Czytam Computer Networks - A Systems Approach 5. wyd. i natknąłem się na następujące statystyki prędkości światła przez różne media:
Miedź - 2,3 × 10 8 m / s
Światłowód - 2,0 × 10 8 m / s
Czy więc te liczby są błędne, czy też istnieje inny powód, aby wyjaśnić, dlaczego miedź jest gorsza niż włókno? Czy światłowód ma lepszą przepustowość (na wolumin) czy coś?
Odpowiedzi:
Nie, liczby są prawidłowe (Strona 46). Jeśli mogę przeredagować twoje pytanie, brzmi ono: „Dlaczego powinienem używać światłowodu, jeśli opóźnienie propagacji jest gorsze niż miedź?” Zakładasz, że opóźnienie propagacji jest ważną cechą. W rzeczywistości (jak zobaczycie kilka stron później) rzadko tak jest.
Włókno ma trzy cechy, które czynią go lepszym od miedzi w wielu (ale nie wszystkich) scenariuszach.
Wyższa przepustowość. Ponieważ światłowód wykorzystuje światło, może być modulowany z dużo większą częstotliwością niż sygnały elektryczne na drutach miedzianych, co zapewnia znacznie większą szerokość pasma. Również maksymalna częstotliwość modulacji drutu miedzianego jest silnie zależna od długości - indukcyjność i pojemność zwiększają się wraz z długością, zmniejszając maksymalną częstotliwość modulacji.
Dłuższy dystans. Światło nad włóknem może pokonywać dziesiątki kilometrów przy niewielkim tłumieniu, co czyni go idealnym do połączeń na duże odległości.
Mniej zakłóceń. Ponieważ światłowód wykorzystuje światło, jest odporny na zakłócenia elektromagnetyczne. To sprawia, że najlepiej sprawdza się w „hałaśliwym” środowisku elektromagnetycznym. Ponadto światłowód nie przewodzi prądu, dzięki czemu może izolować elektrycznie urządzenia.
Ale błonnik ma również wady.
Kabel światłowodowy jest delikatniejszy niż drut. Jeśli zginasz go zbyt ostro, pęknie. Drut miedziany jest znacznie bardziej odporny na ruch i zginanie.
Trudne do rozwiązania. Umieszczenie złącza na pasie światłowodu wymaga precyzyjnych narzędzi, techniki i wiedzy specjalistycznej. Kable światłowodowe są zwykle zakończane przez przeszkolonych specjalistów. Dla porównania, możesz zakończyć kabel miedziany w kilka sekund przy niewielkim lub zerowym szkoleniu.
Chciałbym dodać jedną korzyść z połączeń światłowodowych. Rozważ połączenie dwóch budynków o różnym potencjale gruntu. Jeśli w tej sytuacji użyjesz miedzi, możesz skończyć z upływem prądu i być może niebezpieczną sytuacją. Nie dotyczy to światłowodu, ponieważ nie jest to przewodnik.
Szybkość propagacji jest często wyrażana jako współczynnik prędkości ośrodka - ułamek prędkości światła, którą otrzymujesz.
Po stronie fizycznej światło przechodzące przez medium jest spowalniane przez medium w zależności od jego współczynnika załamania światła. Światłowód ma dodatkowy „problem” polegający na tym, że rdzeń wymaga nieco wyższego współczynnika załamania światła (gęstości optycznej) niż okładzina, aby właściwie poprowadzić falę. Efektywna prędkość propagacji to prędkość światła podzielona przez współczynnik załamania światła lub współczynnik prędkości jest odwrotnością współczynnika załamania światła. Większość włókien ma współczynnik prędkości równy lub zbliżony do 0,67.
Miedź jest nieco bardziej skomplikowana. Rzeczywiste elektrony nie poruszają się zasadniczo, to raczej fala elektryczna (fluktuacja pola) przepływająca przez kabel - nieco podobna do dźwięku w powietrzu. Prędkość propagacji tej fali nieoczekiwanie nie zależy od samego przewodnika, ale od kombinacji przewodnika, a zwłaszcza izolatora (jego przenikalności ), ponieważ fala również musi się rozprzestrzeniać. Efektywna prędkość propagacji to prędkość światła podzielona przez pierwiastek kwadratowy przenikalności.
W przypadku miedzi współczynnik prędkości bliski 1,00 jest możliwy dzięki zastosowaniu powietrza jako izolacji, tak jak w przypadku specjalnych kabli koncentrycznych lub kabli otwartej drabiny. Miedziane kable sieciowe mają zakres od 0,77 (RG-8 dla starożytnego 10BASE5) do .585 (Cat-3 dla 10BASE-T) ze zwykłymi Cat-5e i Cat-6 przy 0,65 (= wolniej niż światłowód).
Jak wskazano, w praktyce istnieje wiele innych czynników przyczyniających się do skutecznego opóźnienia propagacji, takich jak technologia nadajnika-odbiornika, narzut kodowania, korekcja błędów przesyłania i ewentualnie retransmisje. Współczynnik prędkości zwykle nie jest krytyczny.
Jeśli chodzi o bycie „lepszym” - na pewno ma wyższą wydajność, ale „lepszy” zależy od twoich wymagań, w tym kosztów.
Uważam, że innym powodem, dla którego światłowód rozprzestrzenia się „wolniej” niż miedź, jest to, że światło z definicji załamuje się wzdłuż włókna wzdłuż odległości kabla. Wymiana stosu fizyki ma inne podejście do tego:
/physics/80043/how-fast-does-light-travel-through-a-fibre-optic-cable
To zależy od odległości i liczby transakcji / użytkowników
Miedź jest lepsza niż światłowód na krótkich dystansach (poniżej 10 metrów), gdzie wymagania dotyczące przepustowości wynoszą obecnie poniżej 40 Gbit na sekundę. Przy wyższych prędkościach i odległościach wskaźnik utraty pakietów rośnie dość szybko do ponad 50%. Aby to skorygować, konieczne jest zastosowanie repeaterów, które szybko zwiększają opóźnienie i koszty połączeń.
Nawet 10% straty spowoduje, że co najmniej 1% użytkowników końcowych odczuje do 10x wzrost opóźnienia.
Światłowód jest lepszy niż miedź, gdy przepustowość wynosi ponad 100G, a odległość ponad 1 kilometr, a liczba użytkowników w sieci przekracza 1000.
Zarówno światłowód, jak i miedź mają znacznie niższy koszt ekspansji niż sieć bezprzewodowa, ale w wielu domenach między miedzią a światłowodem technologia bezprzewodowa jest szybko wdrażalnym, zawodnym, coraz bardziej degradującym medium komunikacyjnym.
Każdy mechanizm, który można wykorzystać do zwiększenia przepustowości łącza bezprzewodowego, można prawie zawsze wykorzystać do natychmiastowego zwiększenia przepustowości łącza miedzianego i światłowodowego.