Что такое и из чего состоит оптоволокно: полный разбор от Блондинки

Привет, друзья! О том, что такое оптоволокно, уже писал наш гуру Интернета и беспроводных технологий Бородач (ссылка на статью обязательно будет ниже). Но мои коллеги решили, что Блондинка тоже должна написать на эту тему и заодно добавить знаний в свою красивую головку. Ну что ж, надо – значит, надо! Будем разбираться.

Разумеется, пришлось схитрить и позадавать глупые вопросы нашим партнерам из LANart. За что им отдельное спасибо)

Определение для чайников

Оптоволокно – это тончайшие проводки (нити) из стекла или пластика, по которым переносится свет за счет внутреннего отражения. Кабель из оптического волокна используется как способ передачи информации на высокой скорости на большие расстояния. Часто говорят «со скоростью света», но для точности добавлю: в стекле световой сигнал идет не с такой же скоростью, как в вакууме, а немного медленнее. Для обычного пользователя это неважно, потому что задержка все равно очень маленькая, а скорость передачи данных огромная. Так строятся волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

Если совсем просто, то в медном кабеле данные бегут электрическими импульсами, а в оптоволокне – световыми импульсами. Есть свет – условная единица, нет света – условный ноль. Оборудование на концах линии быстро включает и выключает этот свет, а другая сторона считывает эти изменения и превращает их обратно в интернет, телефонию, телевидение или служебные данные. Более простое объяснение самого принципа можно посмотреть в отдельной статье как работает оптоволокно.

Факт из истории развития в России. Одна из первых известных международных подводных ВОЛС «Санкт-Петербург – Аберслунд» была построена компанией «Совтелеком», которая позже вошла в историю развития современного «Ростелекома». При этом в России были и другие ранние волоконно-оптические линии, поэтому корректнее говорить не просто «первая ВОЛС вообще», а именно про важную международную подводную линию.

Сразу предлагаю посмотреть документальный фильм по теме:

YouTube

Материалы

Стеклянное оптоволокно производится в основном из кварцевого стекла. Это не обычное оконное стекло, а материал с высокой чистотой, потому что даже небольшие примеси могут ухудшить прохождение света. Именно поэтому оптическое волокно нельзя сравнивать с простой стеклянной ниткой. Внутри все рассчитано так, чтобы световой импульс проходил далеко и терял как можно меньше энергии.

Кварцевое оптоволокно обеспечивает следующие характеристики:

• Высокая оптическая прозрачность – это позволяет передавать свет в нужных диапазонах.
• Минимальная потеря сигнала (малое затухание).
• Температурная устойчивость.
• Гибкость при правильном изгибе и монтаже.
• Защищенность от электромагнитных помех, потому что по волокну идет не электрический ток, а свет.

Для специальных задач применяют не только кварцевые, но и другие стекла, например фторидные или халькогенидные. Они нужны не каждому домашнему пользователю, а для отдельных диапазонов излучения, датчиков, научного оборудования и специфических линий связи.

Сейчас также используется оптоволокно из пластика. При этом сердцевину (ядро) часто делают из органического стекла, а оболочку – из фторсодержащих полимеров. Пластиковое волокно проще гнуть, его легче монтировать на коротких расстояниях, оно может применяться в подсветке, датчиках, автомобилях и простой передаче данных внутри небольших систем. Но для магистрального интернета и длинных линий связи оно не заменяет качественное стеклянное волокно. Главные минусы пластика – большее затухание, меньшая дальность и более скромные возможности по скорости на больших расстояниях.

Строение

Из чего состоит оптоволокно? Это круглая в разрезе нить, внутри которой есть ядро (сердцевина), снаружи покрытое оболочкой. Чтобы обеспечить полное внутреннее отражение, показатель преломления ядра должен быть выше того же параметра для оболочки. Как это работает – луч света, направленный в ядро, многократно отражается от границы между ядром и оболочкой и идет дальше по волокну.

Тут важный момент для новичков: свет не «бьется о стенки», как шарик в трубе, в грубом бытовом смысле. Он удерживается внутри из-за разницы показателей преломления материалов. Поэтому оптоволокно может быть тонким и при этом передавать сигнал на большие расстояния. Но если кабель сильно перегнуть, раздавить, неправильно сварить или загрязнить коннектор, свет начнет теряться. Отсюда и появляются проблемы: интернет падает, сигнал слабеет, оборудование показывает ошибку линии.

Диаметр оптоволоконной нити, которая используется в телекоммуникациях, обычно около 125 микрон по оболочке. При этом диаметр ядра отличается – все зависит от типа оптоволокна (об этом я расскажу в следующем разделе). Снаружи у реального волокна есть еще защитные покрытия, буферы, силовые элементы и внешняя оболочка кабеля. Поэтому сам световод очень тонкий, но готовый кабель уже выглядит как нормальный монтажный провод.

1 микрон – это 0,001 мм. Я посчитала, получается, что 125 микрон – это всего 0,125 мм. То есть само волокно тоньше обычной иголки, но обращаться с ним нужно аккуратно: оно не любит резких перегибов, грязных разьемов и грубой силы.

Виды и области применения

Друзья, перед ознакомлением с дальнейшим материалом настоятельно рекомендую обратить внимание вот на этот каталог оптического кабеля. Т.е. смотрите что можно купить на практике в реальном магазине, а ниже пытаетесь найти верную расшифровку. Это и интересно, и поможет лучше понять информацию)

Оптическое волокно бывает двух основных типов – одномодовое и многомодовое. Разница в том, как внутри сердцевины распространяется свет.

1. Одномодовое. Диаметр ядра обычно около 8-10 микрон, чаще в характеристиках встречается формат 9/125 мкм. Свет проходит в одной основной моде, поэтому меньше рассеивается и лучше подходит для больших расстояний. Типы:

• Стандартное (с несмещенной дисперсией).
• Со смещенной дисперсией.
• С ненулевой смещенной дисперсией.

Одномодовое волокно чаще используют в магистралях, городских сетях, линиях между узлами связи и подключениях по технологиям PON/GPON. Если провайдер заводит оптику в дом или квартиру, очень часто речь идет именно об одномодовом волокне. Оно дороже в части оборудования, зато дает большую дальность и хороший запас по скорости. Про домашний вариант подключения можете отдельно почитать в статье что такое оптоволоконный интернет.

2. Многомодовое. Диаметр сердцевины чаще 50 или 62,5 микрон, а оболочка также около 125 микрон. Свет проходит по нескольким модам, из-за чего на больших расстояниях импульсы сильнее «размазываются». Классифицируются на:

• Ступенчатые.
• Градиентные.

Многомодовое волокно чаще используют на сравнительно коротких участках: внутри зданий, серверных, дата-центров, между стойками и помещениями. Оно удобно там, где расстояние небольшое, а оборудование может быть дешевле. В характеристиках можно встретить обозначения OM1, OM2, OM3, OM4, OM5. Для обычного читателя смысл такой: чем современнее класс многомодового волокна, тем лучше оно подходит для высоких скоростей на коротких линиях.

Этот раздел сложен для простого обывателя, но, если кому-то хочется разобраться подробнее, напишите в комментарии. Кто-то из ребят обязательно пояснит все, что было непонятно.

Основные направления, где применяется оптоволокно – это волоконно-оптическая связь и волоконно-оптические датчики. Другие области:

• Освещение.
• Формирование изображения.
• Создание волоконного лазера.
• Медицинская техника и эндоскопия.
• Промышленные датчики температуры, давления, вибрации и деформации.
• Сети провайдеров, дата-центры, телевидение, телефония и линии связи между зданиями.

Как я понимаю, все же основная область применения для нас с вами – это построение магистралей и абонентских линий связи. Проще говоря, это линии, с помощью которых передается интернет между городами, районами, домами и квартирами. На практике сейчас часто встречаются схемы FTTB и FTTH. FTTB – это когда оптика приходит до здания, а по квартирам дальше может идти витая пара. FTTH – это когда оптика заходит прямо в квартиру или частный дом.

Если говорить о домашнем интернете, то рядом с оптоволокном часто всплывает слово GPON. Это пассивная оптическая сеть, где от оборудования провайдера сигнал идет по волокну, затем через оптические разветвители попадает к абонентам. У пользователя дома стоит ONT/ONU или оптический роутер. Если хотите подробнее, у нас есть отдельный разбор что такое GPON простыми словами.

А вот что рассказывает познавательная передача для детей и взрослых «Галилео»:

YouTube

Оптический кабель

Вот мы и подобрались к самой большой тайне современности – оптоволоконный кабель, который соединяет города и континенты и передает информацию с помощью световых импульсов. При этом к нам в квартиру интернет может попадать по-разному: через витую пару, коаксиальный кабель, оптический терминал или оптический роутер. В старых домах часто встречается схема «оптика до подъезда, витая пара до квартиры». В новых подключениях все чаще можно встретить вариант, когда оптика заводится прямо к абоненту.

Если интернет приходит по витой паре, чаще всего используется кабель с 8 жилами. Для домашнего пользователя нормальная скорость по такому кабелю обычно до 1 Гбит/с, если оборудование, тариф и сам кабель это поддерживают. В некоторых сетях по витой паре можно получить и больше, но это уже зависит от категории кабеля, портов роутера, сетевой карты и оборудования провайдера. Поэтому фраза «витая пара всегда хуже» не совсем правильная. Для квартиры и 1 Гбит/с она часто работает отлично.

Кто в теме, тот знает, что разместить 8-жильный провод можно не в каждый кабель-канал. В этом и есть одно из преимуществ оптоволокна. Оптический кабель может быть тонким, легким и при этом обеспечивать очень высокую пропускную способность. Для домашних тарифов обычно хватает скоростей от сотен мегабит до гигабита, а в современных оптических сетях есть запас и для более высоких скоростей. Но итоговая скорость у пользователя зависит не только от кабеля, а еще от тарифа, ONT/ONU, роутера, Wi-Fi и сетевой карты.

Провайдеры уже давно используют разные схемы с оптикой: где-то «оптика» идет только до подъезда, а где-то прямо до квартиры. Если оптический кабель заходит домой, нужен ONT/ONU или роутер с оптическим входом. Обычный домашний роутер с WAN-портом RJ-45 не всегда можно подключить к голому оптическому кабелю напрямую.

Для квартиры это выглядит так: тонкий оптический кабель приходит в небольшой терминал, а терминал уже выдает обычный Ethernet-кабель в роутер. Иногда терминал и роутер объединены в одном устройстве. Это удобно, но есть нюанс – оборудование часто привязано к провайдеру и его настройкам. Если хотите выбрать устройство под такую схему, посмотрите отдельный материал про роутер для оптоволокна с Wi-Fi.

По способу монтажа оптический кабель классифицируется на следующие виды:

• Прокладывается в земле.
• Ведется через коллекторы и канализационные трубы.
• Ведется под водой.
• Прокладывается по воздуху (подвесной).
• Прокладывается внутри зданий, подъездов, квартир, серверных и офисов.

Для каждого варианта нужен свой тип кабеля. Уличный кабель должен нормально переносить мороз, солнце, влагу и растяжение. Кабель для канализации защищают от воды и механического давления. Подвесной кабель усиливают несущими элементами. Внутри квартиры или офиса чаще используют более гибкий и аккуратный кабель, но его тоже нельзя резко перегибать, зажимать дверью или прибивать скобами как попало.

В зависимости от использования и дальности сигнала оптоволоконный кабель бывает:

• Магистральный – создание длинных линий на большие расстояния.
• Зоновый – организация магистрали между регионами.
• Городской – используется внутри городских сетей и между узлами связи.
• Полевой – прокладка как по воздуху, так и под землей.
• Водный – тут название говорит само за себя.
• Объектовый – используется для конкретного участка, здания или объекта.
• Монтажный – применяется внутри помещений, шкафов связи, серверных и кроссов.

Есть еще классификация по способу исполнения ядра, количеству волокон, типу брони, оболочке, назначению, допустимому растяжению и радиусу изгиба. Я думаю, это вряд ли будет интересно всем, но одну практическую вещь скажу: оптоволокно нельзя соединять «скруткой», как медные провода. Его сваривают специальным аппаратом или соединяют через готовые коннекторы и адаптеры. Если кабель порвался дома, лучше не пытаться чинить его ножом и изолентой. По этой теме есть отдельная инструкция как соединить оптоволоконный кабель.

Что ставят дома: ONT, ONU и оптический роутер

Если провайдер заводит оптику прямо в квартиру, он обычно ставит небольшую коробочку – ONT или ONU. Для обычного пользователя это почти одно и то же: устройство принимает оптический сигнал и превращает его в понятный домашней сети Ethernet, Wi-Fi или телефонию. Иногда ONT выглядит как маленькая белая коробка с одним оптическим портом и одним LAN-портом. Иногда это полноценный роутер с Wi-Fi, LAN-портами и настройками, как у обычного маршрутизатора.

Вот тут часто возникает путаница. Человек покупает обычный хороший Wi-Fi роутер, видит на стене тонкий оптический кабель и думает, что сейчас просто воткнет одно в другое. Но у обычного роутера чаще всего нет оптического входа. Ему нужен Ethernet-кабель от ONT или отдельный SFP/PON-модуль, если модель это поддерживает. Поэтому перед покупкой роутера лучше уточнить у провайдера: нужен ли обычный роутер, GPON-роутер, ONT или устройство уже будет выдано при подключении.

У «Ростелекома» и других провайдеров можно встретить названия GPON, XPON, PON, ONT и ONU. Звучит страшно, но смысл для абонента простой: интернет приходит по оптике, а дома стоит терминал или роутер, который раздает его дальше. Если хотите увидеть это на живом примере, есть отдельный материал про xPON от Ростелекома.

ВАЖНО! Не отключайте и не меняйте оптический терминал без необходимости. У провайдера устройство может быть привязано по серийному номеру, LOID, паролю или другим параметрам. Если просто купить другой терминал и воткнуть кабель, интернет может не заработать. Сначала уточняем совместимость у провайдера, а уже потом покупаем оборудование.

Достоинства и недостатки

Напоследок давайте разберемся в плюсах и минусах оптоволоконного кабеля. Начнем с преимуществ:

• Малые потери при большой длине участка.
• Возможность передачи большого объема информации.
• Малые размеры и масса самого волокна.
• Высокая защищенность от электромагнитных помех.
• Безопасность – по волокну не идет электрический ток как по медному кабелю.
• Большой запас по скорости для будущих тарифов и оборудования.
• Устойчивость к наводкам от силовых кабелей, трансформаторов и бытовой техники.

Для обычного пользователя главный плюс оптики – стабильность и запас по скорости. Если линия сделана нормально, на нее меньше влияют грозы, наводки и длина кабеля, чем на медь. В частном доме это особенно заметно: оптика может идти на большое расстояние без тех проблем, которые часто возникают у длинной медной линии. А в квартире плюс в том, что провайдеру проще дать высокую скорость и современное подключение.

А теперь о недостатках:

• Кабель боится резких перегибов и механических повреждений.
• Для монтажа и ремонта нужны специальные инструменты, коннекторы или сварочный аппарат.
• Для подключения к домашней сети нужен ONT/ONU, оптический роутер или другое совместимое оборудование.
• Подверженность радиации в особых условиях, за счет чего может возрастать затухание сигнала.
• Подверженность стекла водородной коррозии в специфических условиях, что приводит к повреждениям материала и ухудшению свойств.
• Грязные или поцарапанные оптические разьемы могут сильно ухудшить сигнал.

Из бытовых минусов я бы выделила не радиацию и водородную коррозию, а именно хрупкость при неправильном обращении. Оптический кабель нельзя сильно сгибать за шкафом, прижимать ножкой стола, тянуть с усилием или чистить разьем пальцем. Если интернет по оптике внезапно пропал после перестановки мебели, очень вероятно, что кабель перегнули или выдернули коннектор. В такой ситуации лучше позвонить провайдеру, потому что без оптического тестера обычный пользователь почти ничего не проверит.

МОЙ ВЫВОД: оптоволокно – это не «магия», а просто очень удачный способ передавать данные светом. Для магистралей оно почти незаменимо, для дома – удобно и перспективно. Но сама оптика не отменяет нормальный роутер, хороший Wi-Fi и правильную настройку сети. Если у вас слабый Wi-Fi в дальней комнате, замена витой пары на оптику до квартиры сама по себе не сделает сигнал сильнее – этим уже занимается роутер и домашняя сеть.

По теме у нас есть еще 2 статьи. Почитать можно тут и тут.

FAQ для новичков

Оптоволокно и оптический кабель – это одно и то же?

Не совсем. Оптоволокно – это сама тонкая нить, по которой идет свет. Оптический кабель – это уже готовая конструкция: одно или несколько волокон, защитные покрытия, оболочка, силовые элементы и иногда броня. Если грубо, волокно – это «сердце», а кабель – то, что реально прокладывают в земле, подъезде, квартире или серверной.

 

Оптоволокно быстрее витой пары?

У оптоволокна намного больше запас по дальности и пропускной способности. Но для домашнего пользователя все зависит от тарифа и оборудования. Если у вас тариф 300 Мбит/с, то и оптика, и хорошая витая пара могут дать эти 300 Мбит/с. Разница сильнее видна на больших расстояниях, в магистралях и при очень высоких скоростях.

 

Можно ли подключить оптику прямо в обычный роутер?

Обычно нельзя. Большинство домашних роутеров имеет обычный WAN-порт RJ-45 под витую пару. Для оптики нужен ONT/ONU, GPON-роутер или роутер с подходящим оптическим модулем, если провайдер это разрешает. Поэтому сначала уточняем схему подключения у провайдера, а потом выбираем оборудование.

 

Почему оптоволоконный кабель нельзя резко гнуть?

Потому что внутри идет световой сигнал. При сильном изгибе часть света перестает нормально удерживаться в сердцевине и начинает теряться. В итоге сигнал слабеет, оборудование может показывать ошибку, а интернет – пропадать. Поэтому оптический кабель укладывают аккуратно, без резких углов и пережимов.

 

Что лучше для квартиры – оптика или витая пара?

Если провайдер заводит оптику прямо в квартиру, это хороший современный вариант. Но внутри квартиры после ONT все равно часто используется обычный Ethernet и Wi-Fi. Поэтому важна не только технология провайдера, но и ваш домашний роутер, расположение точки доступа, качество кабеля и тариф. Для большинства задач оба варианта могут работать хорошо, если все правильно смонтировано.

 

Нужно ли чистить оптический разьем дома?

Без необходимости лучше его вообще не трогать. Пыль, жир от пальцев и царапины на коннекторе могут ухудшить сигнал. Если кабель выдернулся, не дуйте в разьем и не протирайте его чем попало. Аккуратно вставьте обратно, а если интернет не появился – звоните провайдеру.

На этом можно заканчивать. Надеюсь, была полезной, а мой рассказ интересным. Всем пока!