광섬유 vs 구리: 장점과 단점

광섬유란 무엇인가요?

광섬유는 광섬유 케이블 또는 fiber optics라고도 하며, 일반적으로 섬유 코어, 클래딩층, 버퍼, 재킷 및 광섬유 커넥터로 구성됩니다. 광섬유를 통해 전송되는 빛의 손실은 구리 케이블을 통해 전송되는 전기보다 훨씬 낮기 때문에, 광섬유 케이블은 일반적으로 장거리 전송에 사용됩니다.

광섬유 구조

광섬유 코어 - 유리 또는 플라스틱 소재로 만들어지며 빛을 유도하는 데 사용됩니다. 가장 일반적인 세 가지 광섬유 코어 크기는 직경 62.5 μm(멀티모드 광섬유 OM1, OM2), 직경 50 μm(OM3, OM4, OM5), 직경 9 μm(싱글모드 광섬유)입니다.

클래딩층 - 광섬유 코어를 더 낮은 굴절률의 유리 외피로 감쌉니다. 이는 유리 광섬유 코어의 표면 불규칙성으로 인한 손실을 줄이도록 설계되었습니다.

버퍼 - 섬유를 캡슐화하여 기계적 절연을 제공하고 물리적 손상으로부터 섬유를 보호합니다. 

재킷 - 광섬유 케이블의 가장 바깥층으로, 환경적 손상으로부터 광섬유를 보호합니다. 또한 다양한 색상의 재킷을 케이블 식별에 사용할 수 있습니다.

광섬유의 종류

광섬유에는 다중 모드 광섬유와 단일 모드 광섬유라는 두 가지 가장 일반적인 유형이 있습니다.

싱글모드 광섬유

단일 모드 광섬유, 이름에서 알 수 있듯이 단일 모드의 빛만 전달합니다. 9 μm의 매우 얇은 코어를 갖고 모드 분산의 제한을 받지 않는 단일 모드 광섬유는 빛이 광섬유를 통해 전송될 때 더 높은 충실도를 제공하여 다중 모드 광섬유보다 더 높은 대역폭을 제공합니다. 따라서 단일 모드 광섬유는 일반적으로 장거리 통신에 적용됩니다.

멀티모드 광섬유

단일 모드 광섬유와 달리, 다중 모드 광섬유는 50 μm 또는 62.5 μm의 더 두꺼운 섬유 코어로 수백 개의 광 모드를 지원합니다. 또한 단일 모드 광섬유와 달리 모드 분산의 제한을 받습니다. 따라서 다중 모드 광섬유는 단일 모드 광섬유에 비해 제한된 대역폭과 거리를 지원합니다. 대역폭과 지원 거리의 단점에도 불구하고, 다중 모드 광섬유는 코어 크기가 더 크고 LED와 같은 광원에 쉽게 연결되며 비용도 절감되는 장점이 있습니다. 이것이 다중 모드 광섬유가 단거리 통신에서 널리 사용되는 이유입니다.

단일 모드 광섬유와 다중 모드 광섬유의 광섬유 유형

구리 케이블 대비  광섬유의 장점

광섬유 케이블은 구리 케이블의 대역폭 및 거리 한계를 보완하기 위해 도입된 것으로 알려져 있습니다. 하지만 광섬유 케이블의 장점은 대역폭과 거리를 훨씬 넘어섭니다. 왜 광섬유가 구리보다 더 나을까요? 이 게시물에서는 광섬유 케이블의 이점을 자세히 설명합니다. 

무한 대역폭

대역폭은 데이터 센터의 엄격한 요구 사항입니다. 위에서 언급했듯이, 단일 모드 광섬유는 매우 작은 코어 크기로 인해 모달 분산의 제한을 받지 않으므로 단일 모드 광섬유의 대역폭은 이론적으로 무한합니다. 멀티모드 광섬유의 경우, 가장 널리 사용되는 OM3 다중 모드 광섬유 2000 MHz-km 이상의 대역폭 요구 사항이 있으며, OM4 멀티모드 광섬유 최소 4700 MHz-km가 필요합니다. 구리 케이블의 경우 최신 Cat8 구리 케이블은 2000 MHz-km의 대역폭을 지원합니다. 따라서 단일 모드 광섬유와 다중 모드 광섬유 모두 기존 구리 케이블보다 훨씬 더 우수한 대역폭을 제공합니다.

더 긴 거리

대역폭이 높을수록 거리가 더 길어집니다. 40/100 Ethernet의 경우 OM4 멀티모드 광케이블은 최대 150meters의 링크 길이를 지원하며, 싱글모드 광섬유는 80km 거리 통신도 가능하지만, Cat8 구리 케이블은 40GBase-T 표준에 따라 30 meters의 제한된 거리만 허용합니다. 그러나 데이터 센터의 대부분 백본 링크 거리는 30 meters를 초과하므로, 백본 링크에서는 광섬유가 기본적으로 구리 케이블을 대체했습니다.

더 빠른 속도

왜 광섬유는 구리 케이블보다 속도가 더 빠를까요? 이는 주로 광섬유와 구리 케이블의 전송 원리에 의해 결정됩니다. 광섬유의 경우, 아날로그 신호를 광 신호로 변조하여 데이터를 전송한 다음, 빛은 빛의 전반사 원리에 따라 유도됩니다. 서로 다른 광 신호는 서로 간섭하지 않습니다. 구리 케이블의 경우, 전기 신호에 의존해 데이터를 전송하며 전기 신호 간에 간섭이 발생합니다. 이것이 광섬유가 구리 케이블보다 속도 면에서 이점을 갖는 이유입니다.

실제 애플리케이션에서,  IEEE 802.3bs 표준에 따르면, 광섬유는 200/400G Ethernet을 가능하게 하는 것으로 입증되었습니다. 그러나 최신 Cat8 구리 케이블은 30미터의 제한된 전송 거리에서 40GBASE-T만 지원합니다.

더 얇고 더 가벼운 무게

구리 케이블과 비교하면, 광 케이블은 훨씬 더 작은 섬유 코어 크기를 가지며, 멀티모드 섬유 코어는 약 50~62.5 μm이고, 싱글모드 섬유는 최대 9 μm로 훨씬 더 작지만, 표준 동축 구리 케이블의 직경은 최대 약 47mm입니다. 

또한 구리 케이블과 광섬유 케이블 간의 재료 차이도 무게에 중요한 요인입니다. 광섬유는 유리섬유로 만들어지는 반면 구리는 금속으로 만들어지므로, 광섬유가 구리 케이블보다 더 가볍습니다. 얇고 가벼운 특성 덕분에 광섬유는 설치가 더 편리하고 쉽습니다.

강력한 간섭 방지 능력

석영은 광섬유의 기본 구성 요소로, 빛만 전송하고 전기를 전도하지 않으며 전자기장의 영향을 받지 않습니다. 따라서 광섬유는 EMI(전자기 간섭)와 전원 간섭에 대한 강력한 내성을 제공합니다. 이것이 바로 광섬유로 전송되는 신호가 도청되기 어려운 이유입니다. 따라서 광 케이블은 구리 케이블에 비해 안정성과 보안상의 이점을 가지고 있습니다.

더 높은 안정성

시스템의 신뢰성은 시스템을 참조하는 장치 수에 필수적이라는 것은 알려져 있습니다. 장치가 많을수록 장애 가능성이 커집니다. 광섬유 시스템은 단순한 반면, 구리 케이블 시스템은 일반적으로 많은 증폭기를 사용합니다. 또한 광섬유 시스템은 사용 수명이 길다는 장점도 있습니다. 통계적으로 말하면, 광섬유 시스템은 무고장 작동 시간을 최대 50만 시간까지 가능하게 합니다. 결과적으로 광섬유는 구리선보다 더 높은 신뢰성을 갖습니다.

구리 케이블 대비 광섬유의 단점

그럼에도 불구하고, 광섬유에 비해 구리선에는 다음과 같은 장점이 있습니다:

낮은 인장 강도

광섬유 코어의 재료는 유리섬유인 반면, 구리 케이블의 재료는 구리입니다. 유리섬유는 구리보다 더 취약하므로 광섬유의 인장 강도는 구리 케이블보다 낮습니다. 구리 케이블의 높은 인장 강도는 케이블의 늘어남과 파손을 방지하는 데 도움이 되며, 따라서 시스템 장애를 방지하는 데도 도움이 됩니다.

복합 융합 프로세스

광섬유 손실은 광섬유 융착 과정과 관련이 있습니다. 두 광섬유 코어를 정확하게 연결해야 합니다. 광섬유 코어는 매우 가늘고 석영의 녹는점은 높기 때문에 전문 융착 장비와 기술을 갖추어야 합니다.

구리 케이블은 광섬유로 대체될까요? 

광섬유 케이블은 구리선에 비해 많은 장점이 있지만, 구리 케이블은 기존 건물 배선 시스템, LAN, PoE, KVM 애플리케이션과 같은 특정 애플리케이션에서 비용 효율성으로 인해 여전히 소비자들의 선호를 받고 있습니다. 전반적으로, 광섬유가 구리선 시스템을 완전히 대체하기에는 아직 멀었다고 생각합니다.

그러나 높은 대역폭, 장거리, 고속 또는 EMI 내성이 필요한 경우에는 구리 케이블보다 광섬유가 절대적으로 선호됩니다.

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