Glasfaser vs. Kupfer-Ethernet: Wann Glasfaser sinnvoll ist

Glasfaser gewinnt überall dort, wo Kupfer an seine Entfernungsgrenzen stößt, Störungen aufnimmt oder zwischen zwei Gebäuden überqueren muss. Kupfer gewinnt innerhalb eines Gebäudes bei kurzen Strecken, wo die Ports bereits vorhanden sind und das Kabel vor Ort konfektioniert werden muss. Die Entscheidung wird meist von drei Dingen bestimmt: wie weit die Verbindung geht, was an jedem Ende sitzt und ob die beiden Enden eine gemeinsame Netzmasse haben. Glasfaser überträgt Licht, nicht Elektrizität, und ist daher immun gegen elektrische Störungen sowie gegen Potentialunterschiede und Blitzschläge zwischen Gebäuden. Kupfer überträgt das Signal als Spannung, also nicht.

Was jedes Kabel tatsächlich ist

Kupfer-Ethernet besteht aus vier verdrillten Kupferadernpaaren, die mit 8P8C-Modularsteckern und -buchsen abgeschlossen werden. Das Signal ist differentiell: Jedes Paar führt dasselbe Signal invertiert auf zwei Adern, und der Empfänger subtrahiert eines vom anderen, wodurch ein Großteil der entlang des Weges aufgenommenen Störungen aufgehoben wird. Das funktioniert gut, aber nur bis zu einem gewissen Punkt. Die 100-m-Kanallänge (328 ft) ist durch Signaldämpfung und Timing begrenzt und gilt für jede Geschwindigkeit von 10 Mbps bis 10 Gbps in der passenden Kategorie. Die vollständige Aufschlüsselung finden Sie unter wie weit Ethernet laufen kann.

Glasfaser ist ein Glaskern, der von einem Mantel umgeben ist, mit Schutzbeschichtung und Außenhülle. Ein Transceiver wandelt das elektrische Signal vom Switch in Licht um, schickt es durch die Faser, und ein Transceiver am anderen Ende wandelt es zurück. Nichts Elektrisches überquert das Kabel. Singlemode-Faser hat einen 9-µm-Kern und 125-µm-Mantel (geschrieben 9/125) und wird bei 1310 nm und 1550 nm verwendet. Multimode hat einen 50-µm- oder 62,5-µm-Kern mit 125-µm-Mantel und wird bei 850 nm und 1300 nm verwendet. Die Grade, Mantelfarben und Kernabmessungen sind in Glasfaserkabel-Typen aufgeführt.

Entfernung: Wo Kupfer aufhört und Glasfaser beginnt

Dies ist die klarste Trennlinie. Kupfer hält 100 m (328 ft) für 10 Mbps bis 10 Gbps in der richtigen Kategorie, und 10GBASE-T benötigt Cat6a für die vollen 100 m; auf Cat6 erreicht es 55 m (180 ft) und nur 37 m (121 ft), wenn viele Kabel gebündelt verlegt sind. Cat8 erreicht 25 und 40 Gbps, aber nur über einen 30-m-Kanal (98 ft) mit zwei Steckverbindern und ist für Switch-zu-Server-Verbindungen innerhalb von Rechenzentren gedacht.

Glasfaser geht viel weiter, und der Grad bestimmt, wie viel weiter.

Eine Strecke zwischen zwei Gebäuden auf einem Gelände ist oft einige hundert Meter lang, was Multimode bei 10 Gbps bewältigt. Alles Längere oder alles, was das Gelände verlassen muss, ist Singlemode-Territorium. Singlemode ist auch der Grad, der weiter funktioniert, wenn die Geschwindigkeit später steigt, weil die Reichweiten für Langstreckenverbindungen von den Transceivern an jedem Ende bestimmt werden, nicht vom Glas.

Störungen, Blitzschlag und getrennte Erden

Innerhalb eines Gebäudes ist Kupfer normalerweise in Ordnung. Die Probleme beginnen, wenn ein Kabel das Gebäude verlässt.

Zwei Gebäude auf demselben Gelände haben selten genau dasselbe Erdpotential. Ein Kupferkabel, das sie verbindet, gibt diesem Unterschied einen Pfad, und Strom fließt auf den Signalpaaren und auf jeder Abschirmung. Das Ergebnis reicht von intermittierenden Fehlern bis zu beschädigten Ports. Ein naher Blitzschlag verschlimmert es: Die Überspannung koppelt in das Kabel ein und wandert zu allem, was an beiden Enden angeschlossen ist. Glasfaser führt keinen Strom und unterbricht diesen Pfad vollständig. Dies ist das stärkste Argument für Glasfaser zwischen Gebäuden, und es gilt unabhängig von der Geschwindigkeit.

Störungen sind das zweite Problem. Kupfer nimmt Rauschen von Motoren, Leuchtstoffballasten, Funksendern und nahen Netzleitungen auf. Der NEC verlangt mindestens 50 mm (2 in) zwischen Kommunikationskabeln und Netzleitungen, es sei denn, eine Barriere trennt sie, und Stromkabel sollten im rechten Winkel gekreuzt werden. Verdrillte Paare und Abschirmung reduzieren den Effekt, aber ein abgeschirmtes System funktioniert nur, wenn Buchsen, Stecker und Patchpanels alle abgeschirmt sind und die Abschirmung über die Geräte geerdet ist; eine unterbrochene oder nicht geerdete Abschirmung bringt keinen Nutzen und kann Rauschen aufnehmen. Glasfaser ist gegen all das immun.

Geschwindigkeitsreserven und was womit verbunden wird

Kupfergeschwindigkeiten sind an die Kabelkategorie gebunden: Cat5e schafft 1 Gbps bis 100 m und 2,5 Gbps bis 100 m nach IEEE 802.3bz; Cat6 schafft 10 Gbps bis 55 m; Cat6a schafft 10 Gbps bis zur vollen 100 m. Eine Geschwindigkeitssteigerung bedeutet normalerweise, das Kabel zu ersetzen.

Glasfaser trennt das Kabel von der Geschwindigkeit. Dasselbe Multimode-Kabel, das heute 1 Gbps überträgt, kann morgen 10 Gbps übertragen, wenn die Transceiver an jedem Ende ausgetauscht werden. Der Transceiver bestimmt Geschwindigkeit und Reichweite und wird in einen Switch-Port gesteckt. SFP ist 1 Gbps, SFP+ ist 10 Gbps, SFP28 ist 25 Gbps, QSFP+ ist 40 Gbps und QSFP28 ist 100 Gbps. Für kurze Verbindungen innerhalb eines Racks verbindet ein DAC-Kabel (Direct Attach Copper, Twinax) zwei SFP-Ports ohne separate Transceiver, und passive SFP+-DAC-Kabel laufen bis zu 7 m. Ein AOC (Active Optical Cable) ist ein festes Glasfaserkabel mit integrierten Transceivern für längere Strecken. Beide werden in SFP- und SFP+-Module, DAC- und AOC-Kabel behandelt.

Ein praktischer Haken: Switch-Hersteller akzeptieren möglicherweise nur für ihre Geräte codierte Module, und kompatible Module sind für einen bestimmten Hersteller codiert. Ein Modul, das nicht für den Switch codiert ist, wird möglicherweise einfach nicht erkannt.

Steckverbinder, Politur und Handhabung

Glasfaser-Steckverbinder sind kleiner und weniger verzeihend als RJ45. LC hat eine 1,25-mm-Ferrule und ist der übliche Steckverbinder an SFP-Modulen. SC hat eine 2,5-mm-Ferrule und ein Push-Pull-Gehäuse. ST hat eine 2,5-mm-Ferrule und einen Bajonettverschluss und ist älter. MPO/MTP fasst 12 oder 24 Fasern in einer Ferrule für 40G- und 100G-Paralleloptik zusammen.

Die Politur ist wichtig. UPC-Steckverbinder haben ein blaues Gehäuse; APC-Steckverbinder haben ein grünes Gehäuse und eine um 8 Grad abgeschrägte Endfläche. Verbinden Sie niemals einen APC-Steckverbinder mit einem UPC-Steckverbinder: Die Flächen treffen nicht aufeinander, und die Verbindung schlägt fehl oder die Steckverbinder werden beschädigt.

Die Handhabung ist der andere Unterschied. Kupfer kann mit einem Crimpwerkzeug gezogen, gebogen, auf Länge geschnitten und vor Ort konfektioniert werden. Glasfaser benötigt eine saubere Endfläche; Staub und Fingerabdrücke auf der Ferrule sind eine häufige Ursache für eine Verbindung, die nicht zustande kommt. Werksseitig gefertigte Patchkabel und vorkonfektionierte Strecken vermeiden die Feldkonfektionierung ganz, und das ist der übliche Ansatz für jeden, der noch nie mit Glasfaser zu tun hatte.

Was zu wählen ist

Verwenden Sie Kupfer, wenn die Strecke innerhalb eines Gebäudes liegt, unter 100 m (328 ft) und die Geräte bereits RJ45-Ports haben. Cat6a ist die sichere Wahl für eine neue 10-Gbps-Strecke bis zur vollen 100 m; Cat6 ist für kürzere Strecken in Ordnung. Kupfer ist auch billiger zu konfektionieren und leichter zu ändern.

Verwenden Sie Glasfaser, wenn einer der folgenden Punkte zutrifft:

• Die Strecke verlässt das Gebäude, für Blitzschutz und Erdungstrennung.
• Die Strecke ist länger als 100 m (328 ft).
• Die Route führt nahe an schweren elektrischen Geräten, Motoren oder Funkgeräten vorbei.
• Die Verbindung benötigt 25, 40 oder 100 Gbps, was Kupfer über keine nutzbare Entfernung übertragen kann.
• Die Geschwindigkeit könnte später steigen, ohne das Kabel zu ersetzen.

Für ein Heimnetzwerk ist Kupfer normalerweise die richtige Antwort: Die Strecken sind kurz, alles ist in einem Gebäude, und die Ports sind bereits vorhanden. Glasfaser für ein Heimnetzwerk ist hauptsächlich für ein freistehendes Nebengebäude, eine lange Gartenstrecke oder eine Werkstatt mit separater Stromversorgung sinnvoll, wo die Erdungstrennung der Punkt ist. Eine kurze Glasfaserverbindung zwischen zwei Switches mit einem Modulpaar an jedem Ende ist eine unkomplizierte Aufgabe, sobald die Module zum Switch passen.

Was schiefgeht

APC und UPC verbinden. Die abgeschrägte Fläche und die flache Fläche treffen nicht aufeinander. Die Verbindung schlägt fehl, und einer oder beide Steckverbinder können beschädigt werden. Prüfen Sie die Gehäusefarbe, bevor Sie etwas anschließen.

Schmutz auf der Ferrule. Ein Staubkorn auf der Endfläche blockiert oder streut das Licht. Reinigen und prüfen Sie vor jeder Verbindung, und setzen Sie Schutzkappen auf unbenutzte Ports.

Falscher Grad für die Reichweite. 10GBASE-SR auf OM1 erreicht 33 m, nicht 300 m. Der Grad bestimmt die Reichweite, und der Transceiver muss zum Grad und zur Entfernung passen.

Falsche Modulcodierung. Ein nicht für den Switch codiertes Modul wird möglicherweise überhaupt nicht erkannt, obwohl die Optik und die Faser korrekt sind.

Enge Biegungen. Glasfaser hat einen Mindestbiegeradius, und eine scharfe Biegung verursacht Verluste oder einen gebrochenen Kern. Kupfer hat seine eigene Grenze: Für 4-paariges UTP beträgt der installierte Biegeradius mindestens das 4-fache des Kabelaußendurchmessers, und die maximale Zugbelastung beträgt 25 lbf (110 N).

Kupfer, wo es nicht funktionieren kann. Kupferkaschierte Aluminiumleiter erfüllen nicht die TIA-Kategorienormen: höherer Widerstand, spröde beim Biegen und mehr Wärme unter PoE. Kategoriekabel ist aus massivem oder verseiltem Kupfer. Eine Kupferstrecke zwischen Gebäuden trägt auch die Erdungsdifferenz und den Überspannungspfad, was keine Kabelbewertung behebt.

Annehmen, dass Glasfaser an beiden Enden Netzstrom benötigt. Sie führt keinen Strom, also braucht jedes Ende seine eigene Versorgung. PoE läuft nicht über Glasfaser; wo ein entferntes Gerät Strom benötigt, braucht es eine lokale Versorgung oder einen Medienkonverter mit eigener Stromquelle. Netzstromarbeiten sind ein Job für einen lizenzierten Elektriker.