Vláknová optika je technológia posielania informácií ako svetelných impulzov cez tenké vlákna skla alebo plastu. Namiesto pohybu elektrónov cez meď vedie optické spojenie fotóny nadol presne skonštruovaným jadrom, čo je dôvod, prečo vlákno môže prenášať oveľa viac údajov na oveľa väčšie vzdialenosti s menším rušením ako medené ethernetové káble.
Táto príručka obsahuje informácie o tom, čo sú optické vlákna, ako fyzicky funguje optické prepojenie, kategórie káblov OS a OM, ktoré uvidíte na každom údajovom liste, porovnanie vlákna s meďou a praktický rámec rozhodovania pre výber správneho kábla pre vašu sieť. Príklady sa opierajú o skutočné technické obmedzenia, nielen o opisy v učebniciach.
Čo je vláknová optika?
Vláknová optika je použitie optických vlákien na prenos údajov pomocou svetla. Optické vlákno je jeden vlas-tenký prameňsklo alebo v niektorých aplikáciách s krátkym{0}}dosahom plast. Kábel z optických vlákien je hotová zostava, ktorá chráni jedno alebo viacero z týchto vlákien pomocou pevných členov, nárazníkov a plášťov.
Najjednoduchší spôsob, ako o tom premýšľať: optické vlákna presúvajú dáta svetlom namiesto elektriny. Táto jediná zmena robí z optických vlákien chrbticu moderného internetu, hyperškálových dátových centier, mobilných fronthaul a backhaul a FTTH prístupových sietí.
Ako funguje vláknová optika?
Spojenie z optických vlákien premieňa elektrické signály na svetlo, posiela toto svetlo do skleneného jadra a prevádza ho späť na elektrické signály na vzdialenom konci. Päť vecí sa deje za sebou:
- Zariadenie (switch, router, OLT, server NIC) produkuje elektrický signál.
- Transceiver používa laser (pre jednoduchý{0}}režim) alebo VCSEL/LED (pre viacrežimový) na konverziu signálu na modulované svetlo so špecifickou vlnovou dĺžkou - zvyčajne 850 nm, 1310 nm alebo 1550 nm.
- Svetlo sa šíri cez jadro vlákna, ktoré je obmedzené úplným vnútorným odrazom.
- Fotodetektor na prijímacom transceiveri premieňa svetlo späť na elektrický signál.
- Prijímacie zariadenie dekóduje signál a odovzdá ho v zásobníku.
Vnútri optického vlákna: jadro, plášť, povlak
Každé optické vlákno má tri sústredné vrstvy:
- Jadro- sklenený kanál, ktorým svetlo skutočne prechádza. Jedno-módové vlákno má jadro okolo 8–10 µm; multimódové vlákno má typicky 50 µm jadro (62,5 µm v staršom OM1).
- Obloženie- sklenená vrstva obklopujúca jadro s mierne nižším indexom lomu. Väčšina telekomunikačných vlákien používa 125 µm plášť.
- Náter- ochranná akrylátová vrstva (zvyčajne 250 µm), ktorá chráni sklo pred vlhkosťou a poškodením pri manipulácii.
Okrem holého vlákna pridáva hotový kábel tlmiace rúrky, aramidovú priadzu, gél alebo pásku blokujúcu vodu-a vonkajší plášť.Voľné-rúrky a tesné-prevedenia s vyrovnávacou pamäťouslúžiť veľmi odlišným prostrediam - voľná{1}}rúrka pre vonkajšie a priame-pochovávanie, tesná-utesnená pre vnútornú kabeláž.
Prečo je dôležitá úplná vnútorná reflexia
Svetlo zostáva v jadre, pretože plášť má nižší index lomu. Keď svetlo dopadne na hranicu plášťa jadra pod dostatočne plytkým uhlom, odrazí sa úplne späť do jadra namiesto úniku von - jav nazývaný úplný vnútorný odraz. TheZdruženie optických vlákienopisuje to ako základný princíp, ktorý umožňuje optický prenos.
Aj preto vlákno znáša jemné ohyby. To nie je dôvod, prečo vlákno toleruje zneužitie: porušujte minimálny polomer ohybu kábla a vytvárate stratu makroohybu; nechajte prach sadnúť na čelnú stranu konektora a vytvoríte stratu vloženia a spätný odraz.
Hlavné typy káblov z optických vlákien: Jeden{0}}režim vs
Prvým rozhodnutím v akomkoľvek projekte s optickými vláknami je jedno{0}}režim alebo viacrežim. Všetko ostatné - konektor, vysielač, vzdialenosť, cena - vyplýva z tohto výberu.
Jedno{0}}režimové vlákno (SMF)
Jedno{0}}režimové vlákno má veľmi úzke jadro (zvyčajne 8 – 10 µm), ktoré podporuje iba jeden režim šírenia. Svetlo sa šíri v podstate priamočiaro dole jadrom, čo eliminuje modálny rozptyl a umožňuje extrémne dlhý dosah.
Single{0}}režim je predvolený pre:
- Telekomunikačné-siete a siete metra
- ISP chrbtica a agregačné odkazy
- Kampus a chrbtica-k{1}}budovaniu
- Prepojenie dátového centra (DCI) medzi lokalitami
- FTTH, FTTB a ďalšie prístupové siete
Moderné jedno{0}}režimové vlákno je kategorizované ako OS1 alebo OS2. Rozdiel je hlavne v konštrukcii kábla (tesná-tlmená vs. voľná-trubica) a útlme na kilometer, nie v samotnom skle.OS2 je štandardná voľba pre vonkajšie,-diaľkové nasadenia a nasadenia FTTH, zatiaľ čo OS1 je bežnejší v kontrolovanom vnútornom prostredí.
Multimode vlákno (MMF)
Multimode vlákno má väčšie 50 µm jadro, ktoré podporuje mnoho simultánnych svetelných dráh. Vďaka tomu je lacnejšie spájať svetlo do - VCSEL transceivery sú výrazne lacnejšie ako lasery DFB používané na dlhý{3}}ťah s jedným{4}}režimom -, ale cesty rôznych režimov prichádzajú k prijímaču v mierne odlišných časoch, čo obmedzuje dosah.
Multimode sa bežne používa na:
- Horné-z-rack and leaf{2}}chrbticových odkazov vo vnútri dátového centra
- Server-na{1}}prepínanie a pripojenie k úložisku
- Krátke kostry budovy alebo podlahy
- Laboratórne a testovacie prostredia
Kategórie OM1 až OM5 pokrývajú progresívne-výkonnejšie multimódové vlákno.OM3 a OM4 pokrývajú veľkú väčšinu nových inštalácií dátových centier, s pridaným OM5, keď je v hre širokopásmové multiplexovanie s krátkou vlnovou dĺžkou- (SWDM).
OS1, OS2 a OM1–OM5: Špecifikácie a typický dosah
Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje výkon jednotlivých kategórií s bežnými rýchlosťami Ethernetu. Údaje o vzdialenosti pochádzajú z noriem IEEE 802.3 pre príslušné PMD; dlhší dosah je možný so špecializovanou optikou.
| Kategória | Typ vlákna | Priemer jadra | Typická vlnová dĺžka | Dosiahnite 10G | Dosiahnite pri 40/100G | Typické použitie |
|---|---|---|---|---|---|---|
| OS1 | Single{0}}režim | ~9 µm | 1310/1550 nm | 10 km+ | 10-40 km | Beží v jednom{0}}režime v interiéri |
| OS2 | Single{0}}režim | ~9 µm | 1310/1550 nm | 10-40 km+ | 10–80 km s vhodnou optikou | Vonkajšie,{0}}dlhé, FTTH, DCI |
| OM1 | Multimode | 62.5 µm | 850 nm | 33 m | Neodporúča sa | Staršie inštalácie |
| OM2 | Multimode | 50 µm | 850 nm | 82 m | Neodporúča sa | Staršie podnikové siete LAN |
| OM3 | Multimode (optimalizované-laserom) | 50 µm | 850 nm | 300 m | 100 m pri 40G/100G | Mainstreamové dátové centrum s krátkym dosahom |
| OM4 | Multimode (optimalizované-laserom) | 50 µm | 850 nm | 400 m | 150 m pri 40G/100G | Dátové centrum s vyšším{0}}výkonom |
| OM5 | Širokopásmový multimód | 50 µm | 850-953 nm | 400 m+ | 150 m pri 40G/100G; podporuje SWDM | Plánovanie dátových centier SWDM |
Jeden{0}}režim a viacrežimové vlákno
| Faktor | Jednoduchý-režim | Multimode |
|---|---|---|
| Veľkosť jadra | 8–10 µm | 50 µm (62,5 µm pre OM1) |
| Svetelný zdroj | DFB alebo FP laser | VCSEL alebo LED |
| Typický dosah | Desiatky kilometrov | Až niekoľko sto metrov |
| Náklady na optiku | Vyššie na port | Nižšie pre krátky dosah |
| Náklady na kábel | Porovnateľné, niekedy nižšie | Porovnateľné |
| Najlepšie pre | Chrbtica, FTTH, DCI, dlhé linky | Vnútri--regálu, listovej-chrbtice, laboratória |
Spoľahlivé pravidlo: ak odkaz niekedy opustí budovu, predvolene sa použije jednoduchý{0}režim. Ak zostane vo vnútri jedného zariadenia a je menej ako niekoľko stoviek metrov, multimode zvyčajne vyhráva na celkovej cene.
Prečo káble z optických vlákien podporujú väčšiu šírku pásma ako meď
Výhodou šírky pásma Fiber nie je marketing -, pochádza z fyziky. Optické frekvencie sú o niekoľko rádov vyššie ako frekvencie dosiahnuteľné na krútenej dvojlinke, takže jedno vlákno môže byť modulované oveľa viac dát za sekundu. S multiplexovaním s delením vlnovej dĺžky môže jeden reťazec prenášať desiatky nezávislých kanálov pri 100 G, 200 G alebo 400 G.IEEE 802.3už definuje 400G a 800G Ethernet cez vlákno; nič blízke neexistuje nad meďou v zmysluplnej vzdialenosti.
Ako ďaleko môžu káble z optických vlákien prenášať údaje?
Dosah závisí od kategórie optických vlákien, vysielača a prijímača a stratového rozpočtu prepojenia -, nie od samotného kábla. Ako referenčné body:
- Multimód OM3/OM4 pri 10 GBASE-SR: 300 m / 400 m
- OS2 single-režim pri 10 GBASE-LR (1310 nm): 10 km
- OS2 pri 10GBASE-ER (1550 nm): 40 km
- OS2 pri 10GBASE-ZR s linkovou-optikou: 80 km
- Koherentné DWDM systémy: stovky až tisíce kilometrov so zosilňovačmi
Je vlákno bezpečnejšie ako meď?
Vlákno je ťažšie skryté ako medený Ethernet. Vloženie pasívneho odbočovača na vlákno zvyčajne spôsobuje merateľný úbytok vloženia a spätný odraz, z ktorých oba dokáže detekovať monitorovanie OTDR alebo aktívneho spojenia. Meď naopak uniká elektromagnetické žiarenie, ktoré je možné zachytiť v blízkosti.
Toto nerobí vlákno "zabezpečené" samo osebe - určeným útočníkom s fyzickým prístupom a správnym spojovacím zariadením môže stále klepnúť na vlákno. Považujte vlákno za pevnejší základ fyzickej{2}}vrstvy, nie ako náhradu za šifrovanie a riadenie prístupu.
Nevýhody a obmedzenia vláknovej optiky
Fiber je tou správnou odpoveďou pre väčšinu-výkonných odkazov, no má aj skutočné nevýhody.
Vyššie počiatočné náklady na krátke odkazy
Pre 20 metrovú vzdialenosť medzi prepínačom a stolom je prepojovací kábel Cat 6 rýchlejší, lacnejší a jednoduchší ako alternatíva z optických vlákien. Vláknové transceivery, spájacie nástroje, fúzne splicery a testovacie zariadenia OTDR zvyšujú skutočné kapitálové náklady.
Špecializovanejšia inštalácia
Vlákno zle znáša zlé spracovanie.Správna inštaláciaznamená rešpektovať polomer ohybu, kontrolovať ťahové napätie, udržiavať konektory čisté a testovať každé ukončenie. Preskočenie týchto krokov vytvorí prepojenia, ktoré prejdú testami kontinuity, ale zlyhajú pri zaťažení.
Žiadne natívne dodávanie energie
Štandardné vlákno neprenáša elektrický prúd, takže nemôže dodať PoE do kamier, prístupových bodov alebo telefónov. Hybridné káble, ktoré kombinujú vlákno s medenými napájacími vodičmi, existujú, ale predstavujú inú triedu produktov.
Úskalia kompatibility
Vláknové spojenie funguje iba vtedy, keď každý komponent súhlasí: typ vlákna (SM alebo MM), konektor (LC, SC, MPO), lesk (PC, UPC, APC), vlnová dĺžka a dosah transceivera sa musia zhodovať. Napríklad nezhodné konektory APC a UPC sa fyzicky spoja, ale spôsobia neprijateľnú stratu vloženia.
Kábel z optických vlákien verzus medený kábel
| Faktor | Kábel z optických vlákien | Meď (kat. 6/6A/8) |
|---|---|---|
| Signálne médium | Svetlo | Elektrický prúd |
| Maximálny dosah Ethernetu | 10 – 80 km (jeden-režim) | 100 m (typické), 30 m pre kat. 8 |
| Najvyššia podporovaná sadzba | 400G a 800G v IEEE 802.3 | 40G oproti Cat 8 |
| Odolnosť proti EMI | Imunitný | Náchylné |
| Napájanie cez kábel | Žiadne natívne | PoE/PoE+/PoE++ až 90 W |
| Zručnosť ukončenia | Kvalifikovaná práca, často fúzne spájanie | Štandardné krimpovanie RJ45 |
| Cena vopred (krátky odkaz) | Vyššie | Nižšia |
| Dlhodobá{0} škálovateľnosť | Výborne | Obmedzené |
Úprimná odpoveď na „vlákno alebo meď“ je „obaja na svojich správnych miestach“. V modernom areáli sa zvyčajne používa jedno{1}}režimové vlákno na chrbtici, multimódové vlákno v halách dátového centra a meď od prístupových prepínačov ku koncovým zariadeniam.
Bežné aplikácie vláknovej optiky
Telekom a internetová chrbtica
Dopravcovia na dlhé{0}}dopravy prevádzkujú medzi mestami tisíce kilometrov jednorežimového{1}}vlákna, ktoré je osvetlené koherentnou optikou DWDM. Podmorské káble, ktoré spájajú kontinenty, sú tiež optické -, zvyčajne s optickými zosilňovačmi (EDFA) každých 50 až 100 km.
Hyperškálové a podnikové dátové centrá
Vnútri moderného dátového centra sú spoje typu leaf{0}}to{1}}spine line obvykle MPO-založené na paralelnej optike cez OM4 alebo OM5 a medzi servermi-to{6}}linkami sú často duplexné LC na OM3/OM4.Kufrové a vylamovacie káble MPO a MTPsú to, čo robí hustoty portov 40G, 100G a 400G praktickými vo veľkom rozsahu.
FTTH a širokopásmový prístup
Fiber to home rozširuje jednorežimové vlákno z OLT cez pasívny optický rozdeľovač až po ONT u každého účastníka. Typická architektúra GPON alebo XGS-PON obsluhuje 32 alebo 64 domácností z jedného portu PON a podporuje rýchlosti sťahovania triedy gigabit{5}}. Detailný dizajn anFTTH prístupová sieťstojí za vlastného sprievodcu.
Priemyselné, lekárske a snímacie
V továrňach vlákno nahrádza meď na akomkoľvek spoji, ktorý prechádza vysoko{0}}zariadeniami s vysokým napätím alebo premenlivými{1}}frekvenčnými meničmi - meď zachytáva príliš veľa elektrického šumu, aby bola spoľahlivá. Lekárske endoskopy používajú zväzky vlákien na poskytovanie svetelných a obrazových údajov. Distribuované vláknové senzory detegujú vibrácie, teplotu a napätie pozdĺž potrubí, obvodov a štruktúr.
Ako si vybrať správny kábel z optických vlákien
Výber kábla by mal začať požiadavkou siete, nie produktovou radou. Prejdite si týchto päť otázok v poradí.
1. Aká je vzdialenosť spojenia a požadovaná rýchlosť?
Zmapujte vzdialenosť oproti IEEE 802.3 PMD, ktorá zodpovedá vašej rýchlosti. 250 m 10G spojenie môže spustiť OM3; 350 m 10G spojenie vyžaduje OM4 alebo single{8}}režim; všetko za 550 m pri 10G je územie s jedným{11}}režimom. V prípade 100G/400G je viacrežimové rýchle zrútenie - jeden{16}}režim bezpečným predvoleným nastavením mimo jednej budovy.
2. Aký transceiver rozsvieti vlákno?
Kábel a optický modul sa musia zhodovať. Overiť:
- Typ vlákna: jednoduchý-režim verzus viacrežimový
- Vlnová dĺžka: 850 nm vs 1310 nm vs 1550 nm alebo mriežky CWDM/DWDM
- Konektor: LC duplex, SC alebo MPO/MTP
- Špecifikácia dosahu (SR, LR, ER, ZR)
- Duplexná vs paralelná (MPO) signalizácia
Spárovanie nesprávneho transceivera a optického vlákna je najčastejšou príčinou lístkov typu „spojenie je tmavé“. 10GBASE-jednorežimový transceiver LR{3}}na viacrežimovom prepojovacom kábli môže prerušovane klapať alebo sa vôbec nespája.
3. Ktorý konektor sa hodí k vášmu zariadeniu?
Štyri typy konektorov, ktoré dnes uvidíte na skutočnom zariadení:
- LC- predvolená hodnota na moderných SFP/SFP+/SFP28 transceiveroch a väčšine duplexných prepojení dátových centier
- SC- bežné v telekomunikáciách, FTTH ONT a niektorých starších podnikových zariadeniach
- MPO/MTP- viac{1}}vláknové konektory používané pre paralelnú 40G/100G/400G optiku a vysoko{5}}kanály s vysokou hustotou
- FC a ST- sa nachádza v starších sieťach, testovacích zariadeniach a niektorých priemyselných nasadeniach
Podrobnejší návod na každý typ konektora - vrátane poľských štýlov a tam, kde záleží na APC vs UPC - je v našomSprievodca typmi konektorov z optických vlákien.
4. Aké je prostredie inštalácie?
Na plášti a konštrukcii záleží rovnako ako na skle:
- Vnútorná stúpačka alebo plénum- horľavé-bundy, ak to vyžaduje kód (CMR, CMP)
- Vonkajšia anténa- Bunda odolná voči UV žiareniu-, často s konštrukciou ADSS alebo figúrkou 8
- Priamy pohreb alebo potrubie- pancierový alebo gélový-voľný{2}}naplnený hadicový kábel
- PriemyselnáPancierový kábel - určený pre príslušné chemické a mechanické vystavenie
5. Ako sa bude test testovať?
Pred vytiahnutím kábla naplánujte testovanie. Minimálne každé ukončenie dostane kontrolu konektora pomocou fibroskopu a test vložnej straty pomocou svetelného zdroja a merača výkonu. V prípade dlhších alebo kritických odkazov pridajte sledovanie OTDR, aby ste našli všetky udalosti s vysokou-stratou.Fluke Networks publikuje dobrý referenčný materiálo testovacích metódach pre certifikáciu a riešenie problémov.
FAQ
Otázka: Čo je to vláknová optika jednoduchými slovami?
Odpoveď: Vláknová optika je spôsob, ako odosielať údaje pomocou impulzov svetla cez tenké sklenené vlákna. Je to technológia, za ktorou stojí vysoko-rýchlostný internet, moderné dátové centrá a väčšina-komunikačných sietí na veľké vzdialenosti.
Otázka: Je optický kábel rýchlejší ako meď?
Odpoveď: Pre veľké vzdialenosti a vysoké rýchlosti prenosu dát áno - výrazne. Jedno-režimové vlákno bežne prenáša 100G alebo 400G na desiatky kilometrov, zatiaľ čo medený Ethernet dosahuje vrchol 40G na 30 m (Cat 8) alebo 10G na 100 m (Cat 6A).
Otázka: Aká je maximálna vzdialenosť jedného-vlákna?
Odpoveď: Závisí to od vysielača a prijímača. Štandardné 10GBASE-LR ubehne 10 km, 10GBASE-ER ubehne 40 km, 10GBASE-ZR ubehne 80 km a koherentné DWDM systémy sa rozšíria na stovky alebo tisíce kilometrov so zosilnením.
Otázka: Je OS2 lepší ako OS1?
Odpoveď: Pre väčšinu nových inštalácií áno. OS2 má nižší útlm a používa voľnú-konštrukciu rúr, ktorá je vhodná na vnútorné aj vonkajšie použitie, zatiaľ čo OS1 je v podstate vnútorná tesná-výrazná špecifikácia s vyššou stratou na kilometer.
Otázka: Je OM4 lepší ako OM3?
Odpoveď: OM4 podporuje dlhší dosah pri rovnakej rýchlosti -, napríklad 400 m pri 10G oproti 300 m pri OM3 a 150 m oproti 100 m pri 40G/100G. Ak je dĺžka prepojenia pohodlne v dosahu OM3, OM3 je zvyčajne nákladovo{13}}efektívnejšie.
Otázka: Môže sa kábel z optických vlákien používať vonku?
Odpoveď: Áno, so správnou konštrukciou. Vonkajšie káble z optických vlákien používajú plášte odolné voči UV žiareniu-, prvky blokujúce vodu{{2} a často pancierové alebo voľné-trubice. Vnútorný-kábel by sa nemal používať vonku a naopak.
Otázka: Aké konektory sa používajú pre kábel z optických vlákien?
Odpoveď: Najbežnejšie sú LC (moderné dátové centrá a optika SFP), SC (telekomunikácie a FTTH), MPO/MTP (paralelná optika pri 40G a vyššej) a FC/ST v starších alebo priemyselných systémoch.
Otázka: Potrebuje vlákno transceiver alebo modem?
Odpoveď: Vyžaduje transceiver - zvyčajne SFP, SFP+, QSFP+, QSFP28 alebo QSFP-DD -, ktorý konvertuje medzi elektrickými a optickými signálmi na každom konci spojenia. Služby FTTH zvyčajne končia na ONT, čo je rezidenčný ekvivalent transceivera.
Otázka: Prenáša kábel z optických vlákien elektrinu alebo PoE?
Odpoveď: Nie. Štandardné vlákno prepúšťa iba svetlo. Na napájanie vzdialeného zariadenia buď nainštalujete meď vedľa vlákna, alebo použijete hybridný kábel z vlákna/med.
Otázka: Je kábel z optických vlákien krehký?
Odpoveď: Sklenené pramene sú krehké, ale hotový kábel je pri správnej inštalácii robustný. Väčšina zlyhaní v poli je spôsobená nedodržaním polomeru ohybu, príliš silným ťahaním počas inštalácie alebo zlou manipuláciou s konektorom -, nie zlyhaním samotného skla.
Otázka: Kedy by som si mal vybrať vlákno namiesto medi?
Odpoveď: Vyberte si vlákno, keď je spojenie dlhšie ako 100 m, keď prechádza elektricky hlučným prostredím, keď potrebuje podporovať 25G alebo vyššiu rýchlosť, alebo keď je v dráhe, ktorá bude neskôr drahá. Meď stále víťazí pre krátke prístupové prepojenia, koncové body-napájané PoE a prevádzky v malých kanceláriách.
Záver
Optické vlákna sú základom v podstate každej modernej{0}}výkonnej siete - a kategória kábla, typ konektora a výber vysielača a prijímača majú skutočný vplyv na to, či prepojenie funguje podľa špecifikácií.
- PoužiteOS2 jeden-režimpre čokoľvek, čo opúšťa budovu, plus FTTH a{0}}diaľku.
- PoužiteOM4 (alebo OM5 pre SWDM)multimode pre{0}}budovanie prepojení dátových centier do vzdialenosti niekoľkých stoviek metrov.
- PoužiteOM3keď na rozpočte záleží a dĺžka odkazu je pohodlne na dosah.
- Použitemeďpre krátke prístupové linky, PoE zariadenia a základnú kancelársku kabeláž.
Pred obstarávaním uzamknite vzdialenosť, rýchlosť, transceiver, konektor, prostredie a testovací plán. Vykonať túto prácu vopred - namiesto toho, aby sa výber kábla nechal riadiť dizajnom -, je jediným najväčším prediktorom toho, či optická inštalácia bude fungovať počas celej plánovanej životnosti.
