カッパーVSファイバーの光の速度-ファイバーが優れている理由


16

私はコンピューターネットワーク-システムアプローチ5th edを読んでいます。、そしてさまざまな媒体を通過する光の速度に関する以下の統計に出くわしました。

銅– 2.3×10 8 m / s

ファイバー– 2.0×10 8 m / s

それで、これらの数字は間違っていますか、または銅が繊維よりも悪い理由を説明する別の理由がありますか?ファイバーの帯域幅は(ボリュームごとに)向上していますか?

回答:


38

いいえ、番号は正しいです(ページ46)。質問を言い換えれば、「伝搬遅延が銅線よりも悪い場合、ファイバーを使用する理由は何ですか?」です。伝搬遅延は重要な特性であると仮定しています。実際(数ページ後に説明します)、めったにありません。

ファイバーには、多くの(すべてではない)シナリオで銅よりも優れた3つの特性があります。

  1. より高い帯域幅。ファイバーは光を使用するため、銅線上の電気信号よりもはるかに高い周波数で変調され、より高い帯域幅が得られます。また、銅線の最大変調周波数は長さに大きく依存します。インダクタンスと静電容量は長さとともに増加し、最大変調周波数が低下します。

  2. より長い距離。ファイバー上の光は、ほとんど減衰せずに数十キロメートル進むことができるため、長距離接続に最適です。

  3. 干渉が少ない。ファイバーは光を使用するため、電磁干渉の影響を受けません。これは、「ノイズの多い」電磁環境に最適です。また、ファイバーは電気を通さないため、デバイスを電気的に絶縁できます。

しかし、繊維にも欠点があります。

  1. 費用。光トランスミッターとレシーバーは高価で(100ドル)、銅線よりも厳しい環境要件があります。
  2. 光ファイバーケーブルはワイヤーよりも壊れやすいです。曲げすぎると割れてしまいます。銅線は、移動と曲げに対してはるかに耐性があります。

  3. 終了するのが難しい。光ファイバストランドにコネクタを配置するには、精密なツール、技術、および専門知識が必要です。ファイバーケーブルは通常、訓練を受けた専門家によって終端処理されます。それに比べて、トレーニングをほとんど、またはまったく行わずに、数秒で銅ケーブルを終端できます。


11
いい答えです。可能であれば、一つだけ付け加えたいと思います。大量のファイバーを必要とする大規模な環境では、物理的プロファイルははるかに小さく、その結果、はるかに高いケーブル密度を処理できます。
ジョーダンヘッド

@ジョーダン、それは本当です。10G垂直リンクに単一のシングルモードファイバーストランドを使用するbi-di SFPを使用することにより、ケーブル密度をさらに削減しました。山崎は...彼らはやや手頃な価格の製
user4565

私もこの答えが好きです。費用についてはわかりません。答えは「長距離」よりも「ローカル」に当てはまると思います。ある大陸から別の大陸に1 Tb /秒でさえ確実に運ぶのに十分な銅を海の底に敷設することはそれほど安くないかもしれません。実際、私はそれがどのように見えるかさえ分かりません!
うーん

3
@InterLinked「アナログ信号はデジタルよりも品質の点で優れています」-ソースを入手しましたか?
user253751

1
@InterLinked低レイテンシは理解できますが、デジタル信号は本質的にノイズの影響を受けません(ただし、ノイズが多すぎると、非常に悪い信号が発生するのではなく、完全に低下します)。ただし、8bps 8kHzの解像度を使用することで安価になり、アナログ信号の有効な解像度よりもはるかに低くなる可能性があります。したがって、特定のアナログ電話信号特定のデジタル電話信号よりも品質が良い場合がありますが、一般的な場合、アナログ信号の方が優れているとは言えません。通常、ノイズ耐性は全体的に優先され、デジタルの方が優れています。
user253751

6

ファイバー接続の利点を1つ追加したいと思います。異なる接地電位を持つ2つの建物間の接続を検討してください。この状況で銅を使用する場合、漏れ電流が発生し、場合によっては危険な状況になる可能性があります。これは導体ではないため、ファイバーには当てはまりません。


1
非金属繊維ケーブルを使用する場合のみ、これは特殊ケーブルのビットです。ほとんどの埋設ケーブルには、何らかの金属補強があり、安全上の理由から両端で接地する必要があります(誘導電圧など、約20 kmの地下20 kV電力線に沿って走るファイバーケーブルで約6 kVと計算しました)。それでも、ネットワークスイッチのポートに接地するCATケーブルのシールドよりも、ファイバーケーブルを接地バスバーに接地する方が適切です。
Stuggi

4

伝搬速度は、多くの場合、媒体の速度係数 -取得する光の速度の一部として表されます。

物理的な側面では、媒質を通過する光は、その屈折率に応じて媒質によって減速されます。ファイバには、コアが波を適切に導くためにクラッドよりわずかに高い屈折率(光学密度)を必要とするという「問題」が追加されています。有効伝搬速度は、光の速度を屈折率で除算したもの、または速度係数は屈折率の逆数です。ほとんどの繊維の速度係数は0.67またはそれに近いです。

銅はもう少し複雑です。実際の電子は実質的に動いておらず、むしろケーブルを流れる電波(電界変動)です。空気中の音にいくらか匹敵します。驚くべきことに、この波の伝播速度は導体だけではなく、導体と特に絶縁体(その誘電率)の組み合わせに依存します。これは、波も後者を介して伝播する必要があるためです。有効な伝播速度は、光の速度を誘電率の平方根で割ったものです。

銅の場合、特別な同軸ケーブルまたはオープンラダーケーブルのように空気を絶縁体として使用することにより、1.00に近い速度係数が可能です。銅線ネットワークケーブルの範囲は0.75(古代の10BASE5の場合はRG-8)から.585(10BASE-Tの場合はCat-3)で、一般的なCat-5eおよびCat-6は.65(=ファイバーよりも遅い)です。

指摘されているように、実際には、トランシーバー技術、エンコードのオーバーヘッド、前方誤り訂正、場合によっては再送信など、有効な伝搬遅延に寄与する他の多くの要因があります。通常、速度係数は重要ではありません。

繊維については「より良い」-それは確かに高い性能を持っていますが、「より良い」はコストなどの要件に依存します。


1

ファイバが銅よりも「遅い」のは、定義上、光がケーブルの距離に沿ってファイバ全体で屈折するためであると考えられます。物理スタック交換では、これについて異なる見解があります。

/physics/80043/how-fast-does-light-travel-through-a-fibre-optic-cable


2
真実ではありません-シングルモードファイバでは、シングルモードでは直線伝搬のみです。媒体は文字通り波を遅くします-これも屈折の正確な理由です。
Zac67

0

距離とトランザクション/ユーザーの数に依存します

現在、帯域幅の要件が毎秒40ギガビット未満である短距離(10メートル未満)では、銅はファイバよりも優れています。より高いレートと距離では、パケット損失率は非常に急速に50%を超えます。これを修正するには、遅延と接続のコストを急速に上げるリピーターが必要です。

10%の損失であっても、少なくとも1%のエンドユーザーが最大10倍の遅延の増加を認識します。

ファイバーは、帯域幅が100Gを超え、距離が1キロメートルを超え、ネットワークあたりのユーザー数が1,000を超える銅線よりも優れています。

ファイバーと銅線はどちらもワイヤレスよりも大幅に低いコスト拡張機能を備えていますが、銅線とファイバーの間の多くのドメインでは、ワイヤレスは急速に展開可能で、信頼性が低く、劣化する接続媒体です。

ワイヤレス帯域幅を拡張するために使用できるメカニズムは、ほとんどの場合、銅線とファイバーの帯域幅をすぐに拡張するために使用できます。

弊社のサイトを使用することにより、あなたは弊社のクッキーポリシーおよびプライバシーポリシーを読み、理解したものとみなされます。
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.