光纖與銅纜在企業(yè)網(wǎng)領域的優(yōu)劣勢比較

    近年來，光通信技術逐漸成熟使企業(yè)網(wǎng)對性能的要求也急劇提高。不斷增加的帶寬需求也推動了網(wǎng)絡建設的銅纜鋪設成本，與此同時，技術的進步使光系統(tǒng)的成本不斷降低。鑒于這些變化，我們應該對過去對使用光纖經(jīng)濟性的疑問重新審視。  今天我們期望企業(yè)網(wǎng)更加出色的性能，同時我們也希望網(wǎng)絡具有安裝簡單，成本低與更長的網(wǎng)絡生命周期。本文將對光纖相對銅纜在企業(yè)網(wǎng)領域的性價比優(yōu)勢做一些討論，以發(fā)掘光纖在當今企業(yè)網(wǎng)應用的未來前景。

    在自1994至2006的12年中，以太網(wǎng)技術發(fā)生了革命性的變化，運行速率已經(jīng)從10Mb/s上升到10Gb/s，目前100 Gb/s的方案也正在開發(fā)之中，其標準預期于2009年末發(fā)布。 對帶寬的需求促使銅纜與光纜的技術革新以便支持更高的帶寬傳輸需求。 盡管非屏蔽雙絞線(UTP)經(jīng)歷了數(shù)不清次的升級換代，光纖的帶寬與傳輸距離仍然遠遠領先于銅纜。為了比較銅纜與光纖作為傳輸介質的傳輸能力，我們必須同時考慮其以MHz.km為單位的傳輸帶寬與傳輸距離能力。在1985年,50 μm多模光纖可以支持最大500 MHz.km，即相當于以500 Mb/s速率傳輸1000 m的能力。同時代的二類UTP銅纜 (Cat 2)僅能支持最高4 Mb/s速率傳輸不到100 m的距離。這種對比延續(xù)到2007年，已經(jīng)提交建議而尚未成為正式標準的六類是面臨許多UTP銅纜所面臨的問題。

    新出現(xiàn)的高級別的UTP銅纜正變的日益難以安裝。為了通過網(wǎng)絡測試，串擾與臨近電纜的噪聲必須被抑制。Cat5e與Cat6銅纜的安裝需要十分注意線纜的路由：線纜間距必須更大，較大的彎曲必須避免。這些都導致安裝所需的空間更大。必須注意在布線過程中不能使用過大的拉力以避免打亂雙絞線對（雙絞線對的間距必須保持在端接點處保持13 mm以內(nèi)）。還必須注意線纜段、接頭與端接組件的兼容性以保證阻抗匹配。這些都使銅纜的安裝日益復雜耗時與昂貴。

    由于技術的成熟與熟悉度的提高，安裝光纜的過程已經(jīng)成為一個簡單的“即插即用”的過程。新的光連接器如DuplexLC可以同時端接兩根光纖(收與發(fā))，正取代傳統(tǒng)的SC類型的接頭。Duplex LC接頭有更加友好的用戶界面，尺寸只是SC接頭的一半?yún)s將端口密度提高了一倍。還有端口密度更高的MTP或MPO接頭可以提供對2至72芯帶纜的連接，而且具有十分方便快速的安裝過程。

    光纖網(wǎng)絡自1980年商用以來一直被要求符合簡單的安裝測試規(guī)范－鏈路插入損耗。即使在1990年，Cat3銅纜也被要求通過8項測試科目才能通過認證。鑒于傳輸速率已經(jīng)大大提高，因為銅纜的信號阻抗隨信號頻率上升急劇升高，銅纜有限的帶寬能力意味著安裝對電子干擾源十分敏感。這進一步加重了銅纜安裝測試的復雜性。Cat5, Cat 5e 與Cat 6銅纜需要15項獨立的測試來通過認證。相反，對光纖網(wǎng)絡 ，所有的光纖（單模光纖及所有的多模光纖）仍只需要符合前面提到的簡單的測試規(guī)范。這使光纖網(wǎng)絡安裝測試時間很短，同時也大大降低了安裝成本。

    今天的企業(yè)網(wǎng)必須不僅具備滿足當前網(wǎng)絡需要而且還能無需重新布線就輕松應對未來升級的靈活性。對于1Gb/s與10Gb/s的系統(tǒng)，銅纜會嚴重限制網(wǎng)絡的鏈路長度能力。光纖網(wǎng)絡的高帶寬能力可以在任何速率下輕松的轉換為不同的鏈路長度。激光器優(yōu)化光纖，如康寧的InfiniCor? SX+ 光纖與InfiniCor? eSX+ 光纖可以分別支持1 Gb/s與10 Gb/s達到1100米與550米的鏈路長度。而UTP的 Cat 5布線標準 (TIA/EIA-568-A)只能支持1 Gb/s鏈路長度100米， Cat 6 (TIA/EIA-568-B)規(guī)范支持10 Gb/s只達到55米鏈路長度。

    在環(huán)境條件無法控制的情況下，銅纜的傳輸鏈路長度將會被進一步降低，如當較高的溫度(>20oC)會改變插入損耗（因增加的電阻而產(chǎn)生的損耗）等等一些電學特性。光纖系統(tǒng)對環(huán)境因素相對銅纜不敏感，因此可以方便地安裝在這些惡劣的環(huán)境中。  對于許多辦公區(qū)域，從主設備間到獨立的工作站的距離常常超過銅纜最大100米傳輸距離的限制，因此銅纜系統(tǒng)必須設置額外的電信間以便延續(xù)鏈路長度，這也會使高帶寬銅纜網(wǎng)絡的靈活性大大降低。

    網(wǎng)絡可靠性與安全性的重要性在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中日益體現(xiàn)。系統(tǒng)躉機時間必須盡量避免，因為這不僅會增加維護成本還會在一些應用中如數(shù)據(jù)中心及一些私有網(wǎng)絡中造成業(yè)務損失。隨著不斷增加的敏感數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上傳輸，網(wǎng)絡安全也是必須保證的。   據(jù)估計，60％的銅纜網(wǎng)絡的斷網(wǎng)與線纜及其相關產(chǎn)品有關。銅網(wǎng)絡收發(fā)器與光纖收發(fā)器不同，會在閃電或電網(wǎng)波動的時候產(chǎn)生雜散電流，極易將敏感的數(shù)字信號處理器DSP損壞。另外，銅纜網(wǎng)絡易受電磁干擾、串擾及阻抗不匹配等也是產(chǎn)生干擾和信號錯誤的因素。由電力、無線信號及微波設備產(chǎn)生的干擾都會被銅纜耦合，造成信號錯誤，進而引起躉機。串擾也是因電磁干擾而起的。銅纜自身傳遞的信號也會對鄰近的銅纜產(chǎn)生外部串擾。銅接頭可以引起遠、近端串擾。這些上述的干擾在千兆全雙工傳輸?shù)臓顩r下都是經(jīng)常發(fā)生的問題。阻抗不匹配的情況通常發(fā)生在跳線面板與電信插座之間，這將造成相當大的一部分信號被反射會去，造成信號強度極度衰減。電磁干擾、串擾與阻抗不匹配常常是由不良安裝造成的，在加上環(huán)境因素與線纜分布變化的時候這種干擾還會被大大放大。當銅纜傳輸10Gb/s的信號時，信號高的功率面臨的一個重要問題就是高頻率信號造成的高阻抗導致的強烈外部串擾問題。光纖傳輸?shù)氖枪庑盘枺�所以是無上述問題的，而且能夠在任何環(huán)境下輕松的提供高可靠性、高安全性和高達10Gb/s帶寬的能力。

    銅纜的電磁特性還對網(wǎng)絡的安全有負面的影響。目前個人與大的機構都對信息安全性越練越重視。根據(jù)銅纜的電磁特性，可以通過一個金屬導體令人毫無覺察地探測到銅纜中傳遞的信息。因此，在適當?shù)募夹g條件下，無保護的UTP線纜很容易被竊聽，這帶來了很大的安全風險。而對于光纖，在不干擾信號傳輸?shù)那闆r下是無法竊取其中傳輸?shù)男畔⒌�，其信息安全度要高出銅纜很多。

    在網(wǎng)絡的整個生命周期中，以下固有成本都是應當考慮的因素，包括建設、安裝及運行維護成本：

·資本支出，
·布線與網(wǎng)絡組元，如插座、布線面板、跳線與接頭，
·電子設備，包括交換機、路由器及網(wǎng)卡，
·設備間的空間面積，
·安裝測試需要的人力成本，
·運行支出，
·電力供應與空調系統(tǒng)，躉機，包括造成的損失與恢復成本，
·網(wǎng)絡管理，包括網(wǎng)絡改動成本，
·為提高帶寬升級而必須的重新布線成本。

    在早期的光纖企業(yè)網(wǎng)應用中，光收發(fā)器與介質轉換器（光電轉換）的價格極端昂貴，使得銅網(wǎng)絡組網(wǎng)成本跟有吸引力。光纖技術的進步與生產(chǎn)規(guī)模的擴大已經(jīng)使得光纖、光學器件降低到非常有競爭力的程度。在這期間，光纖系統(tǒng)也向人們展示了其對安裝空間和電力需求低的特點。銅纜系統(tǒng)平均每端口需要10-15瓦功率，而光纖系統(tǒng)只有1-2瓦每端口。正因為這個原因，銅纜系統(tǒng)的端口密度只有每快接口卡4-6端口，而光纖系統(tǒng)的SFP+收發(fā)器可以達到48端口每接口卡。與此同時，企業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)由10Mb/s劇增至10Gb/s。在光纖系統(tǒng)剛問世的1980年，銅纜還足以提供所需的帶寬與傳輸距離能力。對比之下，今天千兆、萬兆以太網(wǎng)的帶寬需求已經(jīng)對銅纜的傳輸能力帶來了巨大壓力，導致其制造、安裝測試成本大大增加，使得銅纜網(wǎng)絡的安裝測試成本已經(jīng)與光纖網(wǎng)絡達到相當水平。

    光纖系統(tǒng)無需很多環(huán)境要求，又由于其出色的傳輸距離，需要的轉接設備也很少，因此其對功率的要求很低。而銅纜系統(tǒng)的阻抗中，特別是10Gb/s系統(tǒng)使用DSP的時候，功率需求是非常大的。在高端口密度的銅纜應用中，功率消耗不僅巨大而且還會伴生巨大的發(fā)熱，這對空調系統(tǒng)又是一個巨大的挑戰(zhàn)。更高功率的消耗對會使空調系統(tǒng)與UPS系統(tǒng)的運行成本大大增加。光纖系統(tǒng)的高端口密度能力對安裝空間的要求低，可以為象數(shù)據(jù)中心這樣位于租金昂貴地區(qū)的應用節(jié)約大量運行成本。此外，光纖系統(tǒng)的高可靠度也是降低成本的另一個重要方面。

    現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心設計的一個重要原則就是靈活性，靈活性可以大大降低網(wǎng)絡管理成本與時間。數(shù)據(jù)中心經(jīng)常需要根據(jù)網(wǎng)絡要求進行重新配置，由于光纜細小的結構、巨大的傳輸能力，可以為網(wǎng)絡提供很多冗余的連接，一旦網(wǎng)絡結構變化需要可以隨時投入工作。

    網(wǎng)絡升級是最重要的一項運行成本。光纖網(wǎng)絡的生命周期比銅纜網(wǎng)絡要長很多。在相當長的使用時間里，由于光纖巨大的帶寬潛力，可以很好的滿足網(wǎng)絡對帶寬不斷增長的需求，僅這一點就可以為您省下大量運行成本。而對銅纜網(wǎng)絡，只有不斷費時費錢地重新布線才能滿足日益增加的帶寬需求。

    如果我們考慮運行成本及網(wǎng)絡安裝成本，在整個生命周期里面光纖網(wǎng)絡的成本要比銅纜網(wǎng)絡低很多。想要進一步了解有關光纖網(wǎng)絡與銅纜網(wǎng)絡的相對成本信息請參考TelecommunicationsIndustryAssociation（TIA）的Fiber Optic LAN Section （FOLS）成本模型。

    結論

    當前，光纖網(wǎng)絡可以提供比UTP銅纜更高的帶寬與傳輸距離的觀念已經(jīng)被大家逐漸了解。在本文中我們向大家展示了光纖的高性能還可以通過降低網(wǎng)絡安裝測試及運行成本的方式為您節(jié)約成本。鑒于對網(wǎng)絡帶寬的巨大需求還將持續(xù)下去，安裝UTP銅纜的成本已經(jīng)顯著地提高，如今選擇高帶寬的光纖網(wǎng)絡已經(jīng)成為比選擇銅纜方案更具性價比的選擇。