Fiber vs koppar-Ethernet: när fiber är rätt val

Fiber vinner där koppar inte räcker till i avstånd, tar upp störningar eller måste korsa mellan två byggnader. Koppar vinner inom en byggnad, vid korta dragningar, där portarna redan finns och kabeln måste termineras på plats. Beslutet avgörs oftast av tre saker: hur lång länken är, vad som sitter i varje ände och om ändarna delar samma skyddsjord. Fiber bär ljus, inte elektricitet, och är därför immun mot elektriska störningar och mot jordpotentialskillnader och åskspänningar mellan byggnader. Koppar bär signalen som en spänning, och är det inte.

Vad varje kabel egentligen är

Koppar-Ethernet är fyra tvinnade par av kopparledare, terminerade i 8P8C-modularkontakter och uttag. Signalen är differentiell: varje par bär samma signal inverterad på två ledare, och mottagaren subtraherar den ena från den andra, vilket tar bort mycket av bruset som plockas upp på vägen. Det fungerar bra, men bara till en viss gräns. Kanalgränsen på 100 m (328 ft) bestäms av signalförlust och timing, och den gäller varje hastighet från 10 Mbps till 10 Gbps på matchande kategori. Hela genomgången finns i hur långt Ethernet kan gå.

Fiber är en glaskärna omgiven av en mantel, med skyddande beläggning och hölje. En transceiver omvandlar den elektriska signalen från switchen till ljus, skickar den genom fibern, och en transceiver i andra änden omvandlar den tillbaka. Inget elektriskt passerar kabeln. Singelmodefiber har en 9 µm kärna och 125 µm mantel (skrivs 9/125), och används vid 1310 nm och 1550 nm. Multimode har en 50 µm eller 62,5 µm kärna med 125 µm mantel, och används vid 850 nm och 1300 nm. Graderna, höljesfärgerna och kärnstorlekarna beskrivs i typer av fiberoptisk kabel.

Avstånd: där koppar slutar och fiber tar vid

Detta är den tydligaste skiljelinjen. Koppar klarar 100 m (328 ft) för 10 Mbps till 10 Gbps på rätt kategori, och 10GBASE-T kräver Cat6a för fulla 100 m; på Cat6 når det 55 m (180 ft), och så lite som 37 m (121 ft) där många kablar ligger buntade tillsammans. Cat8 når 25 och 40 Gbps men bara över en kanal på 30 m (98 ft) med två kontakter, och är avsett för switch-till-server-länkar i datacenter.

Fiber går mycket längre, och graden avgör hur mycket längre.

En dragning mellan två byggnader på samma område är ofta några hundra meter, vilket multimode klarar vid 10 Gbps. Allt längre, eller allt som måste lämna området, är singelmode-territorium. Singelmode är också den grad som fortsätter fungera när hastigheten höjs senare, eftersom räckviddssiffrorna för långdistanslänkar bestäms av transceivrarna i varje ände snarare än av glaset.

Störningar, åska och separata jordar

Inom en byggnad är koppar oftast helt okej. Problemen börjar när en kabel lämnar byggnaden.

Två byggnader på samma område har sällan exakt samma jordpotential. En kopparkabel mellan dem ger den skillnaden en väg, och ström flyter på signaparen och på eventuell skärm. Resultatet sträcker sig från intermittenta fel till skadade portar. Ett närliggande åsknedslag gör det värre: spänningen kopplas in i kabeln och färdas till allt som är inkopplat i båda ändar. Fiber bär ingen elektricitet och bryter därför den vägen helt. Detta är det enskilt starkaste argumentet för fiber mellan byggnader, och det gäller oavsett hastighet.

Störningar är det andra problemet. Koppar plockar upp brus från motorer, lysrörsballaster, radiosändare och närliggande starkströmskablar. NEC kräver minst 50 mm (2 in) mellan kommunikationskabel och starkströmsledare om inte en barriär skiljer dem åt, och starkströmskablar bör korsas i rät vinkel. Tvinnade par och skärmning minskar effekten, men ett skärmat system fungerar bara om uttag, kontakter och patchpaneler är skärmade och skärmen är jordad via utrustningen; en skärm som är bruten eller inte jordad ger ingen nytta och kan plocka upp brus. Fiber är immun mot allt detta.

Hastighetsmarginal och vad som kopplas till vad

Kopparhastigheter är knutna till kabelkategorin: Cat5e klarar 1 Gbps till 100 m och 2,5 Gbps till 100 m enligt IEEE 802.3bz; Cat6 klarar 10 Gbps till 55 m; Cat6a klarar 10 Gbps till fulla 100 m. Att gå upp en hastighet innebär oftast att byta kabel.

Fiber skiljer kabeln från hastigheten. Samma multimodekabel som kör 1 Gbps idag kan köra 10 Gbps imorgon om transceivrarna i varje ände byts. Transceivern är delen som bestämmer hastigheten och räckvidden, och den kopplas in i en switchport. SFP är 1 Gbps, SFP+ är 10 Gbps, SFP28 är 25 Gbps, QSFP+ är 40 Gbps och QSFP28 är 100 Gbps. För korta länkar inom ett rack sammanbinder en DAC-kabel (direct attach copper, twinax) två SFP-portar utan separata transceivrar, och passiva SFP+ DAC-kablar går upp till 7 m. En AOC (active optical cable) är en fast fiberkabel med inbyggda transceivrar, för längre dragningar. Båda beskrivs i SFP- och SFP+-moduler, DAC- och AOC-kablar.

En praktisk hake: switchtillverkare accepterar ibland bara moduler som är kodade för deras utrustning, och kompatibla moduler är kodade för en specifik tillverkare. En modul som inte är kodad för switchen kanske helt enkelt inte känns igen.

Kontakter, polering och hantering

Fiberkontakter är mindre och mindre förlåtande än RJ45. LC har en 1,25 mm ferrule och är den vanliga kontakten på SFP-moduler. SC har en 2,5 mm ferrule och en push-pull-kropp. ST har en 2,5 mm ferrule och ett vridlås av bajonetttyp, och är äldre. MPO/MTP sätter 12 eller 24 fibrer i en ferrule för 40G och 100G parallelloptik.

Poleringen spelar roll. UPC-kontakter har en blå kropp; APC-kontakter har en grön kropp och en 8 graders vinklad ändyta. Koppla aldrig ihop en APC-kontakt med en UPC: ytorna möts inte, och länken misslyckas eller kontakterna skadas.

Hanteringen är den andra skillnaden. Koppar kan dras, böjas, kapas i längd och termineras på plats med ett crimpverktyg. Fiber kräver en ren ändyta; damm och fingeravtryck på ferrulen är en vanlig orsak till att en länk inte kommer upp. Fabrikstillverkade patchkablar och förterminerade dragningar undviker fältterminering helt, och det är det vanliga tillvägagångssättet för den som inte hanterat fiber tidigare.

Vilket ska du välja

Använd koppar när dragningen är inom en byggnad, under 100 m (328 ft), och enheterna redan har RJ45-portar. Cat6a är det säkra valet för en ny 10 Gbps-dragning till fulla 100 m; Cat6 fungerar bra för kortare dragningar. Koppar är också billigare att termineras och lättare att göra om.

Använd fiber när något av följande gäller:

• Dragningen lämnar byggnaden, för åskskydd och jordisolering.
• Dragningen är längre än 100 m (328 ft).
• Vägen passerar nära tung elektrisk utrustning, motorer eller radioutrustning.
• Länken behöver 25, 40 eller 100 Gbps, vilket koppar inte klarar över något användbart avstånd.
• Hastigheten kan höjas senare utan att byta kabel.

För ett hemmanätverk är koppar normalt rätt svar: dragningarna är korta, allt är i en byggnad och portarna finns redan. Fiber för ett hemmanätverk är främst vettigt för en fristående uthusbyggnad, en lång trädgårdsdragning eller en verkstad med separat elförsörjning, där jordisoleringen är poängen. En kort fiberlänk mellan två switchar, med ett par moduler i varje ände, är ett enkelt jobb när modulerna matchar switchen.

Vad som går fel

Att koppla ihop APC och UPC. Den vinklade ytan och den plana ytan möts inte. Länken misslyckas, och en eller båda kontakterna kan skadas. Kontrollera kroppens färg innan du ansluter något.

Smuts på ferrulen. Ett litet korn på ändytan blockerar eller sprider ljuset. Rengör och inspektera före varje anslutning, och sätt skydd på oanvända portar.

Fel grad för räckvidden. 10GBASE-SR på OM1 når 33 m, inte 300 m. Graden bestämmer räckvidden, och transceivern måste matcha graden och avståndet.

Fel modulkodning. En modul som inte är kodad för switchen kanske inte känns igen alls, även om optiken och fibern är korrekta.

Två tighta böjar. Fiber har en minsta böjningsradie, och en skarp böj orsakar förlust eller en sprucken kärna. Koppar har sin egen gräns: för 4-pars UTP är den installerade böjningsradien minst 4 gånger kabelns ytterdiameter, och maximal dragkraft är 25 lbf (110 N).

Koppar där det inte kan fungera. Kopparklädd aluminium uppfyller inte TIA-kategoristandarder: högre resistans, sprött vid böjning och mer värme under PoE. Kategorikabel är massiv eller tvinnad koppar. En koppardragning mellan byggnader bär också jordskillnaden och överspänningsvägen, vilket ingen kabelklassning åtgärdar.

Att anta att fiber behöver nätström i båda ändar. Det bär ingen ström, så varje ände behöver egen försörjning. PoE färdas inte över fiber; där en fjärrenhet behöver ström krävs en lokal försörjning eller en mediekonverterare med egen strömkälla. Arbete på starkström är ett jobb för en behörig elektriker.