Glasfaser vs. Kupfer: Vorteile und Nachteile

Was ist Glasfaser?

Lichtwellenleiter, auch bekannt als Glasfaserkabel oder Glasfaser, bestehen im Allgemeinen aus Faserkern, Mantelschicht, Puffer, Außenmantel und optischen Fasersteckverbindern. Da der Verlust bei der Lichtübertragung durch den Lichtwellenleiter viel geringer ist als bei der Stromübertragung durch Kupferkabel, werden Glasfaserkabel typischerweise für Langstreckenübertragungen verwendet.

Glasfaserstruktur

Faserkern - Besteht aus Glas- oder Kunststoffmaterial und dient zur Führung des Lichts. Es gibt drei gängigste Faserkern-Größen: 62,5 μm Durchmesser (Multimode-Faser OM1, OM2), 50 μm Durchmesser (OM3, OM4, OM5) und 9 μm Durchmesser (Singlemode-Faser).

Mantelschicht - Ummantelung des Glasfaserkerns mit einer Glashülle mit niedrigerem Brechungsindex. Sie ist darauf ausgelegt, Verluste zu reduzieren, die durch Oberflächenunregelmäßigkeiten des Glasfaserkerns verursacht werden.

Puffer - Bietet mechanische Isolierung und schützt die Faser vor physischen Schäden durch Einkapseln der Fasern. 

Mantel - Die äußerste Schicht des Glasfaserkabels, die die Glasfasern vor Umwelteinflüssen schützt. Außerdem können verschiedene Farben der Mäntel zur Kabelidentifikation verwendet werden.

Arten von Glasfasern

Es gibt zwei gängigste Arten von Glasfasern: Multimode-Glasfaser und Singlemode-Glasfaser.

Singlemode-Glasfaser

Singlemode-Glasfaser, wie der Name schon sagt, führt nur einen einzigen Lichtmodus. Mit einem sehr dünnen Kern von 9 μm und ohne Begrenzung durch Modendispersion ermöglicht Singlemode-Faser eine höhere Wiedergabetreue bei der Übertragung von Licht durch die Faser, was zu einer höheren Bandbreite als bei Multimode-Faser führt. Daher wird Singlemode-Faser üblicherweise in der Langstreckenkommunikation eingesetzt.

Multimode-Glasfaser

Im Gegensatz zu Singlemode-Fasern ermöglicht Multimode-Glasfaser mit einem dickeren Faserkern von 50 μm oder 62.5 μm Hunderte von Lichtmoden. Außerdem wird sie durch modale Dispersion begrenzt, während dies bei Singlemode-Fasern nicht der Fall ist. Daher unterstützt Multimode-Faser im Vergleich zu Singlemode-Faser nur begrenzte Bandbreiten und Entfernungen. Trotz der Nachteile bei Bandbreite und unterstützter Entfernung bietet Multimode-Faser die Vorteile eines größeren Kerndurchmessers und lässt sich leicht mit einer Lichtquelle wie LED verbinden; zudem ist sie kostensparend. Deshalb ist Multimode-Faser in der Kurzstreckenkommunikation beliebt.

Glasfasertypen: Singlemode-Faser vs. Multimode-Faser

Vorteile von  Glasfasern gegenüber Kupferkabeln

Es ist bekannt, dass Glasfaserkabel eingeführt wurden, um die Bandbreiten- und Entfernungsbeschränkungen von Kupferkabeln auszugleichen. Die Vorteile von Glasfaserkabeln gehen jedoch weit über Bandbreite und Entfernung hinaus. Warum ist Glasfaser besser als Kupfer? Dieser Beitrag erklärt Ihnen ausführlich die Vorteile von Glasfaserkabeln. 

Unendliche Bandbreite

Bandbreite ist eine zwingende Anforderung für Rechenzentren. Wie oben erwähnt, ist Singlemode-Faser aufgrund ihres sehr kleinen Kerndurchmessers nicht durch Modendispersion begrenzt, daher ist die Bandbreite von Singlemode-Faser theoretisch unbegrenzt. Bei Multimode-Faser ist die am häufigsten verwendete OM3-Multimode-Faser hat eine Bandbreitenanforderung von mehr als 2000 MHz-km und OM4-Multimode-Faser erfordert mindestens 4700 MHz-km. Bei Kupferkabeln unterstützt das neueste Cat8-Kupferkabel eine Bandbreite von 2000 MHz-km. Daher bieten sowohl Singlemode-Fasern als auch Multimode-Fasern eine wesentlich höhere Bandbreite als herkömmliche Kupferkabel.

Größere Entfernung

Je höher die Bandbreite, desto größer die Entfernung. Für 40/100 Ethernet unterstützt OM4-Multimode-Glasfaserkabel eine Verbindungslänge von bis zu 150meters, und die Singlemode-Faser ermöglicht sogar Kommunikation über eine Entfernung von 80km, während Cat8-Kupferkabel gemäß dem 40GBase-T-Standard nur eine begrenzte Entfernung von 30 Metern zulässt. Die meisten Backbone-Verbindungsentfernungen von Rechenzentren betragen jedoch mehr als 30 Meter, sodass Glasfasern Kupferkabel in Backbone-Verbindungen grundsätzlich ersetzt haben.

Höhere Geschwindigkeit

Warum ist Glasfaser schneller als Kupferkabel? Dies wird hauptsächlich durch das Übertragungsprinzip von Glasfaser und Kupferkabel bestimmt. Bei Glasfaser werden Daten übertragen, indem analoge Signale in optische Signale moduliert werden; anschließend wird das Licht nach dem Prinzip der Totalreflexion des Lichts geführt. Verschiedene optische Signale stören sich nicht gegenseitig. Bei Kupferkabeln hingegen werden Daten mithilfe elektrischer Signale übertragen, und zwischen elektrischen Signalen gibt es Interferenzen. Deshalb hat Glasfaser gegenüber Kupferkabeln einen Geschwindigkeitsvorteil.

In der praktischen Anwendung hat sich Glasfaser  gemäß dem Standard IEEE 802.3bs als geeignet für 200/400G Ethernet erwiesen. Das neueste Cat8-Kupferkabel unterstützt jedoch nur 40GBASE-T bei einer begrenzten Übertragungsdistanz von 30 Metern.

Dünner und leichter

Im Vergleich zu Kupferkabeln haben optische Kabel eine viel kleinere Faserkernöße; der Kern von Multimode-Fasern beträgt etwa 50 bis 62.5 μm, die Singlemode-Faser ist mit bis zu 9 μm noch kleiner, während der Durchmesser eines standardmäßigen koaxialen Kupferkabels bis zu etwa 47mm beträgt. 

Außerdem ist der Materialunterschied zwischen Kupferkabeln und Glasfaserkabeln ebenfalls ein entscheidender Faktor für das Gewicht. Glasfaser wird aus Fiberglas hergestellt, während Kupfer aus Metall besteht, wodurch Glasfaser leichter ist als Kupferkabel. Die Eigenschaften dünn und leicht machen die Glasfaser komfortabler und einfacher zu installieren.

Starke Anti-Interferenz-Fähigkeit

Quarz ist der Grundbestandteil von Glasfasern, die nur Licht übertragen, keinen Strom leiten und nicht vom elektromagnetischen Feld beeinflusst werden. Daher bieten Glasfasern eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen EMI (Electromagnetic Interference) und Stromstörungen. Und genau deshalb ist das in der Glasfaser übertragene Signal nicht leicht abzuhören. Optische Kabel haben daher gegenüber Kupferkabeln die Vorteile von Stabilität und Sicherheit.

Höhere Zuverlässigkeit

Es ist bekannt, dass die Zuverlässigkeit eines Systems für die Anzahl der Geräte, die das System nutzen, wesentlich ist. Je mehr Geräte, desto größer die Ausfallwahrscheinlichkeit. Ein Glasfasersystem ist einfach, während ein Kupferkabelsystem normalerweise viele Verstärker verwendet. Außerdem bietet das Glasfasersystem den Vorteil einer langen Nutzungsdauer. Statistisch gesehen ermöglicht ein Glasfasersystem eine ausfallfreie Betriebszeit von bis zu einer halben Million Stunden. Folglich bieten Glasfasern eine höhere Zuverlässigkeit als Kupferdraht.

Nachteile von Glasfasern gegenüber Kupferkabeln

Dennoch gibt es Vorteile von Kupferdraht gegenüber Glasfaser:

Geringe Zugfestigkeit

Das Material des Faserkerns ist Glasfaser, während das Material von Kupferkabeln Kupfer ist. Glasfaser ist empfindlicher als Kupfer, daher ist die Zugfestigkeit der Faser geringer als die von Kupferkabeln. Die hohe Zugfestigkeit von Kupferkabeln hilft, ein Dehnen und Brechen der Kabel zu verhindern, und trägt damit auch dazu bei, Systemausfälle zu vermeiden.

Komplexer Fusionsprozess

Der Verlust der Faser hängt mit dem Faserspleißprozess zusammen. Zwei Faserkerne müssen präzise verbunden werden. Da der Faserkern sehr dünn ist und der Schmelzpunkt von Quarz hoch liegt, müssen professionelle Spleißgeräte und entsprechende Technologie eingesetzt werden.

Werden Kupferkabel durch Glasfaser ersetzt? 

Obwohl Glasfaserkabel gegenüber Kupferdraht viele Vorteile haben, erfreuen sich Kupferkabel aufgrund ihrer Kosteneffizienz in bestimmten Anwendungen, wie traditionellen Gebäudeverkabelungssystemen, LAN, PoE und KVM-Anwendungen, weiterhin der Gunst der Verbraucher. Insgesamt denke ich, dass es noch lange dauern wird, bis Glasfasern Kupferdrahtsysteme vollständig ersetzen.

Glasfaser wird jedoch gegenüber Kupferverkabelung eindeutig bevorzugt, wenn hohe Bandbreite, große Entfernungen, hohe Geschwindigkeit oder Immunität gegenüber EMI erforderlich sind.

QSFPTEK bietet hochwertige Glasfaserkabel und Kupferkabel an; kundenspezifische Verkabelungslösungen sind ebenfalls verfügbar. Sie können sich gerne unter [email protected] beraten lassen.