目录

前言
光纤线的构造
Multi-mode (多模) vs Single Mode (单模)
传输距离与波长 (Wavelength)
光纤线种类
接头 (Connector)
GBIC / SFP
光纤界面读数

前言

虽然 Layer 1 物理层 (Physical Layer) 并不是考试範围,但作为网络工程师总不能对网络线不闻不问。线材是一个十分有趣的课题,主要分为 Copper Cable (铜线) 和 Fiber Cable (光纤线),本篇主要介绍光纤线的构造和标準。光纤线比铜线优胜的地方是不会受电磁场影响,传输距离较远,而且线材较幼及柔软而方便佈线。

光纤线的构造

由於光是直线行走的,而光纤线不可能保持平直,佈线时必然会被弯曲,因此要把光传送到目的地需要利用反射原理,让光在弯湾曲曲的光纤中靠著反射前进。可能大家还隐约记得,在中学物理课程中学过,只要知道两种物质的折射率 (Refractive Index),便可计算出全反射 (Total Internal Reflection) 的角度。所以,要用光纤传送光,需要两种折射率不同的物质,让光在光纤线中发生全反射。

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光纤主要由叁部份组成:纤芯 (Core)、包层 (Cladding) 及外层 (Coating)。

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纤芯 (Core)

纤芯是反射率较大的物质,光就在这条通道中前进。直径只有 8 至 62.5 µm,大约等於人类头髮的直径。

包层 (Cladding)

包层是反射率较细的物质,作用是把光反射。直径一般是 125 µm。

外层 (Coating / Jacket)

外层为脆弱的光纤提供保护,而不同的光纤类型会使用不同颜色的外层以作分辨。

在光纤线的外层上可以看到两组数字,以下图为例 50/125 的意思是纤芯直径 50 µm,而包层直经为 125 µm。

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Multi-mode (多模) vs Single Mode (单模)

Multi-mode Fiber (MMF) 的 Core 直径较宽阔,可同时容纳多条光束以不同角度前进,MMF 价格会比较便宜,然而,由於多条光束互相影响造成衰减,只能适合较短的传输距离 (少於 2 公里)。

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Single Mode Fiber (SMF) 的 Core 直径则较细,只容许一条光束前进,传输距离较 Multi-mode 远得多 (10 公里)。

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传输距离与波长 (Wavelength)

虽然光不会受电磁场影响,但会因为在光纤线中不断反射而衰减,这种衰减会使光纤所能够支援的频宽下降。一条光纤线所能提供的频宽受以下 3 方面影响:

传输距离

光纤传送距离越短,讯号的衰减越少,所能提供的频宽就越高。

波长 (Wavelength)

基於光的特性,波长越大,讯号衰减就越少,频宽因而增加。波长的单位是 nm,在 Multi-mode Fiber 中一般会使用波长 850 nm 至 1300 nm,而 Single Mode 则使用波长 1310 nm 至 1550 nm。然而世上没有免费午餐,能发出较大波长讯号的设备会比较昂贵。

讯号源

讯号源即是发出光讯号的光源是 LED (Light-emitting Diode 发光二极管) 还是 VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser 镭射)。由於 VCSEL 的闪动频率比 LED 高,在相同的时间下能够发出更多的讯号,因而支缓较高频宽。LED 能支缓最多 40 Gbps,而 VCSEL 能支缓至 100 Gbps。但需留意规格较高的光纤线 (OM3、OM4、SC1、SC2) 才能支缓 VCSEL,同样道理,支缓 VCSEL 的线材和设备价格都会比较高。

光纤线种类

现在说说光纤线的种类。根据 TIA/EIA ((Telecommunications Industry Association and Electronic Industries Association)) 订立的标準,Multi-mode 分为 OM1、OM2、OM3 及 OM4。数字越大则防止衰减技术越高,代表频宽及传输距离都越大。

分类外层颜色直径 (Core/Cladding)波长 850 nm 最大传输距离 (公尺) 波长 1300 nm 最大传输距离 (公尺)
1Gbps10Gbps40Gbps100Gbps1Gbps10Gbps40Gbps100Gbps
OM1  橙色 62.5/125 µm 220 32 不支缓 不支缓 550 不支缓 不支缓 不支缓
OM2  橙色 50/125 µm 550 82 不支缓 不支缓 550 82 不支缓 不支缓
OM3  水蓝色 50/125 µm 550 300 100 100 1000 300 不支缓 不支缓
OM4  水蓝色 50/125 µm 550 550 125 125 1000 550 不支缓 不支缓

而 Single Mode 则有 OS1 及 OS2 两款,两款线材的传输距离是相约的,两者的分别是 OS2 采用了 Loose-tube (松管) 技术增强防水,特别适合室外使用,价格当然较贵。

分类外层颜色直径 (Core/Cladding)波长 1310 nm 最大传输距离 (公里)波长 1550 nm 最大传输距离 (公里)
1Gbps10Gbps40Gbps100Gbps1Gbps10Gbps40Gbps100Gbps
OS1 黄色 9/125 µm 5 5 10 10 不支缓 40 40 40
OS2 黄色 9/125 µm 5 5 10 10 不支缓 40 40 40

接头 (Connector)

除了线材之外,光纤线接头亦有多款选择。

SC (Square Connector / Subscriber Connector)

在香港称为「大头」或者「方头」,是比较旧款的接头,在旧式的网络设备较为常见。

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LC (Little Connector / Lucent Connector)

在香港称为「细头」,是常见的接头,比 SC 优胜的地方是比较小,这样网络设备上的界面也可以造得较小。

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FC (Fiber Channel / Ferrule Connector)

又称为「大圆头」,好像比较少见,由於是扭镙丝的设计,会比较稳固。

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ST (Straight Tip)

又称为「细圆头」,在 Fiber Patch Panel 会比较常用。

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MTP (Multifiber Termination Push-on)

一个接头可以连接 24 条光纤线,适合在需要大量线材的环境下使用。

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GBIC / SFP

接头种类太多选择造成一个头痛的问题,网络设备应提供那款界面呢?解决方法是把界面分拆出来变成界面咭,不内建在机器上。用家便可按自己的需要购买合适的界面咭,以下为大家介绍两款比较常见的界面。

GBIC

GBIC (Giga Bitrate Interface Converter),只要把 GBIC 插进网络设备的插槽中就可把电信号转换成光信号,通常配合 SC 接头使用。

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SFP

而 SFP (Small Form Pluggable) 则是缩小版的 GBIC,尺吋较细,故又称为 Mini-GBIC。 功能与 GBIC 相同,但接头则改为 LC。

fiber-cable

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光纤界面读数

show interfaces <int> transceiver 可以看到界面读数,特别留意 Tx Power 和 Rx Power,Tx Power 应为 -10dBm 以上,而 Rx Power 应为 -17dBm 以上,如低於此值代表光讯号太弱,可能是光纤线受损,如低於 -30dBm 的话其实已经接收不到讯号了。

SW#show interfaces gigabitEthernet 1/0/1 transceiver
ITU Channel not available (Wavelength not available),
Transceiver is internally calibrated.
If device is externally calibrated, only calibrated values are printed.
++ : high alarm, +  : high warning, -  : low warning, -- : low alarm.
NA or N/A: not applicable, Tx: transmit, Rx: receive.
mA: milliamperes, dBm: decibels (milliwatts).

                                           Optical   Optical
           Temperature  Voltage  Current   Tx Power  Rx Power
Port       (Celsius)    (Volts)  (mA)      (dBm)     (dBm)
---------  -----------  -------  --------  --------  --------
Gi1/0/1      38.7       3.29       6.1      -5.1      -4.4

如出现以下讯息则代表 GBIC / SFP 并不支缓 Monitoring,无法读取读数。

SW#show interfaces gigabitEthernet 1/0/2 transceiver
Diagnostic Monitoring is not implemented.