目錄

前言
光纖線的構造
Multi-mode (多模) vs Single Mode (單模)
傳輸距離與波長 (Wavelength)
光纖線種類
接頭 (Connector)
GBIC / SFP
光纖界面讀數

前言

雖然 Layer 1 物理層 (Physical Layer) 並不是考試範圍,但作為網絡工程師總不能對網絡線不聞不問。線材是一個十分有趣的課題,主要分為 Copper Cable (銅線) 和 Fiber Cable (光纖線),本篇主要介紹光纖線的構造和標準。光纖線比銅線優勝的地方是不會受電磁場影響,傳輸距離較遠,而且線材較幼及柔軟而方便佈線。

光纖線的構造

由於光是直線行走的,而光纖線不可能保持平直,佈線時必然會被彎曲,因此要把光傳送到目的地需要利用反射原理,讓光在彎灣曲曲的光纖中靠著反射前進。可能大家還隱約記得,在中學物理課程中學過,只要知道兩種物質的折射率 (Refractive Index),便可計算出全反射 (Total Internal Reflection) 的角度。所以,要用光纖傳送光,需要兩種折射率不同的物質,讓光在光纖線中發生全反射。

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光纖主要由三部份組成:纖芯 (Core)、包層 (Cladding) 及外層 (Coating)。

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纖芯 (Core)

纖芯是反射率較大的物質,光就在這條通道中前進。直徑只有 8 至 62.5 µm,大約等於人類頭髮的直徑。

包層 (Cladding)

包層是反射率較細的物質,作用是把光反射。直徑一般是 125 µm。

外層 (Coating / Jacket)

外層為脆弱的光纖提供保護,而不同的光纖類型會使用不同顏色的外層以作分辨。

在光纖線的外層上可以看到兩組數字,以下圖為例 50/125 的意思是纖芯直徑 50 µm,而包層直經為 125 µm。

fiber-cable

Multi-mode (多模) vs Single Mode (單模)

Multi-mode Fiber (MMF) 的 Core 直徑較寬闊,可同時容納多條光束以不同角度前進,MMF 價格會比較便宜,然而,由於多條光束互相影響造成衰減,只能適合較短的傳輸距離 (少於 2 公里)。

fiber-cable

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Single Mode Fiber (SMF) 的 Core 直徑則較細,只容許一條光束前進,傳輸距離較 Multi-mode 遠得多 (10 公里)。

fiber-cable

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傳輸距離與波長 (Wavelength)

雖然光不會受電磁場影響,但會因為在光纖線中不斷反射而衰減,這種衰減會使光纖所能夠支援的頻寬下降。一條光纖線所能提供的頻寬受以下 3 方面影響:

傳輸距離

光纖傳送距離越短,訊號的衰減越少,所能提供的頻寬就越高。

波長 (Wavelength)

基於光的特性,波長越大,訊號衰減就越少,頻寬因而增加。波長的單位是 nm,在 Multi-mode Fiber 中一般會使用波長 850 nm 至 1300 nm,而 Single Mode 則使用波長 1310 nm 至 1550 nm。然而世上沒有免費午餐,能發出較大波長訊號的設備會比較昂貴。

訊號源

訊號源即是發出光訊號的光源是 LED (Light-emitting Diode 發光二極管) 還是 VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser 鐳射)。由於 VCSEL 的閃動頻率比 LED 高,在相同的時間下能夠發出更多的訊號,因而支緩較高頻寬。LED 能支緩最多 40 Gbps,而 VCSEL 能支緩至 100 Gbps。但需留意規格較高的光纖線 (OM3、OM4、SC1、SC2) 才能支緩 VCSEL,同樣道理,支緩 VCSEL 的線材和設備價格都會比較高。

光纖線種類

現在說說光纖線的種類。根據 TIA/EIA ((Telecommunications Industry Association and Electronic Industries Association)) 訂立的標準,Multi-mode 分為 OM1、OM2、OM3 及 OM4。數字越大則防止衰減技術越高,代表頻寬及傳輸距離都越大。

分類外層顏色直徑 (Core/Cladding)波長 850 nm 最大傳輸距離 (公尺) 波長 1300 nm 最大傳輸距離 (公尺)
1Gbps10Gbps40Gbps100Gbps1Gbps10Gbps40Gbps100Gbps
OM1  橙色 62.5/125 µm 220 32 不支緩 不支緩 550 不支緩 不支緩 不支緩
OM2  橙色 50/125 µm 550 82 不支緩 不支緩 550 82 不支緩 不支緩
OM3  水藍色 50/125 µm 550 300 100 100 1000 300 不支緩 不支緩
OM4  水藍色 50/125 µm 550 550 125 125 1000 550 不支緩 不支緩

而 Single Mode 則有 OS1 及 OS2 兩款,兩款線材的傳輸距離是相約的,兩者的分別是 OS2 採用了 Loose-tube (松管) 技術增強防水,特別適合室外使用,價格當然較貴。

分類外層顏色直徑 (Core/Cladding)波長 1310 nm 最大傳輸距離 (公里)波長 1550 nm 最大傳輸距離 (公里)
1Gbps10Gbps40Gbps100Gbps1Gbps10Gbps40Gbps100Gbps
OS1 黃色 9/125 µm 5 5 10 10 不支緩 40 40 40
OS2 黃色 9/125 µm 5 5 10 10 不支緩 40 40 40

接頭 (Connector)

除了線材之外,光纖線接頭亦有多款選擇。

SC (Square Connector / Subscriber Connector)

在香港稱為「大頭」或者「方頭」,是比較舊款的接頭,在舊式的網絡設備較為常見。

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LC (Little Connector / Lucent Connector)

在香港稱為「細頭」,是常見的接頭,比 SC 優勝的地方是比較小,這樣網絡設備上的界面也可以造得較小。

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FC (Fiber Channel / Ferrule Connector)

又稱為「大圓頭」,好像比較少見,由於是扭鏍絲的設計,會比較穩固。

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ST (Straight Tip)

又稱為「細圓頭」,在 Fiber Patch Panel 會比較常用。

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MTP (Multifiber Termination Push-on)

一個接頭可以連接 24 條光纖線,適合在需要大量線材的環境下使用。

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GBIC / SFP

接頭種類太多選擇造成一個頭痛的問題,網絡設備應提供那款界面呢?解決方法是把界面分拆出來變成界面咭,不內建在機器上。用家便可按自己的需要購買合適的界面咭,以下為大家介紹兩款比較常見的界面。

GBIC

GBIC (Giga Bitrate Interface Converter),只要把 GBIC 插進網絡設備的插槽中就可把電信號轉換成光信號,通常配合 SC 接頭使用。

fiber-cable

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SFP

而 SFP (Small Form Pluggable) 則是縮小版的 GBIC,尺吋較細,故又稱為 Mini-GBIC。 功能與 GBIC 相同,但接頭則改為 LC。

fiber-cable

fiber-cable

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光纖界面讀數

show interfaces <int> transceiver 可以看到界面讀數,特別留意 Tx Power 和 Rx Power,Tx Power 應為 -10dBm 以上,而 Rx Power 應為 -17dBm 以上,如低於此值代表光訊號太弱,可能是光纖線受損,如低於 -30dBm 的話其實已經接收不到訊號了。

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

如出現以下訊息則代表 GBIC / SFP 並不支緩 Monitoring,無法讀取讀數。

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