Kuitu vs kupari Ethernetissä: milloin kuitu kannattaa

Kuitu voittaa aina, kun kupari loppuu kesken etäisyyden, kerää häiriöitä tai joutuu kulkemaan kahden rakennuksen välillä. Kupari voittaa rakennuksen sisällä lyhyillä vedoilla, joissa portit ovat jo olemassa ja kaapeli päätetään paikan päällä. Ratkaisun tekee yleensä kolme asiaa: kuinka pitkä yhteys on, mitä kummassakin päässä on, ja jakavatko päät saman sähköverkon maan. Kuitu kuljettaa valoa, ei sähköä, joten se on immuuni sähköisille häiriöille sekä rakennusten välisille maapotentiaalieroille ja salamaniskuille. Kupari kuljettaa signaalin jännitteenä, joten se ei ole.

Mitä kukin kaapeli oikeastaan on

Kupari-Ethernet on neljä kierrettyä kuparijohdinparia, jotka päätetään 8P8C-modulaariliittimiin ja -pistorasioihin. Signaali on differentiaalinen: kukin pari kuljettaa samaa signaalia käänteisenä kahdessa johtimessa, ja vastaanotin vähentää toisen toisesta, mikä kumoaa suuren osan matkalla kerääntyneestä kohinasta. Tämä toimii hyvin, mutta vain tiettyyn pisteeseen asti. 100 m (328 ft) kanavaraja asetetaan signaalin vaimenemisen ja ajoituksen perusteella, ja se koskee jokaista nopeutta 10 Mbps:stä 10 Gbps:iin vastaavalla luokalla. Täydellinen erittely on sivulla kuinka pitkälle Ethernet voi kulkea.

Kuitu on lasiydin, jota ympäröi vaippa, suojapinnoite ja kuori. Transceiver muuntaa kytkimen sähköisen signaalin valoksi, lähettää sen kuitua pitkin, ja toisessa päässä oleva transceiver muuntaa sen takaisin. Mitään sähköistä ei kulje kaapelin läpi. Yksimuotokuidun ydin on 9 µm ja vaippa 125 µm (kirjoitetaan 9/125), ja sitä käytetään aallonpituuksilla 1310 nm ja 1550 nm. Monimuotokuidun ydin on 50 µm tai 62,5 µm ja vaippa 125 µm, ja sitä käytetään aallonpituuksilla 850 nm ja 1300 nm. Luokat, kuoren värit ja ydin koot on esitetty sivulla kuituoptisten kaapeleiden tyypit.

Etäisyys: missä kupari loppuu ja kuitu alkaa

Tämä on selkein jakolinja. Kupari yltää 100 m (328 ft) nopeudesta 10 Mbps aina 10 Gbps:iin asti oikealla luokalla, ja 10GBASE-T vaatii Cat6a:n täyteen 100 m:iin; Cat6:lla se yltää 55 m (180 ft) ja vain 37 m (121 ft), kun useita kaapeleita kulkee nipussa. Cat8 yltää 25 ja 40 Gbps, mutta vain 30 m (98 ft) kanavalla kahdella liittimellä, ja se on tarkoitettu kytkin–palvelin-yhteyksiin datakeskusten sisällä.

Kuitu yltää paljon pidemmälle, ja luokka määrää kuinka paljon pidemmälle.

Kahden rakennuksen välinen veto samalla tontilla on usein muutaman sadan metrin mittainen, mihin monimuoto yltää 10 Gbps:llä. Kaikki pidempi, tai mikä tahansa, joka poistuu tontilta, on yksimuodon aluetta. Yksimuoto on myös luokka, joka jatkaa toimintaansa, kun nopeus myöhemmin nousee, koska pitkän matkan yhteyksien kantamaluvut asetetaan kummankin pään transceivereilla eikä lasilla.

Häiriöt, salama ja erilliset maat

Rakennuksen sisällä kupari on yleensä riittävä. Ongelmat alkavat, kun kaapeli poistuu rakennuksesta.

Kaksi samalla tontilla olevaa rakennusta harvoin ovat täsmälleen samassa maapotentiaalissa. Ne yhdistävä kuparikaapeli antaa erolle reitin, ja virta kulkee signaalipareissa ja mahdollisessa suojavaipassa. Seurauksena on vaihtelevasti satunnaisia virheitä tai vaurioituneita portteja. Lähellä tapahtuva salamanisku pahentaa tilannetta: jännitepiikki kytkeytyy kaapeliin ja kulkee kaikkeen, mikä on kytketty kumpaankin päähän. Kuitu ei kuljeta sähköä, joten se katkaisee tämän reitin kokonaan. Tämä on yksittäisistä syistä vahvin peruste kuidulle rakennusten välillä, ja se pätee nopeudesta riippumatta.

Häiriöt ovat toinen ongelma. Kupari kerää kohinaa moottoreista, loisteputkien kuristimista, radiolähettimistä ja lähellä olevista sähköverkon kaapeleista. NEC vaatii vähintään 50 mm (2 in) etäisyyden tietoliikennekaapelin ja sähköverkon johtimien välillä, ellei niitä erota este, ja virtakaapelit tulee ylittää suorassa kulmassa. Kierretyt parit ja suojaus vähentävät vaikutusta, mutta suojattu järjestelmä toimii vain, jos pistorasiat, liittimet ja patch-paneelit ovat kaikki suojattuja ja suojavaipan maadoitus kulkee laitteen kautta; katkennut tai maadoittamaton suojavaippa ei anna mitään hyötyä ja voi kerätä kohinaa. Kuitu on immuuni kaikelle tälle.

Nopeusvara ja mikä liitetään mihin

Kuparin nopeudet on sidottu kaapeliluokkaan: Cat5e yltää 1 Gbps 100 m:iin ja 2,5 Gbps 100 m:iin IEEE 802.3bz:n mukaan; Cat6 yltää 10 Gbps 55 m:iin; Cat6a yltää 10 Gbps täyteen 100 m:iin. Nopeuden nostaminen tarkoittaa yleensä kaapelin vaihtamista.

Kuitu erottaa kaapelin nopeudesta. Sama monimuotokaapeli, joka kuljettaa tänään 1 Gbps, voi kuljettaa huomenna 10 Gbps, jos kummankin pään transceiverit vaihdetaan. Transceiver on osa, joka määrää nopeuden ja kantaman, ja se liitetään kytkimen porttiin. SFP on 1 Gbps, SFP+ on 10 Gbps, SFP28 on 25 Gbps, QSFP+ on 40 Gbps ja QSFP28 on 100 Gbps. Lyhyisiin yhteyksiin telineen sisällä DAC-kaapeli (direct attach copper, twinax) yhdistää kaksi SFP-porttia ilman erillisiä transceivereita, ja passiiviset SFP+ DAC-kaapelit yltävät 7 m:iin. AOC (active optical cable) on kiinteä kuitukaapeli, johon transceiverit on sisäänrakennettu, pidempiin vetoihin. Molemmat on käsitelty sivulla SFP- ja SFP+-moduulit, DAC- ja AOC-kaapelit.

Yksi käytännön kompastuskivi: kytkinvalmistajat voivat hyväksyä vain laitteilleen koodattuja moduuleja, ja yhteensopivat moduulit on koodattu tietylle valmistajalle. Moduuli, jota ei ole koodattu kytkimelle, ei välttämättä tule tunnistetuksi lainkaan.

Liittimet, hionta ja käsittely

Kuituliittimet ovat pienempiä ja vähemmän anteeksiantavia kuin RJ45. LC:ssä on 1,25 mm ferrule, ja se on tavallinen liitin SFP-moduuleissa. SC:ssä on 2,5 mm ferrule ja työnnä–vedä-runko. ST:ssä on 2,5 mm ferrule ja kiertolukittuva bajonetti, ja se on vanhempi. MPO/MTP laittaa 12 tai 24 kuitua yhteen ferruleen 40G:n ja 100G:n rinnakkaisoptiikkaa varten.

Hionnalla on väliä. UPC-liittimissä on sininen runko; APC-liittimissä on vihreä runko ja 8 asteen viisto päätypinta. Älä koskaan liitä APC-liitintä UPC-liittimeen: pinnat eivät kohtaa, ja yhteys epäonnistuu tai liittimet vaurioituvat.

Käsittely on toinen ero. Kuparia voi vetää, taivuttaa, katkaista mittaan ja päättää paikan päällä puristustyökalulla. Kuitu vaatii puhtaan päätypinnan; pöly ja sormenjäljet ferrulessa ovat yleinen syy siihen, ettei yhteys nouse. Tehdasvalmisteiset patch-kaapelit ja valmiiksi päätetyt vedot välttävät kenttäpäätyksen kokonaan, ja se on tavallinen lähestymistapa kenelle tahansa, joka ei ole aiemmin käsitellyt kuitua.

Kumpi valita

Käytä kuparia, kun veto on rakennuksen sisällä, alle 100 m (328 ft), ja laitteissa on jo RJ45-portit. Cat6a on turvallinen valinta uuteen 10 Gbps -vetoon täyteen 100 m:iin; Cat6 riittää lyhyempiin vetoihin. Kupari on myös halvempaa päättää ja helpompi muokata.

Käytä kuitua, kun jokin näistä pätee:

• Veto poistuu rakennuksesta, salaman ja maaeristyksen vuoksi.
• Veto on pidempi kuin 100 m (328 ft).
• Reitti kulkee lähellä raskaita sähkölaitteita, moottoreita tai radiolaitteita.
• Yhteys tarvitsee 25, 40 tai 100 Gbps, mitä kupari ei kuljeta millään hyödyllisellä etäisyydellä.
• Nopeus voi nousta myöhemmin ilman kaapelin vaihtamista.

Kotiverkkoon kupari on yleensä oikea vastaus: vedot ovat lyhyitä, kaikki on yhdessä rakennuksessa ja portit ovat jo olemassa. Kuitu kotiverkkoon on järkevää lähinnä erilliseen ulkorakennukseen, pitkään puutarhavetoon tai työpajaan, jolla on oma sähköliitäntä, missä maaeristys on pointti. Lyhyt kuituliitäntä kahden kytkimen välillä, moduulipari kummassakin päässä, on suoraviivainen työ, kunhan moduulit sopivat kytkimeen.

Mikä menee pieleen

APC:n ja UPC:n liittäminen. Viisto pinta ja tasainen pinta eivät kohtaa. Yhteys epäonnistuu, ja toinen tai molemmat liittimet voivat vaurioitua. Tarkista rungon väri ennen kuin liität mitään.

Likä ferrulessa. Pölyhiukkanen päätypinnalla estää tai sirottaa valon. Puhdista ja tarkasta ennen jokaista liitäntää, ja aseta suojatulpat käyttämättömiin portteihin.

Väärä luokka kantamaan. 10GBASE-SR OM1:llä yltää 33 m, ei 300 m. Luokka määrää kantaman, ja transceiverin on vastattava luokkaa ja etäisyyttä.

Väärä moduulikoodaus. Moduulia, jota ei ole koodattu kytkimelle, ei välttämättä tunnisteta lainkaan, vaikka optiikka ja kuitu olisivat oikein.

Tiukat taivutukset. Kuidulla on pienin taivutussäde, ja jyrkkä taivutus aiheuttaa häviötä tai halkeavan ytimen. Kuparilla on oma rajansa: 4-pariselle UTP:lle asennettu taivutussäde on vähintään 4 kertaa kaapelin ulkohalkaisija, ja suurin vetojännitys on 25 lbf (110 N).

Kupari siellä, missä se ei voi toimia. Kuparipäällysteiset alumiinijohtimet eivät täytä TIA-luokkastandardeja: korkeampi resistanssi, hauraus taivutettaessa ja enemmän lämpöä PoE:ssa. Luokkakaapeli on täyttä kuparia tai säikeistä kuparia. Kupariveto rakennusten välillä kuljettaa myös maapotentiaalieron ja jännitepiikin reitin, mitä mikään kaapeliluokitus ei korjaa.

Oletus, että kuitu tarvitsee sähköverkon virtaa molemmissa päissä. Se ei kuljeta virtaa, joten kumpikin pää tarvitsee oman syöttönsä. PoE ei kulje kuidun yli; kun etälaite tarvitsee virtaa, se tarvitsee paikallisen syötön tai mediamuuntimen, jossa on oma virtalähde. Sähköverkkotyöt ovat lisensoidun sähköasentajan tehtävä.