Fibra vs rame: vantaggi e svantaggi

Che cos'è la fibra ottica?

La fibra ottica, nota anche come cavo in fibra ottica o ottica in fibra, è generalmente composta dal nucleo della fibra, dallo strato di rivestimento, dal buffer, dalla guaina e dai connettori ottici della fibra. Poiché la perdita della luce trasmessa attraverso la fibra ottica è molto inferiore a quella dell'elettricità trasmessa attraverso il cavo in rame, il cavo in fibra ottica è tipicamente utilizzato nelle trasmissioni a lunga distanza.

Struttura della fibra ottica

Nucleo della fibra - Realizzato in vetro o plastica e utilizzato per guidare la luce. Esistono tre dimensioni più comuni del nucleo della fibra, diametro 62.5 μm (fibra multimodale OM1, OM2), diametro 50 μm (OM3, OM4, OM5) e diametro 9 μm (fibra monomodale).

Strato di rivestimento - Copertura del nucleo della fibra con un rivestimento in vetro a indice di rifrazione inferiore. È progettato per ridurre la perdita causata dalle irregolarità superficiali del nucleo in fibra di vetro.

Buffer - Offre isolamento meccanico e protegge la fibra dai danni fisici incapsulando le fibre. 

Guaina - Lo strato più esterno del cavo in fibra ottica, che protegge le fibre ottiche dai danni ambientali. Inoltre, è possibile utilizzare guaine di colori diversi per l'identificazione dei cavi.

Tipi di fibra ottica

Esistono due tipi più comuni di fibra ottica: la fibra ottica multimodale e la fibra ottica monomodale.

Fibra ottica monomodale

Fibra ottica monomodale, come suggerisce il nome, trasporta solo una singola modalità di luce. Con un nucleo molto sottile di 9 μm e non essendo limitata dalla dispersione modale, la fibra monomodale consente una maggiore fedeltà quando la luce viene trasmessa attraverso la fibra, risultando quindi in una larghezza di banda superiore rispetto alla fibra multimodale. Pertanto, la fibra monomodale viene solitamente applicata nelle comunicazioni a lunga distanza.

Fibra ottica multimodale

A differenza della fibra monomodale, la fibra ottica multimodale consente centinaia di modi di luce con un nucleo della fibra più spesso di 50 μm o 62.5 μm. Inoltre, è limitata dalla dispersione modale, mentre la fibra monomodale non lo è. Pertanto la fibra multimodale supporta larghezza di banda e distanza limitate rispetto alla fibra monomodale. Nonostante gli svantaggi in termini di larghezza di banda e distanza supportata, la fibra multimodale offre i vantaggi di una dimensione del nucleo maggiore ed è facilmente collegabile a una sorgente luminosa come LED, risultando anche conveniente. Per questo motivo la fibra multimodale è popolare nelle comunicazioni a breve distanza.

Tipi di fibra ottica: fibra monomodale vs fibra multimodale

Vantaggi delle  fibre ottiche rispetto al cavo in rame

È noto che il cavo in fibra ottica è stato introdotto per compensare i limiti di larghezza di banda e distanza dei cavi in rame. Tuttavia, i vantaggi del cavo in fibra ottica vanno ben oltre la larghezza di banda e la distanza. Perché la fibra è migliore del rame? Questo post ti spiegherà in dettaglio i vantaggi dei cavi in fibra ottica. 

Larghezza di banda infinita

La larghezza di banda è un requisito rigido per i data center. Come menzionato sopra, la fibra monomodale non è limitata dalla dispersione modale grazie alle dimensioni molto ridotte del core; pertanto, la larghezza di banda della fibra monomodale è teoricamente infinita. Per quanto riguarda la fibra multimodale, la più ampiamente utilizzata fibra multimodale OM3 ha un requisito di larghezza di banda superiore a 2000 MHz-km, e fibra multimodale OM4 richiede almeno 4700 MHz-km. Per quanto riguarda il cavo in rame, il più recente cavo in rame Cat8 supporta una larghezza di banda di 2000 MHz-km. Pertanto, sia la fibra monomodale sia la fibra multimodale offrono una larghezza di banda molto superiore rispetto al tradizionale cavo in rame.

Distanza maggiore

Maggiore è la larghezza di banda, maggiore è la distanza. Per Ethernet 40/100, il cavo ottico multimodale OM4 supporta una lunghezza di collegamento fino a 150meters, e la fibra monomodale consente persino comunicazioni su una distanza di 80km, mentre il cavo in rame Cat8 consente solo una distanza limitata di 30 meters secondo lo standard 40GBase-T. Tuttavia, la maggior parte delle distanze dei collegamenti backbone dei data center è superiore a 30 meters, quindi le fibre ottiche hanno sostanzialmente sostituito i cavi in rame nei collegamenti backbone.

Velocità maggiore

Perché la fibra ha una velocità maggiore rispetto al cavo in rame? È determinato principalmente dal principio di trasmissione della fibra e del cavo in rame. Per la fibra ottica, i dati vengono trasmessi modulando i segnali analogici in segnali ottici; quindi la luce viene guidata in base al principio della riflessione totale della luce. Segnali ottici diversi non interferiscono tra loro. Per quanto riguarda il cavo in rame, trasmette i dati facendo affidamento su segnali elettrici, e vi è interferenza tra i segnali elettrici. Ecco perché la fibra ottica ha un vantaggio in termini di velocità rispetto al cavo in rame.

Nell'applicazione pratica,  secondo lo standard IEEE 802.3bs, la fibra ha dimostrato di consentire Ethernet 200/400G. Tuttavia, il più recente cavo in rame Cat8 supporta solo 40GBASE-T a una distanza di trasmissione limitata di 30 metri.

Più sottile e più leggero

Rispetto ai cavi in rame, i cavi ottici hanno una dimensione del nucleo della fibra molto più piccola, il nucleo della fibra multimodale è di circa 50-62,5 μm, la fibra monomodale è ancora più piccola, fino a 9 μm, mentre il diametro di un cavo coassiale in rame standard arriva fino a circa 47mm. 

Inoltre, la differenza materiale tra il cavo in rame e il cavo in fibra ottica è anche un fattore fondamentale per il peso. La fibra ottica è realizzata in fibra di vetro, mentre il rame è fatto di metallo, facendo sì che la fibra sia più leggera del cavo in rame. Le caratteristiche di sottigliezza e leggerezza rendono la fibra più comoda e più facile da installare.

Forte capacità anti-interferenza

Il quarzo è il componente di base della fibra ottica, che trasmette solo la luce, non conduce elettricità né è influenzata dal campo elettromagnetico; pertanto, la fibra ottica offre una forte capacità di resistenza alle EMI (Electromagnetic Interference) e alle interferenze di alimentazione. Ed è proprio per questo che il segnale trasmesso nella fibra ottica non è facile da intercettare. Quindi i cavi ottici offrono vantaggi di stabilità e sicurezza rispetto ai cavi in rame.

Maggiore affidabilità

È noto che l'affidabilità di un sistema è essenziale per il numero di dispositivi che consultano il sistema. Più dispositivi ci sono, maggiore è la possibilità di guasto. Un sistema in fibra ottica è semplice, mentre un sistema con cavi in rame utilizza solitamente molti amplificatori. Inoltre, il sistema in fibra ottica offre anche il vantaggio di una lunga durata d'uso. Statisticamente parlando, un sistema in fibra consente un tempo di funzionamento senza guasti fino a mezzo milione di ore. Di conseguenza, la fibra ottica offre una maggiore affidabilità rispetto al filo di rame.

Svantaggi delle fibre ottiche rispetto al cavo in rame

Tuttavia, il filo di rame presenta vantaggi rispetto alla fibra ottica:

Bassa resistenza alla trazione

Il materiale del nucleo della fibra è la fibra di vetro, mentre il materiale del cavo in rame è il rame. La fibra di vetro è più fragile del rame; pertanto la resistenza alla trazione della fibra è inferiore a quella del cavo in rame. L'elevata resistenza alla trazione del cavo in rame è utile per prevenire l'allungamento e la rottura del cavo e quindi anche per prevenire guasti del sistema.

Processo di fusione complesso

La perdita della fibra è associata al processo di fusione della fibra. Due nuclei di fibra devono essere collegati con precisione. Poiché il nucleo della fibra è molto sottile e il punto di fusione del quarzo è elevato, è necessario disporre di dispositivi e tecnologie professionali per la fusione.

Il cavo in rame sarà sostituito dalla fibra? 

Nonostante il cavo in fibra ottica abbia molti vantaggi rispetto al filo di rame, il cavo in rame continua ad attirare il favore dei consumatori grazie alla sua convenienza economica in applicazioni specifiche, come i sistemi di cablaggio tradizionali degli edifici, LAN, PoE, applicazioni KVM. Nel complesso, penso che sia ancora lontano il momento in cui le fibre ottiche sostituiranno completamente i sistemi con filo di rame.

Tuttavia, la fibra è assolutamente preferita rispetto al cablaggio in rame quando sono richieste larghezza di banda elevata, lunghe distanze, alta velocità o immunità alle EMI.

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