorije s uobičajenim brzinama Etherneta. Brojke udaljenosti potječu iz standarda IEEE 802.3 za relevantni PMD; sa specijaliziranom optikom mogući su veći dosegi.
| Kategorija | Vrsta vlakana | Promjer jezgre | Tipična valna duljina | Dosegnite 10G | Dosegnite 40/100G | Tipična uporaba |
|---|---|---|---|---|---|---|
| OS1 | Pojedinačni-način | ~9 µm | 1310 / 1550 nm | 10 km+ | 10–40 km | Unutarnji pojedinačni-način radi |
| OS2 | Pojedinačni-način | ~9 µm | 1310 / 1550 nm | 10–40 km+ | 10–80 km uz odgovarajuću optiku | Vanjski, dug-put, FTTH, DCI |
| OM1 | Višemodni | 62.5 µm | 850 nm | 33 m | Ne preporučuje se | Naslijeđene instalacije |
| OM2 | Višemodni | 50 µm | 850 nm | 82 m | Ne preporučuje se | Stariji poslovni LAN-ovi |
| OM3 | Višemodni (laser-optimiziran) | 50 µm | 850 nm | 300 m | 100 m pri 40G/100G | Glavni podatkovni centar kratkog dosega |
| OM4 | Višemodni (laser-optimiziran) | 50 µm | 850 nm | 400 m | 150 m pri 40G/100G | Podatkovni centar-viših performansi |
| OM5 | Širokopojasni višemodni | 50 µm | 850-953 nm | 400 m+ | 150 m pri 40G/100G; podržava SWDM | Podatkovni centri planiraju SWDM |
Jedno-modno vlakno u odnosu na višemodno vlakno
| Faktor | Jedan-način | Višemodni |
|---|---|---|
| Veličina jezgre | 8–10 µm | 50 µm (62,5 µm za OM1) |
| Izvor svjetlosti | DFB ili FP laser | VCSEL ili LED |
| Tipični doseg | Deseci kilometara | Do nekoliko stotina metara |
| Cijena optike | Više po portu | Niže za kratki doseg |
| Trošak kabela | Usporedivo, ponekad niže | Usporedivo |
| Najbolje za | Okosnica, FTTH, DCI, duge veze | Unutar--stalka, lista-kralješka, laboratorija |
Pouzdano pravilo: ako veza ikada napusti zgradu, prema zadanim postavkama postavite pojedinačni-način. Ako ostane unutar jednog objekta i ispod je nekoliko stotina metara, višemodni obično pobjeđuje na ukupnoj cijeni.
Zašto optički kabeli podržavaju veću propusnost od bakrenih
Prednost vlakana u propusnosti nije marketinška - ona dolazi iz fizike. Optičke frekvencije su nekoliko redova veličine više od frekvencija koje se mogu postići na upredenoj palici, tako da se jedno vlakno može modulirati s znatno više podataka u sekundi. S multipleksiranjem po valnim duljinama, jedan niz može nositi desetke 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 kabeli mogu prenositi podatke?
Doseg ovisi o kategoriji vlakana, primopredajniku i proračunu gubitaka veze - ne samo o kabelu. Kao referentne točke:
- OM3/OM4 multimode na 10GBASE-SR: 300 m / 400 m
- OS2 pojedinačni-način rada na 10GBASE-LR (1310 nm): 10 km
- OS2 na 10GBASE-ER (1550 nm): 40 km
- OS2 na 10GBASE-ZR s linijom-stranom optikom: 80 km
- Koherentni DWDM sustavi: stotine do tisuće kilometara s pojačalima
Je li vlakno sigurnije od bakra?
Fiber je teže tajno prisluškivati nego bakreni Ethernet. Umetanje pasivnog priključka na vlakno obično uzrokuje mjerljive unesene gubitke i povratnu refleksiju, a oboje može otkriti OTDR ili aktivno praćenje veze. Nasuprot tome, bakar propušta elektromagnetsko zračenje koje se može pokupiti u blizini.
Ovo ne čini vlakno "sigurnim" samo po sebi - odlučan napadač s fizičkim pristupom i odgovarajućom opremom za spajanje još uvijek može pristupiti vlaknu. Tretirajte optička vlakna kao jači fizički-sloj temelja, a ne kao zamjenu za enkripciju i kontrolu pristupa.
Nedostaci i ograničenja optičkih vlakana
Fiber je pravi odgovor za većinu-veza visokoučinkovitih, ali ima stvarne nedostatke.
Veći početni trošak za kratke veze
Za 20 m vožnje između prekidača i stolnog računala, Cat 6 patch kabel brži je, jeftiniji i lakši od alternativnog vlakna. Primopredajnici za optička vlakna, alati za spajanje, spajalice za spajanje i OTDR ispitna oprema povećavaju stvarne kapitalne troškove.
Specijaliziranija instalacija
Vlakna loše toleriraju lošu izradu.Ispravna instalacijaznači poštivanje radijusa savijanja, kontrolu napetosti pri izvlačenju, održavanje konektora čistima i testiranje svakog završetka. Preskakanje ovih koraka stvara veze koje prolaze testove kontinuiteta, ali ne uspijevaju pod opterećenjem.
Nema izvorne isporuke napajanja
Standardna vlakna ne prenose električnu struju, pa ne mogu isporučiti PoE kamerama, pristupnim točkama ili telefonima. Hibridni kabeli koji kombiniraju vlakna i bakrene strujne vodiče postoje, ali oni su druga klasa proizvoda.
Zamke kompatibilnosti
Fiberlink radi samo kada se svaka komponenta slaže: vrsta vlakna (SM ili MM), konektor (LC, SC, MPO), poliranje (PC, UPC, APC), valna duljina i doseg primopredajnika moraju odgovarati. Neusklađeni APC i UPC konektori, na primjer, fizički će se spojiti, ali će proizvesti neprihvatljiv gubitak umetanja.
Optički kabel u odnosu na bakreni kabel
| Faktor | Optički kabel | Bakar (Cat 6/6A/8) |
|---|---|---|
| Srednji signal | Svjetlo | Električna struja |
| Maksimalni doseg Etherneta | 10–80 km (jedno-mod) | 100 m (tipično), 30 m za kategoriju 8 |
| Najviša podržana cijena | 400G i 800G u IEEE 802.3 | 40G u odnosu na Cat 8 |
| EMI otpornost | Imunološki | Osjetljiv |
| Napajanje preko kabela | Nema izvorno | PoE/PoE+/PoE++ do 90 W |
| Vještina prekida | Kvalificirana radna snaga, često fuzijsko spajanje | Standardno spajanje RJ45 |
| Trošak unaprijed (kratka veza) | viši | Donji |
| Dugoročna -skalabilnost | Izvrsno | ograničeno |
Iskren odgovor na "vlakna ili bakar" je "oboje, na svojim pravim mjestima". Moderni kampus obično koristi jedno-modno vlakno na okosnici, višemodno vlakno unutar dvorana podatkovnog centra i bakar od pristupnih sklopki do krajnjih uređaja.
Uobičajene primjene optičkih vlakana
Telekom i internet okosnica
Prijevoznici-dugog prijevoza pokreću tisuće kilometara jednomodnih-optika između gradova, osvijetljenih DWDM koherentnom optikom. Podmorski kabeli koji povezuju kontinente također su vlakna - obično s optičkim pojačalima (EDFA) svakih 50-100 km.
Hyperscale i Enterprise Data Centers
Unutar modernog podatkovnog centra, leaf{0}}to-spine links su obično MPO-temeljena paralelna optika preko OM4 ili OM5, a server-to-leaf links su često LC duplex na OM3/OM4.MPO i MTP magistralni i prekidni kabelisu ono što čini gustoće priključaka 40G, 100G i 400G praktičnima u velikom broju.
FTTH i širokopojasni pristup
Fiber to the home proširuje single{0}}mode vlakno od OLT-a, preko pasivnog optičkog razdjelnika, do ONT-a kod svakog pretplatnika. Tipična GPON ili XGS-PON arhitektura opslužuje 32 ili 64 doma s jednog PON priključka i podržava gigabit-klasu silazne brzine. Glavni projekt anFTTH pristupna mrežavrijedi vlastitog vodiča.
Industrijski, medicinski i senzorski
U tvornicama, vlakna zamjenjuju bakar na bilo kojoj vezi koja prelazi visoko{0}}naponsku opremu ili-frekvencijske pogone - bakar prima previše električne buke da bi bio pouzdan. Medicinski endoskopi koriste snopove vlakana za isporuku svjetlosnih i slikovnih podataka. Distribuirani vlaknasti senzori otkrivaju vibracije, temperaturu i naprezanje duž cjevovoda, perimetara i struktura.
Kako odabrati pravi optički kabel
Odabir kabela trebao bi početi s mrežnim zahtjevima, a ne s linijom proizvoda. Prođite redom kroz ovih pet pitanja.
1. Koja je udaljenost veze i potrebna brzina?
Karta udaljenosti prema IEEE 802.3 PMD koja odgovara vašoj brzini. Veza od 250 m 10G može pokrenuti OM3; 350 m 10G veza želi OM4 ili pojedinačni-način; sve iznad 550 m na 10G je jedno-područje. Za 100G/400G, multimode postiže brzo kolaps - single-mode je sigurna zadana opcija izvan jedne zgrade.
2. Koji će primopredajnik osvijetliti vlakno?
Kabel i optički modul moraju odgovarati. Provjerite:
- Vrsta vlakna: jedno-modno vs višemodno
- Valna duljina: 850 nm u odnosu na 1310 nm u odnosu na 1550 nm, ili CWDM/DWDM mreže
- Konektor: LC duplex, SC ili MPO/MTP
- Specifikacija dosega (SR, LR, ER, ZR)
- Duplex vs paralelna (MPO) signalizacija
Uparivanje pogrešnog primopredajnika i optičkog vlakna najčešći je uzrok tiketa "veza je mračna". 10GBASE-LR jedno{3}}primopredajnik na višemodnom spojnom kabelu može povremeno treptati ili se uopće neće povezati.
3. Koji konektor odgovara vašoj opremi?
Četiri vrste konektora koje ćete danas vidjeti na stvarnoj opremi:
- LC- zadana vrijednost na modernim SFP/SFP+/SFP28 primopredajnicima i većini dvostrukih veza podatkovnih centara
- SC- uobičajeno u telekomunikacijama, FTTH ONT-ovima i nekoj naslijeđenoj poslovnoj opremi
- MPO/MTP- multi-konektori vlakana koji se koriste za paralelnu 40G/100G/400G optiku i spojeve visoke-gustoće
- FC i ST- pronađeno u starijim mrežama, testnoj opremi i nekim industrijskim primjenama
Detaljniji pregled svake vrste konektora - uključujući uglađene stilove i gdje je APC u odnosu na UPC bitan - nalazi se u našemvodič za vrste konektora optičkih vlakana.
4. Što je instalacijsko okruženje?
Jakna i konstrukcija su važni koliko i staklo:
- Unutarnji uspon ili plenum- plameno-skupine gdje to zahtijeva kod (CMR, CMP)
- Vanjska antena- UV-otporna jakna, često s konstrukcijom ADSS ili osmice
- Izravni ukop ili kanal- armirani ili gelom-punjeni labavi-cijevni kabel
- Industrijski- oklopni kabel ocijenjen za relevantnu kemijsku i mehaničku izloženost
5. Kako će se poveznica testirati?
Planirajte testiranje prije nego povučete kabel. Minimalno, svaki završetak dobiva pregled konektora s fiberskopom i test unesenih gubitaka s izvorom svjetlosti i mjeračem snage. Za dulje ili kritične veze, dodajte OTDR trag da locirate sve događaje visokog-gubitka.Fluke Networks objavljuje dobar referentni materijalo metodama ispitivanja za certificiranje i rješavanje problema.
FAQ
P: Što je optička vlakna jednostavnim riječima?
O: Optika je način slanja podataka pomoću svjetlosnih impulsa kroz tanka staklena vlakna. To je tehnologija iza -brzog interneta, modernih podatkovnih centara i većine-komunikacijskih mreža na velike udaljenosti.
P: Je li optički kabel brži od bakrenog?
O: Za velike udaljenosti i velike brzine prijenosa podataka, da - značajno. Jedno-optično vlakno rutinski prenosi 100G ili 400G na desetke kilometara, dok bakreni Ethernet dostiže 40G na 30 m (Cat 8) ili 10G na 100 m (Cat 6A).
P: Koja je najveća udaljenost jedno-modnog vlakna?
O: Ovisi o primopredajniku. Standardni 10GBASE-LR radi 10 km, 10GBASE-ER radi 40 km, 10GBASE-ZR radi 80 km, a koherentni DWDM sustavi protežu se na stotine ili tisuće kilometara s pojačanjem.
P: Je li OS2 bolji od OS1?
O: Za većinu novih instalacija, da. OS2 ima nižu atenuaciju i koristi labavu-konstrukciju cijevi prikladnu za unutarnju i vanjsku upotrebu, dok je OS1 u biti zatvorena -spremnik specifikacija za zatvorene prostore s većim gubicima po kilometru.
P: Je li OM4 bolji od OM3?
O: OM4 podržava veći domet pri istoj brzini - na primjer, 400 m na 10G naspram 300 m za OM3 i 150 m nasuprot 100 m na 40G/100G. Ako je duljina veze udobno unutar dosega OM3, OM3 je obično troškovno-učinkovitiji.
P: Može li se optički kabel koristiti na otvorenom?
O: Da, s pravom konstrukcijom. Kabeli s vlaknima za vanjsku upotrebu koriste UV{1}}otporne omotače,-elemente za blokiranje vode i često oklopne ili labave-cijevi. Unutarnji-kabel ne bi se trebao koristiti na otvorenom i obrnuto.
P: Koji se konektori koriste za optički kabel?
O: Najčešći su LC (moderni podatkovni centar i SFP optika), SC (telekom i FTTH), MPO/MTP (paralelna optika na 40G i više) i FC/ST u starijim ili industrijskim sustavima.
P: Treba li vlakno 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: Prenosi li optički kabel struju ili PoE?
O: Ne. Standardno vlakno prenosi samo svjetlost. Da biste napajali daljinski uređaj, ili instalirajte bakar uz vlakno ili koristite hibridni kabel od vlakana/bakra.
P: Je li optički kabel lomljiv?
O: Staklene niti su lomljive, ali gotov kabel je robustan kada se pravilno instalira. Većina kvarova na terenu dolazi zbog kršenja radijusa savijanja, prejakog povlačenja tijekom instalacije ili lošeg rukovanja konektorom -, a ne zbog kvara samog stakla.
P: Kada bih trebao odabrati vlakna umjesto bakra?
O: Odaberite vlakno kada je veza duža od 100 m, kada prelazi okruženja s električnim šumom, kada treba podržati 25G ili veće brzine ili kada je na putu koji će kasnije biti skup. Bakar i dalje pobjeđuje za kratke pristupne veze, PoE-krajnje točke i male urede.
Zaključak
Svjetlovodna vlakna su temelj svake moderne-mreže visokih performansi -, a kategorija kabela, vrsta konektora i izbor primopredajnika imaju stvarni utjecaj na to hoće li veza raditi prema specifikacijama.
- KoristitiOS2 pojedinačni-načinza sve što napušta zgradu, plus FTTH i dug-put.
- KoristitiOM4 (ili OM5 za SWDM)multimode za-izgradnju veza podatkovnog centra ispod nekoliko stotina metara.
- KoristitiOM3kada je proračun bitan i duljina veze mu je udobno nadohvat ruke.
- Koristitibakarza kratke pristupne veze, PoE uređaje i osnovno uredsko kabliranje.
Prije nabave zaključajte udaljenost, brzinu, primopredajnik, konektor, okruženje i plan testiranja. Obavljanje tog posla unaprijed - umjesto dopuštanja da izbor kabela upravlja dizajnom - najveći je pojedinačni pokazatelj hoće li optička instalacija funkcionirati tijekom svog punog predviđenog životnog vijeka.
