Bei der Gestaltung von Rechenzentrumsnetzwerken wird die Auswahl der Glasfaserverkabelung durch zwei Haupteinschränkungen bestimmt: Anforderungen an die Übertragungsrate und Kanalreichweite. Während Single--Mode-Glasfaser (SMF) eine große Reichweite bietet, die für Campus- und WAN-Anwendungen geeignet ist,Multimode-Faser(MMF) bleibt aufgrund der geringeren Kosten von VCSEL-basierten Transceivern das vorherrschende Medium für die Konnektivität innerhalb von Rechenzentren mit kurzer{0}}Reichweite.
Jedoch,Multimode-Faserunterliegt strengen Entfernungsbeschränkungen, die sich aus der optischen Physik ergeben. Da sich Ethernet-Standards von 10GBASE-SR zu 40GBASE-SR4 und 100GBASE-SR4 weiterentwickeln, verringert sich die zulässige Kanallänge erheblich. Das verstehenAbstandsbegrenzung für Multimode-Fasernfür jede Kategorie des optischen Modus (OM) ist wichtig, um die Einhaltung der physikalischen Schicht und die Signalintegrität sicherzustellen.
In diesem Artikel werden die technischen Spezifikationen, Bandbreitenfunktionen usw. analysiertmaximale Entfernung für Multimode-FaserKlassifizierungen von OM1 bis OM5.
Physikalische Einschränkungen bei der Multimode-Übertragung
Die Entfernungsbeschränkungen in optischen Multimode-Systemen werden hauptsächlich durch zwei Faktoren verursacht: chromatische Dispersion und Dämpfung (optischer Leistungsverlust).
Modale Dispersion und Intersymbolinterferenz
Im Gegensatz zu Single-Mode-Fasern, die einen einzelnen Lichtmodus ausbreiten,Multimode-Faserverfügt über einen größeren Kerndurchmesser (50 µm oder 62,5 µm), der Hunderte von Ausbreitungsmodi unterstützt.
Wenn ein Lichtimpuls in die Faser eingeleitet wird, legen verschiedene Moden unterschiedliche Weglängen zurück. Modi hoher Ordnung (die sich in der Nähe der Verkleidung bewegen) benötigen einen längeren Weg als Modi niedriger Ordnung (die sich in der Nähe der Achse bewegen). Dieses als Differential Mode Delay (DMD) bekannte Phänomen führt dazu, dass sich der optische Impuls mit der Zeit ausdehnt.
Mit zunehmender Übertragungsrate nimmt der Abstand zwischen den Bits ab. Eine übermäßige Impulsspreizung führt zu Intersymbolinterferenz (ISI), bei der sich benachbarte Bits überlappen und das Signal für den Empfänger unlesbar wird. Dies erfordert kürzere Kabellängen, um eine akzeptable Bitfehlerrate (BER) aufrechtzuerhalten.
Bandbreite-Entfernungsprodukt
Die Leistung einer Multimode-Verkabelung wird durch ihre effektive modale Bandbreite (EMB) quantifiziert, gemessen in MHz·km.
Überfüllter Start (OFL):Wird zur Messung der Bandbreite mit LED-Quellen (OM1/OM2) verwendet.
Laseroptimiert (EMB):Wird zur Messung der Bandbreite mit VCSEL-Quellen (OM3/OM4/OM5) verwendet.
Ein höherer EMB-Wert weist auf die Fähigkeit hin, Daten über eine längere Distanz zu übertragen, bevor die Modendispersion das Signal beeinträchtigt.
Technische Spezifikationen nach Fasertyp
Die Telecommunications Industry Association (TIA) und ISO/IEC definieren fünf Klassen von Multimode-Fasern. Jede Generation wird durch ihren Kerndurchmesser, ihre Lichtquellenoptimierung und ihre Bandbreitenkapazität definiert.
OM1 und OM2 (Legacy-Standards)
OM1- und OM2-Fasern wurden für Fast-Ethernet- und Gigabit-Ethernet-Anwendungen unter Verwendung von LED-Lichtquellen entwickelt.
OM1 (62,5/125 µm):
Jackenfarbe:Orange.
Bandbreite:200 MHz·km (bei 850 nm).
Entfernungsbeschränkung:Ermöglicht 275 Meter bei 1 Gbit/s. Bei 10 Gbit/s ist dasAbstandsbegrenzung für Multimode-Fasernsinkt auf 33 Meter, was es für die moderne Topologie ungeeignet macht.
OM2 (50/125 µm):
Jackenfarbe:Orange.
Bandbreite:500 MHz·km (bei 850 nm).
Entfernungsbeschränkung:Ermöglicht 550 Meter bei 1 Gbit/s, ist jedoch auf 82 Meter bei 10 Gbit/s beschränkt.
Hinweis: OM1 und OM2 gelten allgemein als veraltet für Neuinstallationen, die Raten über 1 Gbit/s erfordern.
OM3 (Laser-optimiert 50 µm)
OM3 markierte den Übergang zur Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL)-Optimierung. Es handelt sich um den Einstiegsstandard für 10-Gigabit-Ethernet.
Jackenfarbe:Aqua.
Effektive modale Bandbreite (EMB):2000 MHz·km.
Anwendung:OM3 unterstützt 10GBASE-SR bis zu300 Meter. Für Hochgeschwindigkeits-Paralleloptiken (40GBASE-SR4 und 100GBASE-SR4) gilt:Maximale Länge der Multimode-Faserbeschränkt sich auf100 Meter.
OM4 (Hoch-Bandbreitenlaser-optimiert 50 µm)
OM4 bietet eine höhere Bandbreitenspezifikation als OM3 und reduziert so die Verzögerung im Differenzmodus. Dies ermöglicht eine größere Reichweite und höhere Einfügedämpfungsmargen.
Jackenfarbe:Aqua oder Violett (Erika Violet).
Effektive modale Bandbreite (EMB):4700 MHz·km.
Anwendung:OM4 erweitert die 10GBASE-SR-Reichweite auf550 Meter. Entscheidend für Backbones von Rechenzentren ist die Unterstützung von 40G/100G-Anwendungen bis zu150 Meter.
OM5 (Breitband-Multimode-Faser)
OM5 ist durch TIA-492AAAE spezifiziert und soll Short Wave Division Multiplexing (SWDM) unterstützen.
Jackenfarbe:Limettengrün.
Technische Eigenschaften:Im Gegensatz zu OM3/OM4, die hauptsächlich für 850 nm optimiert sind, ist OM5 für einen breiten Wellenlängenbereich zwischen 850 nm und 953 nm spezifiziert.
Distanzangabe:Für Standard-IEEE 802.3-Transceiver (mit einer einzelnen Wellenlänge bei 850 nm) bietet OM5 dasselbemaximale Entfernung für Multimode-Faserals OM4. Sein Vorteil kommt nur zum Tragen, wenn SWDM4-Transceiver zur Übertragung mehrerer Signale über ein einziges Glasfaserpaar verwendet werden.
Referenztabelle zur Entfernungsbegrenzung
Die folgende Tabelle fasst die zusammenMaximale Länge des GlasfaserkabelsUnterstützt durch den Standard IEEE 802.3EthernetAnwendungen.
|
Faserkategorie |
100 Mbit/s (Fast Ethernet) |
1 Gbit/s (1000BASE-SX) |
10 Gbit/s (10GBASE-SR) |
40 Gbit/s (40GBASE-SR4) |
100 Gbit/s (100GBASE-SR4) |
|
OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
Nicht unterstützt |
Nicht unterstützt |
|
OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
Nicht unterstützt |
Nicht unterstützt |
|
OM3 |
2000 m |
550 m |
300 m |
100 m |
70 m |
|
OM4 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
|
OM5 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
Technische Überlegungen zur maximalen Entfernung
Das Theoretische erreichenMaximale Entfernung der Multimode-Fasererfordert die strikte Einhaltung von Link-Loss-Budgets. Das physische Kabel ist nur eine Komponente des Kanals; Einfügedämpfung durch Verbindungspunkte wirkt sich erheblich auf die erreichbare Reichweite aus.
Budgets für die Kanaleinfügungsdämpfung
Mit steigenden Datenraten sinkt das zulässige optische Verlustbudget.
10GBASE-SR (OM3):Ca. . 2.6 dB Budget.
40GBASE-SR4 (OM3):Ca. . 1.9 dB Budget.
Wenn eine strukturierte Verkabelungsverbindung mehrere Patchpanels, Kassetten oder Cross-{0}}Verbindungen umfasst, ist die GesamtsummeEinfügedämpfungkann die Empfindlichkeitsschwelle des Transceivers überschreiten, bevor die maximale Kabellänge erreicht ist. Ingenieure müssen den Gesamtverlust anhand der Formel berechnen:
Verbindungsverlust=(Kabellänge × dB/km) + (Steckerpaare × Verlust/Paar)
Verwendung von Ultra-Low Loss (ULL) MTP/MPO-Anschlüssen (normalerweise<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
Transceiver-Varianz (Standard vs. Extended Reach)
Die in der obigen Tabelle aufgeführten Abstände beziehen sich auf Standard-IEEE-Spezifikationen. Es gibt jedoch Transceiver mit „Extended Reach“ (eSR4/CSR4) auf dem Markt.
Standard 100G-SR4 auf OM4:100 Meter.
Proprietäres 100G-eSR4 auf OM4:Bis zu 300 Meter.
Diese nicht-Standardoptiken nutzen eine höhere Sendeleistung oder empfindlichere Empfänger, um das zu überwindenAbstandsbegrenzung für Multimode-Fasern. Die Kompatibilität muss mit dem Schalterhersteller überprüft werden.
Auswahlkriterien für die Verkabelung
Beim Entwurf der Infrastruktur der physikalischen Schicht dienen die folgenden Schwellenwerte als Standardauswahlhilfen:
Reichweite < 100 Meter:OM3 bietet ausreichend Bandbreite für 10G, 40G und 100G. Es handelt sich um die kostengünstigste{5}}effizienteste Lösung für Intra-Rack- und Top-of-Rack (ToR)-to-End-of-Row (EoR)-Verbindungen.
Reichweite: 100 - 150 Meter:OM4 ist zwingend erforderlich, um 40G/100G-Übertragungsraten zu unterstützen. OM3 reicht für diese Entfernungen unter Standard-SR4-Protokollen nicht aus.
Reichweite > 150 Meter:Für Verbindungen über 150 Meter ist Single-Mode Fiber (OS2) der empfohlene technische Standard. WährendMultimode-Faserphysisch in der Lage ist, 1G oder 10G über größere Entfernungen zu übertragen, kann die Migration auf 40G/100G über die 150-Meter-Grenze hinaus nicht unterstützt werden. Der Einsatz von Singlemode-Glasfaser gewährleistet die zukünftige Kompatibilität mit PSM4- oder DR4-Architekturen.
Abschluss
DerAbstandsbegrenzung für Multimode-Fasernist eine Funktion der effektiven modalen Bandbreite des Kabels und der Übertragungsrate der aktiven Geräte. Während herkömmliche OM1- und OM2-Fasern für Hochgeschwindigkeitsnetzwerke veraltet sind, bleiben OM3 und OM4 der Industriestandard für Rechenzentrumsanwendungen mit kurzer{6}Reichweite.
Für Netzplaner liegt der kritische Grenzpunkt bei 150 Metern. Unterhalb dieser Schwelle bietet OM4 das optimale Gleichgewicht zwischen Leistung und Transceiver-Kosten. Über diesen Schwellenwert hinaus ist Single-Mode Fiber (OS2) erforderlich, um die Signalintegrität und Protokollunterstützung für aktuelle und zukünftige Ethernet-Standards sicherzustellen.
FAQ
Ist OM5-Glasfaser besser als OM4 für Standard-10G/40G/100G-Netzwerke?
Nicht für Standardentfernungsgrenzen. Für herkömmliche Paralleloptiken (SR4), die eine einzelne Wellenlänge (850 nm) verwenden, bietet OM5 genau die gleichen Entfernungsgrenzen wie OM4 (z. B. 100 m für 100GBASE-SR4). OM5 ist nur bei der Verwendung von SWDM-Transceivern (Short Wave Division Multiplexing) überlegen, da es die Übertragung mehrerer Wellenlängen auf derselben Faser ermöglicht. Wenn Sie keine SWDM-Optik verwenden, bietet OM5 keinen zusätzlichen Reichweitenvorteil gegenüber OM4.
Warum ist die Entfernungsgrenze für 40G und 100G kürzer als für 10G?
Wegen der Modaldispersion. Wenn die Datenraten steigen (die Impulsdauer nimmt ab), wird der optische Empfänger viel empfindlicher gegenüber „Signalverschmierung“ (Streuung), die dadurch verursacht wird, dass Licht unterschiedliche Wege durch den Faserkern nimmt. Eine geringe Signalausbreitung, die bei 10 Gbit/s akzeptabel ist, wird bei 100 Gbit/s zu einem kritischen Fehler, wodurch die maximale physische Entfernung verringert werden muss, um die Signalintegrität aufrechtzuerhalten.
Bei welcher Entfernung sollte ich von Multimode- auf Singlemode-Faser wechseln?
Die „150-Meter-Regel“ ist die Best Practice der Branche.
Unter 150 Metern: Multimode (OM4) ist aufgrund der günstigeren Optik in der Regel kostengünstiger-.
Über 150 Meter: Single-Modus (OS2) wird empfohlen.
Ist OM4-Faser abwärtskompatibel mit OM3?
Ja, vollständig abwärtskompatibel.OM4-Faser ist im Wesentlichen eine „höhere Spezifikation“-Version von OM3. Sie können die OM4-Verkabelung noch heute installieren und mit älteren 10G OM3-Transceivern verwenden. Der Link funktioniert normal.
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