Światłowód czy miedź: kiedy światłowód ma sens

Światłowód wygrywa wszędzie tam, gdzie miedź nie ma już zapasu odległości, zbiera zakłócenia lub musi przejść między dwoma budynkami. Miedź wygrywa wewnątrz budynku, na krótkich odcinkach, gdzie porty już są, a kabel trzeba zakończyć na miejscu. Decyzję zwykle podejmują trzy rzeczy: jak daleko sięga łącze, co stoi na każdym końcu i czy oba końce mają wspólną ziemię. Światłowód przesyła światło, a nie prąd, więc jest odporny na zakłócenia elektryczne oraz różnice potencjałów i przepięcia między budynkami. Miedź przesyła sygnał jako napięcie, więc nie jest.

Czym właściwie jest każdy kabel

Miedziany Ethernet to cztery skręcone pary przewodów miedzianych, zakończone wtykami i gniazdami modularnymi 8P8C. Sygnał jest różnicowy: każda para przenosi ten sam sygnał odwrócony na dwóch przewodach, a odbiornik odejmuje jeden od drugiego, co znosi większość szumów zbieranych po drodze. To działa dobrze, ale tylko do pewnego momentu. Limit kanału 100 m (328 ft) wynika ze strat sygnału i synchronizacji i dotyczy każdej prędkości od 10 Mbps do 10 Gbps w odpowiedniej kategorii. Pełne zestawienie znajduje się w jak daleko może biec Ethernet.

Światłowód to szklany rdzeń otoczony płaszczem, z powłoką ochronną i osłoną. Transceiver zamienia sygnał elektryczny ze switcha na światło, wysyła je w światłowód, a transceiver na drugim końcu zamienia je z powrotem. Przez kabel nie przechodzi nic elektrycznego. Światłowód jednomodowy ma rdzeń 9 µm i płaszcz 125 µm (zapisywany 9/125) i jest używany przy 1310 nm i 1550 nm. Wielomodowy ma rdzeń 50 µm lub 62,5 µm z płaszczem 125 µm i jest używany przy 850 nm i 1300 nm. Rodzaje, kolory osłon i rozmiary rdzeni opisano w rodzaje kabli światłowodowych.

Odległość: gdzie kończy się miedź, a zaczyna światłowód

To najwyraźniejsza linia podziału. Miedź utrzymuje 100 m (328 ft) dla 10 Mbps do 10 Gbps w odpowiedniej kategorii, a 10GBASE-T wymaga Cat6a na pełne 100 m; na Cat6 sięga 55 m (180 ft), a nawet 37 m (121 ft), gdy wiele kabli biegnie w wiązce. Cat8 sięga 25 i 40 Gbps, ale tylko na kanale 30 m (98 ft) z dwoma złączami i jest przeznaczony do połączeń switch–serwer w centrach danych.

Światłowód sięga znacznie dalej, a to, jak dalej, zależy od rodzaju.

Odcinek między dwoma budynkami na jednej działce to często kilkaset metrów, co wielomodowy światłowód obsługuje przy 10 Gbps. Wszystko dłuższe lub wychodzące poza działkę to domena jednomodowego. Jednomodowy jest też tym rodzajem, który działa dalej, gdy później wzrośnie prędkość, ponieważ zasięg dla łączy dalekosiężnych wyznaczają transceivery na obu końcach, a nie szkło.

Zakłócenia, przepięcia i osobne ziemie

Wewnątrz jednego budynku miedź zwykle wystarcza. Problemy zaczynają się, gdy kabel opuszcza budynek.

Dwa budynki na tej samej działce rzadko mają dokładnie ten sam potencjał ziemi. Kabel miedziany łączący je daje tej różnicy drogę, a prąd płynie w parach sygnałowych i w ekranie, jeśli jest. Skutek bywa różny: od sporadycznych błędów po uszkodzone porty. Uderzenie pioruna w pobliżu pogarsza sprawę: przepięcie indukuje się w kablu i wędruje do wszystkiego, co jest podłączone na obu końcach. Światłowód nie przewodzi prądu, więc całkowicie przerywa tę drogę. To najsilniejszy argument za światłowodem między budynkami i działa niezależnie od prędkości.

Zakłócenia to druga kwestia. Miedź zbiera szumy z silników, stateczników świetlówek, nadajników radiowych i pobliskich kabli zasilających. NEC wymaga co najmniej 50 mm (2 in) odstępu między kablem telekomunikacyjnym a przewodami zasilającymi, chyba że oddziela je bariera, a kable zasilające należy krzyżować pod kątem prostym. Skręcone pary i ekranowanie zmniejszają efekt, ale system ekranowany działa tylko wtedy, gdy gniazda, wtyki i panele krosowe są ekranowane, a ekran jest uziemiony przez urządzenie; ekran przerwany lub nieuziemiony nie daje korzyści i może zbierać szumy. Światłowód jest na to wszystko odporny.

Zapas prędkości i co się z czym łączy

Prędkości miedzi są związane z kategorią kabla: Cat5e robi 1 Gbps na 100 m i 2,5 Gbps na 100 m wg IEEE 802.3bz; Cat6 robi 10 Gbps na 55 m; Cat6a robi 10 Gbps na pełne 100 m. Przejście na wyższą prędkość zwykle oznacza wymianę kabla.

Światłowód oddziela kabel od prędkości. Ten sam kabel wielomodowy, który dziś obsługuje 1 Gbps, jutro może obsłużyć 10 Gbps, jeśli wymieni się transceivery na obu końcach. To transceiver ustala prędkość i zasięg, a podłącza się go do portu switcha. SFP to 1 Gbps, SFP+ to 10 Gbps, SFP28 to 25 Gbps, QSFP+ to 40 Gbps, a QSFP28 to 100 Gbps. Do krótkich połączeń w szafie służy kabel DAC (direct attach copper, twinax), który łączy dwa porty SFP bez osobnych transceiverów; pasywne kable DAC SFP+ sięgają do 7 m. AOC (active optical cable) to gotowy kabel światłowodowy z wbudowanymi transceiverami, do dłuższych odcinków. Oba opisano w moduły SFP i SFP+, kable DAC i AOC.

Jeden praktyczny haczyk: producenci switchy mogą akceptować tylko moduły zakodowane dla ich sprzętu, a moduły kompatybilne są kodowane pod konkretnego producenta. Moduł niezakodowany dla danego switcha może po prostu nie zostać rozpoznany.

Złącza, szlif i obsługa

Złącza światłowodowe są mniejsze i mniej wyrozumiałe niż RJ45. LC ma ferryt 1,25 mm i jest zwykłym złączem w modułach SFP. SC ma ferryt 2,5 mm i obudowę push-pull. ST ma ferryt 2,5 mm i bagnetowy zamek twist-lock, jest starsze. MPO/MTP mieści 12 lub 24 włókna w jednym ferrycie dla optyki równoległej 40G i 100G.

Szlif ma znaczenie. Złącza UPC mają niebieską obudowę; złącza APC mają zieloną obudowę i czołową powierzchnię ściętą pod kątem 8 stopni. Nigdy nie łącz złącza APC z UPC: powierzchnie się nie stykają, a łącze zawodzi lub złącza ulegają uszkodzeniu.

Obsługa to druga różnica. Miedź można ciągnąć, zginać, przycinać na wymiar i zakańczać na miejscu zaciskarką. Światłowód wymaga czystej czołowej powierzchni; kurz i odciski palców na ferrycie to częsta przyczyna łącza, które nie wstaje. Fabryczne kable krosowe i odcinki wstępnie zakończone pozwalają całkiem pominąć zakańczanie na miejscu i to zwykle wybiera każdy, kto wcześniej nie miał do czynienia ze światłowodem.

Co wybrać

Stosuj miedź, gdy odcinek jest wewnątrz jednego budynku, poniżej 100 m (328 ft), a urządzenia mają już porty RJ45. Cat6a to bezpieczny wybór do nowego łącza 10 Gbps na pełne 100 m; Cat6 wystarcza na krótsze odcinki. Miedź jest też tańsza w zakańczaniu i łatwiej ją przerobić.

Stosuj światłowód, gdy zachodzi którykolwiek z tych warunków:

• Odcinek opuszcza budynek, ze względu na przepięcia i izolację ziemi.
• Odcinek jest dłuższy niż 100 m (328 ft).
• Trasa przebiega blisko ciężkiego sprzętu elektrycznego, silników lub sprzętu radiowego.
• Łącze wymaga 25, 40 lub 100 Gbps, czego miedź nie przeniesie na żadnym użytecznym dystansie.
• Prędkość może później wzrosnąć bez wymiany kabla.

W sieci domowej miedź jest zwykle właściwą odpowiedzią: odcinki są krótkie, wszystko jest w jednym budynku, a porty już są. Światłowód w sieci domowej ma sens głównie dla wolnostojącego budynku gospodarczego, długiego odcinka w ogrodzie lub warsztatu na osobnym zasilaniu, gdzie chodzi o izolację ziemi. Krótkie łącze światłowodowe między dwoma switchami, z parą modułów na każdym końcu, to prosta robota, gdy moduły pasują do switcha.

Co idzie nie tak

Łączenie APC i UPC. Ścięta powierzchnia i płaska powierzchnia nie stykają się. Łącze zawodzi, a jedno lub oba złącza mogą zostać uszkodzone. Sprawdź kolor obudowy, zanim cokolwiek podłączysz.

Brud na ferrycie. Ziarnko na czołowej powierzchni blokuje lub rozprasza światło. Czyść i oglądaj przed każdym połączeniem, a nieużywane porty zakładaj zaślepkami.

Zły rodzaj do zasięgu. 10GBASE-SR na OM1 sięga 33 m, a nie 300 m. Rodzaj wyznacza zasięg, a transceiver musi pasować do rodzaju i odległości.

Złe kodowanie modułu. Moduł niezakodowany dla danego switcha może w ogóle nie zostać rozpoznany, nawet jeśli optyka i światłowód są prawidłowe.

Ciasne zgięcia. Światłowód ma minimalny promień zgięcia, a ostry zakręt powoduje straty lub pęknięcie rdzenia. Miedź ma własny limit: dla 4-parowego UTP promień zgięcia w instalacji to co najmniej 4 razy zewnętrzna średnica kabla, a maksymalna siła ciągnięcia to 25 lbf (110 N).

Miedź tam, gdzie nie może działać. Przewody aluminiowe powlekane miedzią nie spełniają standardów kategorii TIA: wyższy opór, kruche przy zginaniu i więcej ciepła pod PoE. Kabel kategorii to miedź jednodrutowa lub linka. Odcinek miedziany między budynkami przenosi też różnicę potencjałów ziemi i drogę przepięcia, czego nie naprawi żadna klasa kabla.

Założenie, że światłowód wymaga zasilania na obu końcach. Nie przesyła prądu, więc każdy koniec potrzebuje własnego zasilania. PoE nie wędruje po światłowodzie; gdy zdalne urządzenie potrzebuje zasilania, potrzebuje lokalnego źródła lub konwertera mediów z własnym zasilaczem. Prace przy instalacji elektrycznej to zadanie dla uprawnionego elektryka.