Fibre optique vs cuivre Ethernet : quand la fibre s'impose

La fibre l’emporte partout où le cuivre manque de distance, capte des interférences ou doit traverser entre deux bâtiments. Le cuivre l’emporte à l’intérieur d’un bâtiment, sur de courtes distances, là où les ports existent déjà et où le câble doit être terminé sur site. La décision se joue généralement sur trois critères : la distance de la liaison, ce qui se trouve à chaque extrémité, et le partage ou non d’une même terre secteur. La fibre transporte la lumière, pas l’électricité, elle est donc insensible aux interférences électriques, aux différences de potentiel de terre et aux surtensions de foudre entre bâtiments. Le cuivre transporte le signal sous forme de tension, il n’a donc pas cette immunité.

Ce qu’est réellement chaque câble

Le cuivre Ethernet, ce sont quatre paires torsadées de conducteurs en cuivre, terminées sur des prises et fiches modulaires 8P8C. Le signal est différentiel : chaque paire transporte le même signal inversé sur deux fils, et le récepteur soustrait l’un de l’autre, ce qui annule une grande partie du bruit capté en chemin. Cela fonctionne bien, mais seulement jusqu’à un certain point. La limite de canal de 100 m (328 ft) est fixée par la perte de signal et la synchronisation, et elle s’applique à tous les débits de 10 Mbps à 10 Gbps sur la catégorie correspondante. Le détail complet se trouve sur jusqu’où peut aller un câble Ethernet.

La fibre est un cœur de verre entouré d’une gaine, avec un revêtement protecteur et une enveloppe. Un transceiver convertit le signal électrique du switch en lumière, l’envoie dans la fibre, et un transceiver à l’autre bout le reconvertit. Rien d’électrique ne traverse le câble. La fibre monomode a un cœur de 9 µm et une gaine de 125 µm (notée 9/125), et s’utilise à 1310 nm et 1550 nm. La multimode a un cœur de 50 µm ou 62,5 µm avec une gaine de 125 µm, et s’utilise à 850 nm et 1300 nm. Les grades, les couleurs de gaine et les tailles de cœur sont détaillés dans types de câbles fibre optique.

Distance : où le cuivre s’arrête et où la fibre commence

C’est la ligne de démarcation la plus nette. Le cuivre tient 100 m (328 ft) de 10 Mbps à 10 Gbps sur la bonne catégorie, et le 10GBASE-T nécessite du Cat6a pour les 100 m complets ; sur du Cat6 il atteint 55 m (180 ft), et seulement 37 m (121 ft) lorsque de nombreux câbles sont regroupés. Le Cat8 atteint 25 et 40 Gbps mais seulement sur un canal de 30 m (98 ft) avec deux connecteurs, et est destiné aux liaisons switch-serveur en datacenter.

La fibre va bien plus loin, et le grade détermine à quel point.

Une liaison entre deux bâtiments d’un même site fait souvent quelques centaines de mètres, ce que la multimode gère à 10 Gbps. Au-delà, ou dès qu’il faut quitter le site, c’est le domaine de la monomode. La monomode est aussi le grade qui continue de fonctionner quand le débit augmente plus tard, car les portées des liaisons longue distance sont fixées par les transceivers à chaque extrémité plutôt que par le verre.

Interférences, foudre et terres séparées

À l’intérieur d’un bâtiment, le cuivre convient généralement. Les problèmes commencent quand un câble quitte le bâtiment.

Deux bâtiments d’un même site sont rarement au même potentiel de terre exactement. Un câble cuivre qui les relie offre un chemin à cette différence, et un courant circule sur les paires de signal et sur tout blindage. Le résultat va des erreurs intermittentes aux ports endommagés. Un coup de foudre proche aggrave la situation : la surtension se couple dans le câble et se propage jusqu’à ce qui est branché aux deux extrémités. La fibre ne transporte pas d’électricité, elle coupe donc complètement ce chemin. C’est le plus fort argument en faveur de la fibre entre bâtiments, et il tient quel que soit le débit.

Les interférences sont le second problème. Le cuivre capte le bruit des moteurs, des ballasts fluorescents, des émetteurs radio et des câblages secteur proches. La NEC demande au moins 50 mm (2 in) entre un câble de communication et les conducteurs d’alimentation secteur, sauf barrière de séparation, et les câbles d’alimentation doivent être croisés à angle droit. Les paires torsadées et le blindage réduisent l’effet, mais un système blindé ne fonctionne que si les prises, les fiches et les panneaux de brassage sont tous blindés et si le blindage est mis à la terre via l’équipement ; un blindage rompu ou non relié à la terre n’apporte rien et peut capter du bruit. La fibre est insensible à tout cela.

Marge de débit et quoi se branche sur quoi

Les débits cuivre sont liés à la catégorie du câble : le Cat5e fait 1 Gbps sur 100 m et 2,5 Gbps sur 100 m selon IEEE 802.3bz ; le Cat6 fait 10 Gbps sur 55 m ; le Cat6a fait 10 Gbps sur les 100 m complets. Passer à un débit supérieur implique généralement de remplacer le câble.

La fibre sépare le câble du débit. Le même câble multimode qui transporte 1 Gbps aujourd’hui peut transporter 10 Gbps demain si les transceivers à chaque extrémité sont changés. Le transceiver est l’élément qui fixe le débit et la portée, et il se branche sur un port de switch. SFP est à 1 Gbps, SFP+ à 10 Gbps, SFP28 à 25 Gbps, QSFP+ à 40 Gbps et QSFP28 à 100 Gbps. Pour les courtes liaisons dans une baie, un câble DAC (direct attach copper, twinax) relie deux ports SFP sans transceivers séparés, et les câbles DAC SFP+ passifs vont jusqu’à 7 m. Un AOC (active optical cable) est un câble fibre fixe avec transceivers intégrés, pour les liaisons plus longues. Les deux sont traités dans modules SFP et SFP+, câbles DAC et AOC.

Un piège pratique : les fabricants de switchs peuvent n’accepter que des modules codés pour leur équipement, et les modules compatibles sont codés pour un fabricant spécifique. Un module non codé pour le switch peut simplement ne pas être reconnu.

Connecteurs, polissage et manipulation

Les connecteurs fibre sont plus petits et moins tolérants que le RJ45. Le LC a une ferrule de 1,25 mm et est le connecteur habituel sur les modules SFP. Le SC a une ferrule de 2,5 mm et un corps push-pull. Le ST a une ferrule de 2,5 mm et un verrouillage baïonnette, et est plus ancien. Le MPO/MTP regroupe 12 ou 24 fibres dans une seule ferrule pour les optiques parallèles 40G et 100G.

Le polissage compte. Les connecteurs UPC ont un corps bleu ; les connecteurs APC ont un corps vert et une face terminale inclinée à 8 degrés. Ne jamais accoupler un connecteur APC avec un UPC : les faces ne se rencontrent pas, et la liaison échoue ou les connecteurs sont endommagés.

La manipulation est l’autre différence. Le cuivre peut être tiré, plié, coupé à longueur et terminé sur site avec une pince à sertir. La fibre exige une face terminale propre ; la poussière et les traces de doigts sur la ferrule sont une cause fréquente de liaison qui ne monte pas. Les cordons fabriqués en usine et les liaisons pré-terminées évitent toute terminaison sur site, et c’est l’approche habituelle pour qui n’a jamais manipulé de fibre.

Que choisir

Utilisez le cuivre quand la liaison est à l’intérieur d’un bâtiment, sous 100 m (328 ft), et que les appareils ont déjà des ports RJ45. Le Cat6a est le choix sûr pour une nouvelle liaison 10 Gbps sur les 100 m complets ; le Cat6 suffit pour les liaisons plus courtes. Le cuivre est aussi moins cher à terminer et plus facile à reprendre.

Utilisez la fibre quand l’un de ces cas s’applique :

• La liaison quitte le bâtiment, pour la foudre et l’isolation de terre.
• La liaison dépasse 100 m (328 ft).
• Le chemin passe près d’équipements électriques puissants, de moteurs ou de matériel radio.
• La liaison nécessite 25, 40 ou 100 Gbps, que le cuivre ne peut transporter sur aucune distance utile.
• Le débit peut augmenter plus tard sans remplacer le câble.

Pour un réseau domestique, le cuivre est normalement la bonne réponse : les liaisons sont courtes, tout est dans un même bâtiment, et les ports sont déjà là. La fibre pour un réseau domestique se justifie surtout pour un bâtiment annexe, une longue liaison de jardin ou un atelier sur une alimentation séparée, où l’isolation de terre est l’objectif. Une courte liaison fibre entre deux switchs, avec une paire de modules à chaque extrémité, est une opération simple une fois les modules adaptés au switch.

Ce qui ne va pas

Accoupler APC et UPC. La face inclinée et la face plate ne se rencontrent pas. La liaison échoue, et un ou les deux connecteurs peuvent être endommagés. Vérifiez la couleur du corps avant de connecter quoi que ce soit.

Saleté sur la ferrule. Une poussière sur la face terminale bloque ou diffuse la lumière. Nettoyez et inspectez avant chaque connexion, et capuchonnez les ports inutilisés.

Mauvais grade pour la portée. Le 10GBASE-SR sur OM1 atteint 33 m, pas 300 m. Le grade fixe la portée, et le transceiver doit correspondre au grade et à la distance.

Mauvais codage de module. Un module non codé pour le switch peut ne pas être reconnu du tout, même si l’optique et la fibre sont correctes.

Courbures serrées. La fibre a un rayon de courbure minimal, et une courbure prononcée provoque une perte ou un cœur fissuré. Le cuivre a sa propre limite : pour l’UTP 4 paires, le rayon de courbure installé est d’au moins 4 fois le diamètre extérieur du câble, et la tension de tirage maximale est de 25 lbf (110 N).

Du cuivre là où il ne peut pas fonctionner. Les conducteurs en aluminium cuivré ne répondent pas aux normes de catégorie TIA : résistance plus élevée, cassants lorsqu’on les plie, et plus de chaleur sous PoE. Un câble de catégorie est en cuivre massif ou en brins. Une liaison cuivre entre bâtiments transporte aussi la différence de terre et le chemin de surtension, ce qu’aucune certification de câble ne corrige.

Croire que la fibre a besoin du secteur aux deux extrémités. Elle ne transporte pas d’énergie, chaque extrémité a donc besoin de sa propre alimentation. Le PoE ne passe pas par la fibre ; lorsqu’un équipement distant a besoin d’énergie, il lui faut une alimentation locale ou un convertisseur de média avec sa propre source. Les travaux sur secteur sont du ressort d’un électricien qualifié.