Что такое оптическое волокно : простым языком про «оптику»

Сегодня в статье мы постараемся как можно подробнее и понятнее рассказать про оптическое волокно. Данный способ связи используется не только в интернете или связи сетей, но также в промышленности, медицине и многих других отраслях. В частности, мы говорим про волоконно-оптические линии связи или сокращенно ВОЛС.

По-другому, в кругах системных администраторов и инженеров IT, это часто называют просто «оптика». Формально это не совсем точное название, но в разговоре все обычно понимают, о чем идет речь. Оптоволокно – это очень тонкий световод с круглым сечением, по которому информация передается не электричеством, а световыми импульсами. Если совсем по-простому, оборудование на одной стороне «моргает» светом в нужном ритме, а оборудование на другой стороне принимает эти импульсы и превращает их обратно в обычные данные.

Чаще всего в связи используют не видимый свет, а инфракрасный диапазон. В бытовых и провайдерских сетях часто встречаются длины волн около 850, 1310 и 1550 нм. Для пользователя это почти ничего не меняет: главное понимать, что внутри волокна не течет ток, как в медном кабеле, а идет световой сигнал. Из-за этого оптоволокно хорошо переносит электромагнитные помехи и подходит для больших расстояний.

Строение и передача данных

Строение достаточно простое: в центре находится само ядро. Обычно ядро делается из кварцевого, стеклянного или полимерного волокна. Далее идет оболочка и защитное покрытие. Примерное строение можно увидеть на картинке ниже.

Если чуть раскрыть тему, то у обычного оптического кабеля есть не только сердцевина и оболочка. Поверх них часто идет буферное покрытие, силовые элементы и наружная оболочка кабеля. Сердцевина отвечает за передачу света, оболочка удерживает этот свет внутри, а наружные слои нужны уже для защиты при монтаже и эксплуатации. Само стеклянное волокно очень тонкое и хрупкое, поэтому кабель снаружи может выглядеть довольно прочным, хотя внутри у него находится аккуратная стеклянная «нить».

Свет распространяется по закону Снеллиуса за счет полного внутреннего отражения. Если сравнивать передачу данных с витой парой, то за счет высокой частоты и особенностей среды можно передавать огромные объемы информации. Также есть и другой плюс, а именно параметр затухания. У оптоволокна тоже есть затухание, но оно обычно намного меньше, чем у медного кабеля на больших расстояниях.

На практике это можно представить так: если луч света пытается выйти из сердцевины под определенным углом, оболочка как бы возвращает его обратно. Поэтому луч не «вылетает» наружу, а многократно отражается и идет вдоль волокна дальше. Это не зеркало в обычном смысле, а работа разных показателей преломления у сердцевины и оболочки. Именно поэтому важны качество стекла, правильный радиус изгиба кабеля и чистые разъемы – любая грязь или сильный перегиб могут ухудшить сигнал.

Витая пара при стандартном подключении обычно рассчитана на расстояние до 100 метров. При большем количестве передаваемых данных и плохом качестве кабеля расстояние может уменьшаться. Также плюсом оптики является защищенность от электромагнитного воздействия. Витая пара имеет такое строение, что помехи частично компенсируются за счет скручивания жил и дифференциальной передачи сигнала. Именно поэтому она и называется витой парой.

В результате в конце сигналы складываются и сравниваются, чтобы исключить часть помех. В оптике за счет передачи данных светом дополнительный электрический экран для самого сигнала не нужен. Это особенно полезно там, где рядом проходят силовые кабели, стоит промышленное оборудование, лифты, электродвигатели или другое «шумное» оборудование. Но это не значит, что оптический интернет вообще не зависит от электричества: роутер, оптический терминал, коммутаторы и оборудование провайдера все равно должны быть включены в питание.

Сама идея оптического кабеля – в передаче закодированной информации. Кодировка идет в виде нулей и единиц – об этом я думаю знают все. К сожалению, компьютеры и другие подобные устройства пока понимают только такие данные. Но, чтобы добиться максимального расстояния передачи, луч должен постоянно удерживаться внутри сердцевины.

Для этого в самом начале пытались использовать подобие зеркал. Из-за этого стоимость такого оптоволокна была бы несоизмеримо высокой. И тогда придумали использовать второй слой. Принцип достаточно простой: второй слой имеет другой показатель преломления, из-за чего свет удерживается внутри сердцевины.

Отдельно стоит сказать про два распространенных типа волокна – одномодовое и многомодовое. Одномодовое волокно обычно используют для больших расстояний, магистралей, провайдерских линий и подключения домов. У него очень тонкая сердцевина, поэтому свет идет более «ровно» и меньше расползается по времени. Многомодовое волокно чаще встречается внутри зданий, дата-центров и коротких линий, где расстояния меньше, зато оборудование может быть дешевле. Для домашнего пользователя важнее не запоминать все эти названия, а понимать простую вещь: кабель и модуль должны подходить друг к другу, потому что одномодовые и многомодовые решения просто так между собой не смешивают.

С оптоволокном нельзя обращаться как с обычной медной витой парой. Его нельзя резко перегибать, завязывать узлом, сильно прижимать дверью или мебелью. Еще не стоит смотреть прямо в торец оптического разъема, даже если «света не видно» – в ВОЛС часто используется невидимый инфракрасный диапазон. Если у вас дома стоит оптический терминал, лучше не трогать сам оптический патч-корд без необходимости.

Использования для передачи интернета

Когда-то давно, когда я был молод, а борода моя была короткой и редкой, в нашей стране был популярный aDSL интернет. То есть передача данных была именно по телефонным линиям. Как вы, наверное, догадались, связь при этом часто была отвратительная, а скорость у моего провайдера не превышала 500 Кбит в секунду. Постоянные лаги, высокий пинг, прерывания и, конечно же, заоблачная цена за интернет.

Тут важно не путать личный опыт с техническим пределом самой технологии. В идеальных условиях ADSL и особенно ADSL2+ могли давать скорость выше, чем 500 Кбит/с, но все упиралось в расстояние до оборудования провайдера, качество телефонной линии, тариф и состояние старой медной инфраструктуры. У кого-то такой интернет работал терпимо, а у кого-то страница открывалась как маленький праздник. Поэтому я и вспоминаю ADSL именно как эпоху, когда оптика казалась чем-то почти космическим.

Вот тут-то все ждали, когда в нашей глуши проведут оптоволокно. Тогда никто толком не знал, что это такое. Даже прочесть в интернете об этом было дорого, так как за каждый мегабайт нужно было платить по 2 рубля. Но ходил слух, что с приходом этой технологии интернет станет дешевле и быстрее.

Прошло несколько лет и первую оптику, как помню, провела компания «Ростелеком». Скорость выросла, и цена стала приемлемой. Теперь телефонные кабели стали свободны, а интернет гулял там, где положено – в оптической структуре. На текущий день во многих городах и населенных пунктах магистральная часть сети провайдера построена на оптике. А вот дальше бывают разные варианты: где-то оптика идет до дома и дальше в квартиру заходит витая пара, а где-то оптический кабель заводят прямо в квартиру или частный дом.

Чаще всего в многоквартирных домах встречается схема FTTB – оптоволокно приходит в дом, подъезд или техническое помещение, а до квартиры идет обычный Ethernet-кабель. В частных домах и новых подключениях все чаще встречается FTTH или GPON, когда оптика приходит прямо к абоненту и подключается к ONT/ONU-терминалу. Если хотите отдельно разобраться в этой теме, у нас есть понятное объяснение про GPON и пассивные оптические сети. Для пользователя главное отличие простое: при FTTB у вас обычно в квартиру заходит витая пара, а при FTTH/GPON – тонкий оптический кабель, который подключается к специальному терминалу.

Сейчас максимальная скорость по обычной витой паре в домашних сетях чаще всего достигает 1 Гбит в секунду на расстоянии до 100 метров, если используется нормальный кабель Cat. 5e или лучше и задействованы все 4 пары. Можно использовать и более дорогие кабели, например Cat. 6, Cat. 6A или Cat. 7, но они толще, дороже и не всегда нужны дома. При использовании 2 пар или 4 проводов скорость обычно ограничивается 100 Мбит в секунду. При использовании 4 пар или 8 проводков скорость может быть 1 Гбит в секунду, а на подходящем кабеле и оборудовании возможны и более высокие варианты.

Если у вас тариф 500 Мбит/с или 1 Гбит/с, а по кабелю получается только около 90-95 Мбит/с, часто виноват не провайдер, а один из элементов домашней сети. Проверьте, что кабель обжат на 8 жил, сетевая карта поддерживает гигабит, порт роутера не ограничен 100 Мбит/с, а сам роутер не старый. В Windows это можно посмотреть в состоянии Ethernet-подключения, где будет указана скорость линка. На роутере тоже часто есть отдельные обозначения портов LAN 10/100 или LAN 10/100/1000.

У оптики при меньшем диаметре жилы потенциальная скорость будет в разы больше. Ну и, как сказано было раньше, надежность передачи на больших расстояниях будет выше. Если кто когда-нибудь протягивал сетевые кабели, знает, что пучок из 8 кабелей помещается не в каждый кабель-канал. Оптика более компактная, но тут есть важное уточнение: она хорошо переносит внешние электромагнитные помехи, но не любит сильные перегибы, плохие сварки, грязные коннекторы и механические повреждения.

Сейчас провайдеры потихоньку переводят своих клиентов на оптику – то есть от коммутатора в подъезде уже идет не витая пара, а «стекло». На практике это может немного сократить потери скорости и повысить запас линии, но при обычном тарифе большого преимущества пользователь может и не заметить. С другой стороны, при подключении крупного предприятия, офиса, склада, видеонаблюдения, серверной или корпоративной сети оптика может стать спасением при увеличении скорости выше 1 Гбит/с. Если дома вам заводят именно оптический кабель, может пригодиться отдельный материал про роутер для оптоволокна с Wi-Fi.

Здесь же важно понимать разницу между «оптика в доме» и «оптика в квартире». При FTTB провайдер уже использует оптоволокно до здания, но вы у себя видите обычный сетевой кабель с разъемом RJ-45. При FTTH/GPON в квартиру заходит тонкий оптический кабель, который подключается к оптическому терминалу. Сам терминал уже раздает интернет по Wi-Fi и LAN или передает его на отдельный роутер. Если у вас оборудование от провайдера, не спешите менять его на первое попавшееся устройство: иногда доступ привязан к серийному номеру ONT, профилю на стороне провайдера или конкретному типу оптического модуля.

Скорость передачи и дистанция являются выигрышными сторонами «световода». Но как говорят инженеры и химики, они еще работают над созданием более совершенной сердцевины и оболочки. Таким образом естественное затухание электромагнитной световой волны будет меньше, а отражение от вторичного материала будет с большим процентом.

На бытовом уровне это означает простую вещь: запас у технологии огромный, но конечная скорость у абонента зависит не только от самого кабеля. Влияет тариф, загруженность сети провайдера, стандарт PON, модель ONT, мощность роутера, качество Wi-Fi и даже устройство, на котором вы запускаете проверку скорости. Например, если телефон подключился к Wi-Fi 2,4 ГГц, он может показать заметно меньше, чем ноутбук по кабелю. Поэтому при проверке гигабитного тарифа лучше сначала подключиться к роутеру кабелем и только потом делать выводы.

Если после подключения оптики интернет не работает, посмотрите на индикаторы терминала. LOS обычно связан с проблемой оптического сигнала: обрыв, сильный перегиб, плохой контакт, авария у провайдера или неактивированная линия. PON обычно говорит о регистрации в сети провайдера. Если горит красный LOS, лучше не сбрасывать настройки вслепую, а сначала проверить кабель и позвонить провайдеру. Подробнее похожая ситуация разобрана в инструкции про красную лампочку LOS на роутере.

Еще один частый вопрос – можно ли самому заменить оптический терминал. С обычным Ethernet-роутером все просто: вынул кабель, вставил в новый роутер, настроил логин и пароль, и все заработало. С GPON/XPON так бывает не всегда. Провайдер может регистрировать конкретный ONT по серийному номеру, LOID, паролю или профилю, поэтому новый терминал без привязки просто не выйдет в сеть. Если у вас оборудование от «Ростелекома», МГТС или другого провайдера, сначала уточните возможность замены, а уже потом покупайте свое устройство.

Как понять, что интернет идет именно по оптике

Пользователь часто видит только роутер и не понимает, где там оптика, а где обычный сетевой кабель. Если в квартиру приходит тонкий жестковатый кабель с зеленым или синим оптическим коннектором, который вставлен в ONT/ONU, то это похоже на FTTH или GPON. Если в квартиру приходит обычный кабель RJ-45, как в компьютер, то скорее всего оптика заканчивается где-то в доме, а до вас идет витая пара. Оба варианта могут давать хороший интернет, поэтому не стоит думать, что витая пара в квартире – это обязательно плохо.

Проверить можно и по оборудованию. У оптического терминала обычно есть порт PON, надписи PON/LOS и отдельный тонкий оптический патч-корд. У обычного роутера без оптического входа такого порта нет, а WAN-порт выглядит как стандартный Ethernet. Если в личном кабинете провайдера написано GPON, xPON или FTTH, значит используется оптическая технология доступа. А если написано FTTB или Ethernet, то до квартиры, скорее всего, идет обычный сетевой кабель от домового коммутатора.

Плюсы и минусы оптоволокна простыми словами

Плюсы у оптоволокна понятные: высокая скорость, большие расстояния, меньшее влияние электромагнитных помех, компактность и хороший запас на будущее. Оно отлично подходит для магистралей, провайдерских сетей, частных домов, офисов, видеонаблюдения и мест, где медь уже не вытягивает нужную скорость или расстояние. Еще один плюс – по одной оптической линии провайдер может передавать интернет, IPTV и телефонию, если это предусмотрено его сетью и оборудованием.

Минусы тоже есть. Оптоволокно сложнее ремонтировать в полевых условиях, чем обычную витую пару. Для качественного соединения часто нужна сварка волокна, специальный инструмент, чистка коннекторов и измерение уровня сигнала. Дома пользователь обычно не сможет просто «скрутить два провода», как иногда делают с медью. Поэтому при обрыве оптического кабеля почти всегда приходится вызывать мастера.

Не пытайтесь чинить оптический кабель скруткой, изолентой или пайкой – это не медный провод. Если кабель переломился, выпал коннектор или горит LOS, чаще всего нужен мастер с инструментом для сварки или замены патч-корда. Самостоятельные попытки могут только ухудшить ситуацию и затянуть ремонт. Максимум, что безопасно сделать дома – аккуратно проверить, не выдернут ли разъем и нет ли сильного перегиба кабеля.

FAQ – коротко для новичков

Оптоволокно быстрее Wi-Fi? Это разные вещи. Оптоволокно – способ доставки интернета до дома или квартиры, а Wi-Fi – беспроводная сеть внутри помещения. У вас может быть отличный оптический тариф, но старый роутер по Wi-Fi все равно будет резать скорость.

Можно ли подключить оптический кабель прямо в компьютер? В обычный домашний компьютер напрямую его не вставить, если там нет подходящего оптического сетевого адаптера или SFP-модуля. Обычно оптика сначала подключается к ONT/ONU-терминалу, а уже от него интернет идет по LAN-кабелю или Wi-Fi. Для дома это самый понятный и распространенный вариант.

Что лучше – FTTB или GPON? Для обычного пользователя оба варианта могут работать хорошо. GPON удобен там, где оптику заводят прямо в квартиру или частный дом, а FTTB отлично подходит для многоквартирных домов, где от домового оборудования до квартиры идет короткий Ethernet-кабель. Сравнивать нужно не только технологию, но и тариф, качество провайдера, роутер и состояние линии.

Почему по оптике заявлен 1 Гбит/с, а тест показывает меньше? Причин много: слабый Wi-Fi, старый роутер, порт на 100 Мбит/с, плохой кабель до компьютера, загруженный сервер проверки скорости или ограничения самого устройства. Для честной проверки подключите компьютер к роутеру кабелем, убедитесь, что линк поднялся на 1 Гбит/с, закройте загрузки и только потом запускайте тест. Если по кабелю скорость нормальная, а по Wi-Fi низкая, проблема уже не в оптике, а в беспроводной сети.

Оптика боится мороза и жары? Само волокно хорошо подходит для уличных и магистральных линий, но важны тип кабеля, правильный монтаж и защита соединений. Нельзя использовать внутренний патч-корд там, где нужен уличный кабель, и нельзя оставлять соединения без защиты от влаги. В квартире главная опасность обычно не температура, а перегибы, случайные рывки и повреждения при ремонте.

Аналогичная статья глазам Блондинки – рекомендую ознакомиться.

Видео

YouTube