铜VS光纤中的光速-为什么光纤更好?


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我正在阅读《计算机网络-系统方法》第5版。,我遇到了以下有关通过不同介质的光速的统计数据:

铜– 2.3×10 8 m / s

光纤– 2.0×10 8 m / s

那么,这些数字是错误的吗?还是有其他原因可以解释为什么铜比纤维差?光纤是否具有更好的带宽(每卷)或其他?

Answers:


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不,数字正确(第46页)。如果我能回答您的问题,那就是“如果传播延迟比铜差,为什么我应该使用光纤?” 您假设传播延迟是一个重要特征。实际上(稍后您会看到几页)很少见。

纤维具有三个特性,使其在许多(但不是全部)情况下都优于铜。

  1. 更高的带宽。由于光纤使用光,因此可以以比铜线上的电信号更高的频率进行调制,从而为您提供更高的带宽。同样,铜线上的最大调制频率高度依赖于长度-电感和电容随长度而增加,从而降低了最大调制频率。

  2. 距离更长。光纤上的光可以传播几十公里而几乎没有衰减,这使其非常适合长距离连接。

  3. 干扰少。由于光纤使用光,因此不会受到电磁干扰。这使其最适合“嘈杂”的电磁环境。另外,光纤不导电,因此可以使设备电气隔离。

但是纤维也有缺点。

  1. 费用。与铜线相比,光发射机和接收机价格昂贵(100美元),并且对环境的要求更高。
  2. 光纤电缆比电线更易碎。如果弯曲得太厉害,它会破裂。铜线更能承受运动和弯曲。

  3. 难以终止。将连接器放置在光纤束上需要精密的工具,技术和专业知识。光纤电缆通常由经过培训的专家端接。相比之下,您几乎不需要培训就可以在几秒钟内终止铜电缆。


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好的答案,如果可以的话,我想补充一件事。在需要大量光纤的大规模环境中,它的物理外形要小得多,因此可以处理更高的电缆密度。
约旦头

@乔丹,是的。我们通过使用bi-di SFP进一步降低了电缆密度,该SFP使用一条单模光纤束用于10G垂直链路。山崎让它们有些负担得起……
user4565

我也喜欢这个答案。我不确定这笔费用是多少-我认为答案更适用于“本地”,而不是“长途”。在海底放置足够多的铜,以可靠地从一大洲到另一大洲可靠地传输1 Tb / s的速度可能并不便宜。实际上,我什至不知道会是什么样子!
uhoh

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@InterLinked“模拟信号在质量上要优于数字信号”-有消息来源吗?
user253751 '18

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@InterLinked我可以理解,延迟较低,但是数字信号本质上不受噪声影响(但是,如果噪声太大,它们将完全掉落,而不是让您仍然有非常差的信号)。但随后,它们也会通过使用8bps 8kHz分辨率来降低成本,该分辨率可能远低于模拟信号的有效分辨率。因此,特定的模拟电话信号可能比特定的数字电话信号质量更好,但是在一般情况下,您不能说模拟信号更好。通常,抗扰度总体上胜出,数字效果更好。
user253751 '18

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我想为光纤连接增加一个好处。考虑两个具有不同地电位的建筑物之间的连接。如果您在这种情况下在哪里使用铜,则可能会导致漏电,甚至可能导致危险。光纤不是这种情况,因为它不是导体。


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仅当您使用非金属纤维电缆(这是一种特殊电缆)时。大多数埋葬电缆都具有某种金属加固,出于安全原因(感应电压等),两端都必须接地(感应电压等,我们将其计算为沿着20kV地下电力线运行约10 km的光缆约为6kV)。仍然,将光缆接地到接地母线比将CAT电缆的屏蔽层接地到网络交换机的端口更好。
Stuggi

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传播速度通常表示为介质的速度因数 -您获得的光速的一部分。

在物理方面,取决于介质的折射率,穿过介质的光会减慢其速度。光纤具有附加的“问题”,即纤芯需要比包层稍高的折射率(光学密度)才能正确地引导波。有效传播速度是光速除以折射率,或者速度因数是折射率的倒数。大多数纤维的速度因子为.67或接近.67。

铜要复杂一些。实际的电子并没有实质性地移动,而是流过电缆的电波(场波动),与空气中的声音有些可比。令人惊奇的是,该波的传播速度并不仅仅取决于导体,而是取决于导体,尤其是绝缘体(其介电常数)的组合,因为该波也需要传播通过后者。有效传播速度是光速除以介电常数的平方根。

对于铜,通过使用空气作为绝缘材料,与特殊的同轴电缆或开放式梯形电缆一样,可以实现接近1.00的速度系数。铜网电缆的范围从.77(对于古代10BASE5为RG-8)到.585(对于10BASE-T为Cat-3),而普通的Cat-5e和Cat-6的速率为.65(=比光纤慢)。

正如已经指出的,实际上,还有许多其他因素会影响有效的传播延迟,例如收发器技术,编码开销,前向纠错以及可能的重传。速度因子通常并不关键。

至于光纤“更好”-可以肯定它具有更高的性能,但是“更好”取决于您的要求,包括成本。



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这取决于距离和交易/用户数量

铜缆比短距离(10米以下)的光纤要好,后者的带宽要求目前低于每秒40 Gbit。在更高的速率和距离下,丢包率非常迅速地上升到50%以上。要解决此问题,需要中继器,这些中继器会迅速增加延迟和连接成本。

即使损失10%,也将导致至少1%的最终用户感觉到延迟增加了10倍。

光纤优于铜缆,后者的带宽超过100G,距离超过1公里,每个网络的用户数超过1,000。

光纤和铜缆的成本扩展能力都大大低于无线,但是对于铜缆和光纤之间的许多领域,无线是一种快速部署的,不可靠的,不断退化的连接介质。

可以用来扩展无线带宽的任何机制几乎都可以用来立即扩展铜缆和光纤带宽。

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