光纤相对铜缆在企业网领域的性价比优势
作者:互联网 文章来源:互联网 更新时间:2013-7-23

 

   介绍

  近年来,光通信技术逐渐成熟使企业网对性能的要求也急剧提高。不断增加的带宽需求也推动了网络建设的铜缆铺设成本,与此同时,技术的进步使光系统的成本不断降低。鉴于这些变化,我们应该对过去对使用光纤经济性的疑问重新审视。

  今天我们期望企业网更加出色的性能,同时我们也希望网络具有安装简单,成本低与更长的网络生命周期。本文将对光纤相对铜缆在企业网领域的性价比优势做一些讨论,以发掘光纤在当今企业网应用的未来前景。

现代网络应当能支持更高的数据传输速率

以太网的例子:更高数据传输速率

  在自1994至2006的12年中,以太网技术发生了 革命性的变化,运行速率已经从10 Mb/s上升到10 Gb/s,目前100 Gb/s的方案也正在开发之中,其标准预期于2009年末发布,如图1所示。 对带宽的需求促使铜缆与光缆的技术革新以便支持更高的带宽传输需求。



图1: 自1994至2006以太网的革新促使带宽需求从 10Mb/s上升至10 Gb/s.

现代网络被要求拥有更高带宽能力

更高带宽:多模光纤已经经历了铜缆4代的技术演进

  尽管非屏蔽双绞线(UTP)经历了数不清次的升级换代,光纤的带宽与传输距离仍然远远领先于铜缆。为了比较铜缆与光纤作为传输介质的传输能力,我们必须同时考虑其以MHz.km为单位的传输带宽与传输距离能力。 图2 显示在1985年, 50 µm多模光纤可以支持最大500 MHz.km,即相当于以500 Mb/s速率传输1000 m的能力。同时代的二类UTP铜缆 (Cat 2)仅能支持最高4 Mb/s速率传输不到100 m的距离。这种对比延续到2007年,已经提交建议而尚未成为正式标准的六类UTP (Cat 6a)。最新的七类线Cat 7是种笨重的屏蔽双绞线 (STP) ,尽管可以提供比六类 UTP更高的带宽-距离传输能力,它还是面临许多UTP铜缆所面临的问题。图2显示了不同时代光纤与铜缆传输能力的对比。




图2: 性能的演变 (带宽的对数值) 比较:铜缆对比 50 µm 多模光纤.

我们仍旧期望网络安装的简便

光缆安装正变成一个简单的“即插即用”的过程

  新出现的高级别的UTP铜缆正变的日益难以安装。为了通过网络测试,串扰与临近电缆的噪声必须被抑制。 Cat 5e与Cat 6铜缆的安装需要十分注意线缆的路由:线缆间距必须更大,较大的弯曲必须避免。这些都导致安装所需的空间更大。必须注意在布线过程中不能使用过大的拉力以避免打乱双绞线对(双绞线对的间距必须保持在端接点处保持13 mm以内)。还必须注意线缆段、接头与端接组件的兼容性以保证阻抗匹配。这些都使铜缆的安装日益复杂耗时与昂贵。

  由于技术的成熟与熟悉度的提高,安装光缆的过程已经成为一个简单的“即插即用”的过程。新的光连接器如 Duplex LC可以同时端接两根光纤 (收与发),正取代传统的SC类型的接头。Duplex LC接头有更加友好的用户界面,尺寸只是SC接头的一半却将端口密度提高了一倍。还有端口密度更高的MTP或MPO接头可以提供对2至72芯带缆的连接,而且具有十分方便快速的安装过程。

对光纤的测试与认证也是快速简单的工作

  光纤网络自1980年商用以来一直被要求符合简单的安装测试规范-链路插入损耗。即使在1990年,Cat 3 铜缆也被要求通过8项测试科目才能通过认证。鉴于传输速率已经大大提高,因为铜缆的信号阻抗随信号频率上升急剧升高,铜缆有限的带宽能力意味着安装对电子干扰源十分敏感。这进一步加重了铜缆安装测试的复杂性。Cat 5, Cat 5e 与Cat 6铜缆需要15项独立的测试来通过认证。相反,对光纤网络 ,所有的光纤(单模光纤及所有的多模光纤)仍只需要符合前面提到的简单的测试规范。这使光纤网络安装测试时间很短,同时也大大降低了安装成本。




图3 铜缆网络要求比光纤网络更多的测试过程

现代企业网必须具备灵活性与应对未来升级变化的能力

光纤无与伦比的链路长度与灵活性

  今天的企业网必须不仅具备满足当前网络需要而且还能无需重新布线就轻松应对未来升级的灵活性。图4显示了对于 1 Gb/s与10 Gb/s的系统,铜缆会严重限制网络的链路长度能力。光纤网络的高带宽能力可以在任何速率下轻松的转换为不同的链路长度。激光器优化光纤,如康宁的InfiniCor® SX+ 光纤与InfiniCor® eSX+ 光纤可以分别支持1 Gb/s与10 Gb/s达到1100米与550米的链路长度。而UTP的 Cat 5布线标准 (TIA/EIA-568-A)只能支持1 Gb/s链路长度100米, Cat 6 (TIA/EIA-568-B)规范支持10 Gb/s只达到55米链路长度。

* SMF-28e 光纤根据使用的收发器类型可以支持2 km至140 km的链路长度




图4: 网络链路长度与线缆类型与传输速率的关系

在环境条件无法控制的情况下,铜缆的传输链路长度将会被进一步降低,如当较高的温度(>20 oC)会改变插入损耗(因增加的电阻而产生的损耗)等等一些电学特性。想法,光纤系统对环境因素相对铜缆不敏感,因此可以方便地安装在这些恶劣的环境中。

  对于许多办公区域,从主设备间到独立的工作站的距离常常超过铜缆最大100米传输距离的限制,因此铜缆系统必须设置额外的电信间以便延续链路长度,这也会使高带宽铜缆网络的灵活性大大降低。

现代网络应当就有高可靠性与高安全性

  网络可靠性与安全性的重要性在现代通信系统中日益体现。系统趸机时间必须尽量避免,因为这不仅会增加维护成本还会在一些应用中如数据中心及一些私有网络中造成业务损失。随着不断增加的敏感数据在网络上传输,网络安全也是必须保证的。

非电介质与不受电磁干扰特性提供高可靠性

  据估计,60%的铜缆网络的断网与线缆及其相关产品有关。铜网络收发器与光纤收发器不同,会在闪电或电网波动的时候产生杂散电流,极易将敏感的数字信号处理器DSP损坏。另外,铜缆网络易受电磁干扰、串扰及阻抗不匹配等也是产生干扰和信号错误的因素。由电力、无线信号及微波设备产生的干扰都会被铜缆耦合,造成信号错误,进而引起趸机。串扰也是因电磁干扰而起的。铜缆自身传递的信号也会对邻近的铜缆产生外部串扰。铜接头可以引起远、近端串扰。这些上述的干扰在千兆全双工传输的状况下都是经常发生的问题。阻抗不匹配的情况通常发生在跳线面板与电信插座之间,这将造成相当大的一部分信号被反射会去,造成信号强度极度衰减。电磁干扰、串扰与阻抗不匹配常常是由不良安装造成的,在加上环境因素与线缆分布变化的时候这种干扰还会被大大放大。当铜缆传输10Gb/s的信号时,信号高的功率面临的一个重要问题就是高频率信号造成的高阻抗导致的强烈外部串扰问题。光纤传输的是光信号,所以是无上述问题的,而且能够在任何环境下轻松的提供高可靠性、高安全性和高达10Gb/s带宽的能力。

不受电磁干扰保证高网络安全性

  铜缆的电磁特性还对网络的安全有负面的影响。目前个人与大的机构都对信息安全性越练越重视。根据铜缆的电磁特性,可以通过一个金属导体令人毫无觉察地探测到铜缆中传递的信息。因此,在适当的技术条件下,无保护的UTP线缆很容易被窃听,这带来了很大的安全风险。而对于光纤,在不干扰信号传输的情况下是无法窃取其中传输的信息的,其信息安全度要高出铜缆很多。

对于光纤网络,这些都意味着更节约的网络成本

  在网络的整个生命周期中,以下固有成本都是应当考虑的因素,包括建设、安装及运行维护成本:

· 资本支出

· 布线与网络组元,如插座、布线面板、跳线与接头

· 电子设备,包括交换机、路由器及网卡

· 设备间的空间面积

· 安装测试需要的人力成本

· 运行支出

· 电力供应与空调系统

· 趸机,包括造成的损失与恢复成本

· 网络管理,包括网络改动成本

· 为提高带宽升级而必须的重新布线成本

高带宽光网络与铜网络的安装成本已经相当

  在早期的光纤企业网应用中,光收发器与介质转换器(光电转换)的价格极端昂贵,使得铜网络组网成本跟有吸引力。光纤技术的进步与生产规模的扩大已经使得光纤、光学器件降低到非常有竞争力的程度。在这期间,光纤系统也向人们展示了其对安装空间和电力需求低的特点。铜缆系统平均每端口需要10-15瓦功率,而光纤系统只有1-2瓦每端口。正因为这个原因,铜缆系统的端口密度只有每快接口卡4-6端口,而光纤系统的SFP+收发器可以达到48端口每接口卡。与此同时,企业网数据传输速率已经由10 Mb/s剧增至10 Gb/s。在光纤系统刚问世的1980年,铜缆还足以提供所需的带宽与传输距离能力。对比之下,今天千兆、万兆以太网的带宽需求已经对铜缆的传输能力带来了巨大压力,导致其制造、安装测试成本大大增加,使得铜缆网络的安装测试成本已经与光纤网络达到相当水平。

光纤网络比铜缆网络的运营成本低

  光纤系统无需很多环境要求,又由于其出色的传输距离,需要的转接设备也很少,因此其对功率的要求很低。而铜缆系统的阻抗中,特别是10Gb/s系统使用DSP的时候,功率需求是非常大的。在高端口密度的铜缆应用中,功率消耗不仅巨大而且还会伴生巨大的发热,这对空调系统又是一个巨大的挑战。更高功率的消耗对会使空调系统与UPS系统的运行成本大大增加。光纤系统的高端口密度能力对安装空间的要求低,可以为象数据中心这样位于租金昂贵地区的应用节约大量运行成本。此外,光纤系统的高可靠度也是降低成本的另一个重要方面。

光纤系统为您提供低的网络管理成本

  现代数据中心设计的一个重要原则就是灵活性,灵活性可以大大降低网络管理成本与时间。数据中心经常需要根据网络要求进行重新配置,由于光缆细小的结构、巨大的传输能力,可以为网络提供很多冗余的连接,一旦网络结构变化需要可以随时投入工作。


  网络升级是最重要的一项运行成本。如图2所示,光纤网络的生命周期比铜缆网络要长很多。在相当长的使用时间里,由于光纤巨大的带宽潜力,可以很好的满足网络对带宽不断增长的需求,仅这一点就可以为您省下大量运行成本。而对铜缆网络,只有不断费时费钱地重新布线才能满足日益增加的带宽需求。

  如果我们考虑运行成本及网络安装成本,在整个生命周期里面光纤网络的成本要比铜缆网络低很多。想要进一步了解有关光纤网络与铜缆网络的相对成本信息请参考Telecommunications Industry Association (TIA)的Fiber Optic LAN Section (FOLS)成本模型。

结论

  当前,光纤网络可以提供比UTP铜缆更高的带宽与传输距离的观念已经被大家逐渐了解。在本文中我们向大家展示了光纤的高性能还可以通过降低网络安装测试及运行成本的方式为您节约成本。鉴于对网络带宽的巨大需求还将持续下去,安装UTP铜缆的成本已经显著地提高,如今选择高带宽的光纤网络已经成为比选择铜缆方案更具性价比的选择。

 

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