Оптоволокно или витая пара - какой кабель лучше?

Выбор между оптоволокном или витой парой – ключевой этап при проектировании структурированной кабельной системы. В статье расскажем, в каких случаях лучше выбрать сверхскоростной оптический кабель, а когда разумнее остановиться на проверенной витой паре.

Немного истории

Витая пара появилась почти полтора столетия назад, в 1881 году. Ее создатель – знаменитый Александр Белл, а назначение – передача сигнала в телефонных линиях. Название объясняется структурой провода, скрученными попарно металлическими проводниками в полимерной изоляции. Скрутка оказалась простым, эффективным решением, защищающим от внешних помех, электромагнитных полей, радионаводок.

Оптическое волокно – более поздняя разработка. Автор – Норман Френч, в 1934 году запатентовавший идею о передаче информации в виде не электрических, а световых импульсов. Реализации замысла пришлось ждать почти 30 лет. Только в 1962 году появились генераторы излучения нужной мощности и направленности, чувствительные приемники. Активная коммерческая эксплуатация началась в 80-х годах минувшего века.

В чем разница между оптоволокном и витой парой

Провода выполняют общую задачу – передают информацию. Однако, отличаются по: материалам, структуре, разному принципу работы. Основные характеристики разберем детальнее.

1. Различия в материале проводника

Функцию проводника в витой паре выполняет металлическая жила. Оптимальный материал – медь. Алюминий дешевле, но обладает большим сопротивлением, что ограничивает скорость и дальность, подвержен окислению, коррозии.

Для защиты металла от атмосферных и механических нагрузок используются полимерные оболочки. Допустима модификация структуры алюминиевой фольгой, сетчатой оплеткой, блокирующей ЭМ-излучение. Такие сетевые кабели относятся к классу экранированных, предназначены для прокладки вблизи силовых линий, радиопередатчиков и других источников помех, искажающих сигнал.

В оптическом волокне проводником выступает сердечник: стеклянный или акриловый. Внешний слой – технологичный полимер, повышающий устойчивость к статическим, динамическим нагрузкам.

2. Отличия в способе передачи данных

Сигнал в витой паре – электрический импульс. Алгоритм передачи выглядит так:

1. Разделение передатчиком информации на биты;
2. Шифровка данных в двоичную систему, начало сеанса связи;
3. Расшифровка данных приемником. Процесс построен на напряжении, продолжительности импульса.

В оптоволокне сигнал – световой импульс. Формируется он трансмиттером, улавливается – детектором. Корректировка длительности позволяет отладить шифровку, расшифровку.

3. Пропускная способность

Ethernet-кабели категории 5e передают данные со скоростью до гигабита в секунду, cat 6 – до 10. В 2016 году появилась категория 8, поддерживающая скорость до 40 гигабит в секунду, но на ограниченной дистанции (не больше 40-42 метров). Ограничение связано с алгоритмом передачи. Технология строится на движении электронов, а их максимальная скорость – не больше процента от скорости света. Физические ограничения обойти невозможно.

Пропускная способность оптоволокна на порядки выше. Вплотную к скорости света подобраться пока не получилось, но рекорды регулярно обновляются. Специалистам удается не в лабораторных, а в “полевых” условиях добиться результатов в сотни гигабит в секунду.

4. Расстояние

По этому показателю победителем также оказывается оптика. Длина магистральных линий, соединяющих материки, измеряется сотнями километров, отдельных сегментов – десятками. При этом, на расстояниях до 15-20 километров не нужно поддерживать мощность сигнала, усиливать или повторять его.

Ограничение дальности для витой пары объясняется физикой. По мере движения, электрический импульс слабеет. Даже чистейшая бескислородная медь не позволяет справиться с этим явлением. Например, категория 6a обеспечит скорость в 10 гигабит в секунду только на 100-метровом отрезке. Увеличение дальности без снижения скорости требует установки усилителей, репитеров.

5. Цена

Витая пара дешевле оптического кабеля. Ее монтаж проще, что дополнительно сокращает расходы. Оборудование для прокладки Ethernet-кабеля также оказывается выгоднее. Но в долгосрочной перспективе оптоволокно зачастую становится более экономичным решением. Ценовая разница компенсируется меньшими затратами энергии на передачу данных и долговечностью сети.

6. Восприимчивость к внешним помехам

ЭМ-поля, радио наводки влияют на распространение электрического сигнала, искажают его, снижают дальность связи, провоцируют потери пакетов. Справиться с негативным явлением можно экранированными кабелями: FTP, S/FTP, SF/UTP U/FTP. Медные жилы обернуты фольгой, сетчатой оплеткой, блокирующей электромагнитное поле. Такие изолированные провода можно прокладывать поблизости от мощных его источников, радиопередатчиков, силовых линий.

Оптический сигнал к таким влияниям на 100% устойчив. Прокладка оптоволокна возможна параллельно с силовым кабелем, в прямой близости от мощных электрических установок. ЭМ-поле не способно исказить световую волну.

7. Надежность и безопасность

Передача сигнала в виде электрического импульса оставляет возможность несанкционированного подключения к линии для перехвата данных. С оптикой такое вмешательство невозможно. Дополнительный фактор безопасности в пользу оптического кабеля – исключение коротких замыканий, перегрева и других явлений, связанных с электротоком.

8. Особенности монтажа

Прокладка витой пары – несложная задача. Даже непрофессионал справится с их комплектацией коннекторами 8P8C, сращиванием проводов. Тестеры, специальные инструменты не потребуются. Пластичность кабеля упрощает формирование изгибов.

Монтаж оптики – другое дело. Выраженные изгибы недопустимы – они нарушают прохождение световой волны, могут привести к разрушению хрупкого волокна. Для сращивания потребуются сварочные аппараты для оптоволокна. Без профессиональной помощи не обойтись.

Преимущества и недостатки кабелей

Для оптических линий характерны следующие достоинства:

1. Неуязвимость для электромагнитных наводок, создаваемых грозами, силовыми линиями, электрооборудованием, радиопередатчиками;
2. Огромные скорости передачи, измеряющиеся сотнями гигабит;
3. Устойчивость к температурным, атмосферным нагрузкам. Характеристики линии связи сохраняются в морозы, жару. Допустима подземная, подводная прокладка;
4. Защита от перехвата. Риск несанкционированного подключения исключен;
5. Срок службы в 20, 30, 40 лет – не предел;
6. Протяженность сегмента. Без усилителей и повторителей световую волну удастся передать на десятки, сотни километров.

Без минусов, впрочем, не обходится:

• оптика сложнее в монтаже;
• нужно соблюдать радиусы изгиба, чтобы не допустить разрушения хрупких оптических волокон;
• прокладка и обслуживание сети производится квалифицированными специалистами, зачастую сложным оборудованием;
• оптика дороже меди. Недостаток оправдывается лучшими техническими параметрами, сроком службы, скоростью, стабильностью.

Сильные стороны витой пары:

1. Универсальность, приспособленность к использованию в СКС, локальных сетях, интернет-системах;
2. Гибкость. Количество и выраженность изгибов не влияют на распространение электрического импульса. Главное – соблюдать указанные производителем радиусы, чтобы исключить повреждение жилы или оболочки. Допустима прокладках в кабель-каналах, плинтусах;
3. Простота монтажа. Специальные знания и сложные инструменты не требуются;
4. Ремонтопригодность. При повреждении сегмента, его можно вырезать и заменить новым. Работа займет минимум времени и восстановит исходные характеристики;
5. Цена. Кратно ниже, чем у оптики;
6. Возможность передачи мощности. Кабель с питанием позволяет не просто наладить обмен данными, но и запитать оборудование. Это упрощает подключение, не требует отдельных шнуров.

Негативные моменты:

• ограниченность скорости, дальности линии;
• возможность перехвата данных;
• меньший срок службы;
• для прокладки линии в промышленном цехе или на другом объекте, где установлены мощные электроприборы, нужно использовать экранированные кабели типа, которые существенно дороже неэкранированных UTP.

Когда лучше использовать оптику, а когда – витую пару?

Прокладка оптоволоконных линий рациональна при передаче данных на большие расстояния, жестких требованиях к пропускной способности. Например, магистральные линии между материками, проложенные по дну океана – оптические. Используются они и в масштабных ЦОД (центрах обработки данных), где за секунду приходится транслировать и обрабатывать десятки гигабайт информации. Современные ВОЛС прокладываются и от интернет-операторов до абонентов.

Примеры применения витой пары:

• Подключение абонентского оборудования к интернету. Гибкость позволяет легко проложить провод в квартире, спрятать его под плинтусами. Пропускная способность 6-й категории – достаточна для решения всех задач, вплоть до просмотра фильмов в 4K;
• Формирование офисных СКС, локальных компьютерных сетей: бытовых и коммерческих. Ethernet-кабели проще в монтаже и обслуживании. Высокие скорости, характерные для оптики, в таких случаях не требуются;
• Прокладка сетей IP-телефонии, IP-телевидения.

Ответы на популярные вопросы

1. Почему оптоволокно быстрее витой пары?

Разница объясняется законами физики. Скорость распространения электрического импульса ограничена электронами, предел которых – 1% от скорости света. Световой импульс движется на порядки быстрее.

2. Всегда ли оптика лучше меди?

Нужен баланс между расходами и техническими параметрами. Например, 10 гигабит в секунду, обеспечиваемых кабелями витой пары категории Cat6, достаточно для решения большинства задач.

3. Что лучше для домашнего интернета?

Для общения, онлайн-игр, просмотра фильмов в 4K достаточно витой пары. Оптоволоконная линия требуется для работы с огромными файлами, просмотра 8K-фильмов, стриминга в высоком разрешении, других специализированных задач.

Вывод

Отличия оптики от витой пары значительны. При первом сравнении, вторая кажется устаревшей на фоне первой, но это не так. У кабелей есть как сильные, так и слабые стороны. Учет всех параметров при выборе поможет сформировать линию связи, которая на 100% решит поставленные задачи, не потребует излишних вложений и сложного обслуживания.