Оптоволоконные сети – что это такое, и для чего они нужны?

Всем привет! Сегодня речь у нас пойдет о не особо известных для обычного пользователя, но очень широко применяемых оптоволоконных связях. По-другому их еще называют ВОЛС или волоконно-оптические линии связи. Название достаточно длинное, поэтому в широких кругах чаще используется простое сокращение: «оптика» или «оптоволокно». На самом деле это не совсем одно и то же, но обо всем по порядку.

ВОЛС – это специализированные линии связи, по которым передача информации идет с помощью светового сигнала в определенной кодировке. Оптоволокно – это сама тонкая нить внутри кабеля, по которой этот световой сигнал проходит. А оптический кабель – это уже готовая конструкция: одно или несколько волокон, защитные оболочки, силовые элементы и внешняя изоляция. То есть «ВОЛС» – это линия связи целиком, «оптоволокно» – материал и среда передачи, а «оптический кабель» – то, что прокладывают в земле, по воздуху, в подъезде или в квартире.

Эту технологию в первую очередь применяют для передачи данных в локальных и глобальных сетях на достаточно большое расстояние. Но ее также используют в военной промышленности, медицине, промышленной автоматике, системах видеонаблюдения, дата-центрах и других не сетевых сферах. Если хочется совсем простого объяснения, то можно представить обычный фонарик и длинную прозрачную трубку: источник света мигает, а другая сторона считывает эти вспышки как данные. В реальности все куда сложнее, но общий смысл именно такой.

Принцип действия

Итак, мы уже разобрались, что такое ВОЛС, но каким же образом по ним передается информация. В подобных сетях используется оптоволокно. Оно состоит из центральной сердцевины и имеет очень небольшой размер. Сердцевина обычно сделана, как вы, наверное, уже догадались, из стекла. Именно по этой сердцевине и идет передача данных световым сигналом.

Но тут сразу же встает вопрос – а как передать сигнал на большое расстояние, чтобы свет не «убежал» наружу? Для этого используют второй слой стекла или другого материала, который обволакивает центральную сердцевину. Этот слой называют оболочкой. У сердцевины и оболочки разные показатели преломления, поэтому свет удерживается внутри и многократно отражается на границе двух материалов. Ранее действительно можно было бы представить зеркала или зеркальные поверхности, но в реальном оптоволокне работает не зеркало, а физический эффект полного внутреннего отражения.

Вы когда-нибудь бывали на море или озере в лучах заката? Помните, как свет от солнца под большим углом отражался от воды. Хотя, как вы, наверное, знаете, вода прозрачная. Но при определенном угле и разнице между двумя средами свет начинает отражаться. Похожая идея используется и в оптоволоконной связи, только там все рассчитано намного точнее.

Сердечник и внешняя оболочка имеют разные оптические свойства, из-за чего луч света, отражаясь, распространяется куда дальше. Для передачи и воспроизведения света используется лазерный диод или светодиод, а на другом конце линии стоит приемник. Передатчик не отправляет «картинку» как есть. Он быстро включает и выключает свет или меняет его параметры, а приемник считывает эти изменения и превращает их обратно в цифровые данные: пакеты интернета, голос, видео, команды оборудования и так далее.

ПРИМЕР ДЛЯ ПОНИМАНИЯ: если совсем упростить, то световой импульс можно представить как сигнал «1», а отсутствие импульса – как «0». Оборудование на концах линии очень быстро передает такие сигналы, а дальше электроника собирает из них нормальные данные. Конечно, в современных системах кодирование сложнее, но для общего понимания этого примера достаточно. Именно поэтому ВОЛС дает высокую скорость и хорошо работает на больших расстояниях.

Если окунуться в историю, то первые труды, которые заложили основу «оптики», были связаны с изучением преломления и направления света. Даниель Колладон и Жак Бабине показывали, что свет можно направлять внутри прозрачной среды. Позже появлялись идеи передачи изображения и сигналов через специальные трубки и волокна. Но современные ВОЛС стали массовыми только тогда, когда появились качественные оптические волокна с малым затуханием, лазерные источники света и нормальное сетевое оборудование.

Если хочется отдельно разобраться, из чего состоит само волокно и почему оно такое тонкое, можете дополнительно прочитать материал что такое оптическое волокно простыми словами.

Отличие от витой пары

Если окунуться в 2000-е годы, то, возможно, кто-то вспомнит, что тогда в России и других странах СНГ часто использовался интернет по типу ADSL. Когда интернет начал активно приходить в дома, страна была не везде готова к быстрому подключению. Во многих местах уже были телефонные линии, и именно их начали использовать для доступа в интернет.

Именно тогда пришла идея использовать старые телефонные провода. Это была обычная телефонная линия, которая изначально не создавалась для современных скоростей. В результате интернет все же появился, но имел небольшую скорость, высокую задержку и сильно зависел от качества линии. Многие жаловались на лаги, прерывания и постоянно отваливающийся интернет.

Все эти проблемы были связаны как раз со способом передачи информации и состоянием линий. По старым телефонным проводам сложнее передавать данные на высокой скорости. На линию влияли расстояние до станции, качество кабеля, соединения, помехи, старые скрутки и оборудование провайдера. На смену телефонным линиям постепенно пришла витая пара и оптические магистрали.

Витая пара – это скрученные пары проводов в одной внешней оболочке. Чаще всего используется кабель с 4 парами, то есть 8 проводками. Такой вид коммуникации стал намного надежнее старого телефонного кабеля. В качестве защиты от помех придумали простую, но умную вещь – скручивание проводников в пары.

Смысл в том, что помеха действует на оба провода пары примерно одинаково, а сетевое оборудование на конце линии умеет вычитать эту общую помеху из полезного сигнала. Поэтому витая пара работает стабильнее, чем простой телефонный провод. Но это не значит, что она плохая или устаревшая. Хорошая витая пара категории Cat5e спокойно дает 1 Гбит/с на расстоянии до 100 метров, а Cat6/Cat6a может использоваться и для более высоких скоростей при правильной прокладке и оборудовании.

Скорость при этом выросла в несколько раз. Но была проблема затухания сигнала и ограничения по длине линии. Для обычного Ethernet по витой паре стандартная длина участка – до 100 метров. Дальше уже нужен коммутатор, повторитель, медиаконвертер или другой вариант построения сети. А при увеличении скорости требования к качеству кабеля, обжиму, розеткам и помехозащите становятся выше.

Вот тут на смену на длинных участках и пришла оптоволоконная связь. Скорость выросла еще сильнее, но также увеличилась и дальность передачи. Если на витой паре приходится учитывать ограничение около 100 метров, то на оптике расстояния могут измеряться километрами и десятками километров, в зависимости от типа волокна, оборудования, мощности передатчика и затухания линии.

Но что самое интересное – волоконная связь почти полностью защищена от электромагнитного воздействия. Рядом могут идти силовые кабели, работать оборудование, двигатели или другая техника, а оптическому сигналу это почти не мешает. Также подобные кабели хорошо подходят для уличной и магистральной прокладки, если выбран правильный тип кабеля: с нужной оболочкой, броней, защитой от влаги и допустимым температурным диапазоном.

Раньше можно было встретить формулировку, что минимальная скорость оптики начинается от 1 Гбит/с. Сейчас я бы так не писал. Сама оптика может работать и на меньших, и на очень больших скоростях – все зависит от оборудования на концах линии. Для домашнего пользователя чаще встречаются тарифы на сотни мегабит и 1 Гбит/с, а в операторских сетях и дата-центрах используются 10, 40, 100 Гбит/с и выше. Оптика дает большой запас, но реальную скорость ограничивают тариф, порт роутера, ONT/ONU, Wi-Fi и оборудование провайдера.

При передаче по витой паре при задействовании всех 4 пар скорость 1 Гбит/с давно является обычной нормой даже без экранирования каждого проводника. Поэтому утверждать, что для 1 Гбит/с обязательно нужен дорогой кабель с экраном на каждую жилу, будет неправильно. Для дома часто хватает нормального медного Cat5e или Cat6, если кабель не поврежден, правильно обжат и не превышает допустимую длину. Про сам формат подключения по оптике и витой паре можно подробнее почитать в статье что такое FTTB и чем он отличается от других схем.

К недостаткам ВОЛС можно отнести сложность в монтаже и сварке. Для этого нужно специальное оборудование и знания. При сварке, то есть соединении двух оптических волокон, нужно добиться точного совмещения сердцевин. Если соединение сделано плохо, свет будет теряться именно на этом участке, а линия начнет работать нестабильно или вообще не поднимется.

ВАЖНО! Оптоволокно нельзя нормально соединить обычной скруткой, как медный провод. Его сваривают специальным аппаратом или соединяют через готовые коннекторы и адаптеры. Если оптический кабель порвался в квартире, лучше не резать его ножом и не мотать изолентой. Более подробно я разбирал это тут: как соединить оптоволоконный кабель.

Передача данных в сетях

Все происходит примерно аналогично другим сетям. Изначально отправительное устройство кодирует информацию в виде пакетов. Далее данные переводятся в тот формат, который можно передать с помощью света через ВОЛС. После этого информация отправляется по линии связи. На другом конце приемник переводит световой сигнал обратно в электрический, понятный компьютеру, коммутатору, роутеру, серверу или другому сетевому оборудованию.

На практике в оптических сетях используют разные устройства. Это могут быть оптические модули SFP/SFP+, медиаконвертеры, OLT на стороне провайдера, ONT/ONU у абонента, оптические кроссы, патч-панели, сплиттеры и коммутаторы. Для обычного пользователя это выглядит просто: в квартиру приходит тонкий кабель или обычный Ethernet, а дальше стоит роутер. Но внутри сети провайдера все намного интереснее. Если встретили слово SFP и не понимаете, что это за маленький модуль в сетевом оборудовании, посмотрите отдельный разбор что такое SFP-модуль.

Сегодня оптоволоконные сети есть почти во всех городах. Часто подключение домов построено по схеме FTTB: оптика идет до здания или подъезда, заходит в оборудование провайдера, а дальше по квартирам разводится обычная витая пара. Для пользователя это удобно: в квартиру приходит привычный сетевой кабель RJ-45, который можно подключить к обычному домашнему роутеру.

Сейчас многие провайдеры подключают клиентов и по другой схеме – FTTH/GPON/xPON, когда оптика приходит прямо в квартиру, частный дом или офис. В этом случае нужен оптический терминал ONT/ONU или роутер с поддержкой нужной PON-технологии. Обычный роутер с WAN-портом RJ-45 напрямую к «голому» оптическому кабелю не подключить. Если хотите подробнее разобраться именно с домашним вариантом, посмотрите статью что такое оптоволоконный интернет.

Скорость на таких соединениях может быть выше, а линия обычно имеет хороший запас по развитию. Но тут нужно понимать: сама оптика не делает ваш Wi-Fi сильнее. Если провайдер дал отличную оптическую линию, а дома стоит старый роутер с Wi-Fi 4, слабым процессором и портами на 100 Мбит/с, то вся скорость упрется именно в домашнее оборудование. Поэтому при переходе на оптику иногда приходится менять не только способ подключения, но и роутер.

А еще у нас есть статья по схожей теме от Блондинки – ЧИТАЕМ ТУТ.

FTTB, FTTH, GPON и xPON простыми словами

Чтобы не путаться в названиях, давайте коротко разложу основные варианты. FTTB – это когда оптика приходит до здания, а дальше в квартиру идет витая пара. FTTH – это когда оптика приходит прямо в дом или квартиру. GPON и xPON – это варианты пассивных оптических сетей, где один порт провайдера через оптические делители может обслуживать несколько абонентов. Простыми словами, это разные схемы доставки интернета до вас.

В квартире при FTTB вы обычно видите обычный сетевой кабель RJ-45. Его можно подключить в WAN-порт роутера. При GPON/xPON в квартиру приходит тонкий оптический кабель, который вставляется в ONT/ONU-терминал или специальный оптический роутер. Этот терминал уже раздает интернет по Wi-Fi и LAN или передает его дальше на ваш отдельный маршрутизатор.

Плюс GPON/xPON в том, что оптика приходит ближе к пользователю и дает хороший запас по скорости. Минус – оборудование часто привязано к провайдеру. Новый терминал нельзя просто купить, воткнуть и ждать, что все сразу заработает. Провайдер может регистрировать устройство по серийному номеру, LOID, паролю или профилю. Если интересно, как это выглядит на практике, есть отдельный материал что такое GPON простыми словами.

МОЙ СОВЕТ: если провайдер предлагает вам выбор между FTTB и FTTH/GPON, не смотрите только на красивое слово «оптика». Уточните тариф, скорость портов на выданном оборудовании, можно ли использовать свой роутер, есть ли режим моста, как подключается IPTV и что будет при замене терминала. Для обычной квартиры FTTB тоже может работать отлично, если сеть сделана нормально.

Плюсы и минусы ВОЛС

Теперь коротко соберем основные плюсы волоконно-оптических линий связи:

• Высокая пропускная способность.
• Большая дальность передачи по сравнению с витой парой.
• Защита от электромагнитных помех.
• Малое затухание сигнала на правильно построенной линии.
• Возможность строить магистральные, городские и домашние сети.
• Небольшой вес и диаметр самого волокна.
• Хороший запас по развитию скоростей на будущее.

А теперь минусы, о которых тоже нужно знать:

• Сложный монтаж и сварка.
• Нужны специальные инструменты и измерительное оборудование.
• Оптический кабель боится сильных перегибов и механических повреждений.
• Нельзя просто скрутить два конца, как медный провод.
• Грязный или поцарапанный коннектор может сильно ухудшить сигнал.
• Для подключения дома часто нужен ONT/ONU, медиаконвертер, SFP-модуль или оптический роутер.

Для обычного пользователя главный бытовой минус – с оптикой сложнее обращаться самостоятельно. Витую пару можно переобжать, заменить патч-корд или временно соединить через переходник. С оптическим кабелем так лучше не экспериментировать. Его нельзя резко сгибать за шкафом, зажимать дверью, дергать за тонкий патч-корд и трогать торец коннектора пальцами. Если на терминале загорелся LOS или интернет пропал после перестановки мебели, лучше сразу звонить провайдеру.

FAQ для новичков

ВОЛС и оптоволокно – это одно и то же?

Не совсем. Оптоволокно – это сама тонкая стеклянная или пластиковая нить, по которой идет свет. ВОЛС – это вся линия связи целиком: кабель, соединения, муфты, кроссы, оборудование и сама среда передачи.

 

Почему оптика быстрее витой пары?

Оптика использует световой сигнал и имеет огромный запас по пропускной способности. Но реальная скорость зависит не только от кабеля, а от оборудования и тарифа. Поэтому у одного абонента по оптике может быть 100 Мбит/с, а у другого – 1 Гбит/с или выше.

 

Можно ли подключить оптический кабель в обычный роутер?

Обычно нет. Большинство домашних роутеров имеет WAN-порт RJ-45 под витую пару. Для оптики нужен ONT/ONU, GPON-роутер, медиаконвертер или оборудование с подходящим SFP/PON-модулем. Перед покупкой лучше уточнить требования у провайдера.

 

Что лучше – FTTB или GPON?

Оба варианта могут работать хорошо. При FTTB оптика приходит до здания, а в квартиру идет витая пара. При GPON/xPON оптика приходит прямо к абоненту. GPON обычно дает больше запаса на будущее, но оборудование чаще сильнее зависит от провайдера.

 

Почему после подключения оптики Wi-Fi не стал лучше?

Потому что оптика отвечает за линию от провайдера до вашего оборудования, а Wi-Fi уже раздает домашний роутер. Если роутер старый, стоит далеко, работает только на 2.4 ГГц или перегружен соседскими сетями, слабый Wi-Fi останется даже при отличной оптической линии.

 

Можно ли самому починить порванную оптику?

В большинстве случаев нет. Для нормального соединения нужна сварка или специальные коннекторы, а еще желательно проверить уровень сигнала. Если кабель порвался, перегнулся или вылетел из оптической розетки, безопаснее вызвать мастера провайдера.

Видео

YouTube