Ich lese Computernetzwerke - Ein Systemansatz 5. Aufl. und ich bin auf die folgenden Statistiken für die Lichtgeschwindigkeit durch verschiedene Medien gestoßen:
Kupfer - 2,3 × 10 8 m / s
Faser - 2,0 × 10 8 m / s
Sind diese Zahlen also falsch oder gibt es einen anderen Grund zu erklären, warum Kupfer schlechter ist als Glasfaser? Hat Glasfaser eine bessere Bandbreite (pro Volumen) oder so?
Antworten:
Nein, die Zahlen stimmen (Seite 46). Wenn ich Ihre Frage umformulieren kann, lautet sie "Warum sollte ich Glasfaser verwenden, wenn die Ausbreitungsverzögerung schlechter ist als Kupfer?" Sie gehen davon aus, dass die Laufzeitverzögerung ein wichtiges Merkmal ist. Tatsächlich (wie Sie einige Seiten später sehen werden) ist dies selten der Fall.
Faser hat drei Eigenschaften, die Kupfer in vielen (aber nicht allen) Szenarien überlegen machen.
Höhere Bandbreite. Da Glasfasern Licht verwenden, können sie mit einer viel höheren Frequenz als elektrische Signale auf Kupferkabeln moduliert werden, wodurch Sie eine viel höhere Bandbreite erhalten. Auch die maximale Modulationsfrequenz auf Kupferdraht hängt stark von der Länge ab - Induktivität und Kapazität nehmen mit der Länge zu, wodurch die maximale Modulationsfrequenz verringert wird.
Längere Distanz. Licht über Glasfaser kann mit geringer Dämpfung mehrere zehn Kilometer zurücklegen, was es ideal für Fernverbindungen macht.
Weniger Störungen. Da die Faser Licht verwendet, ist sie unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen. Das macht es am besten für "laute" elektromagnetische Umgebungen. Außerdem leiten Glasfasern keinen Strom, sodass Geräte elektrisch isoliert werden können.
Faser hat aber auch Nachteile.
Glasfaserkabel sind zerbrechlicher als Draht. Wenn Sie es zu stark biegen, wird es brechen. Kupferdraht ist viel toleranter gegenüber Bewegungen und Biegungen.
Schwer zu beenden. Das Anbringen eines Steckverbinders an einem Glasfaserstrang erfordert Präzisionswerkzeuge, -techniken und -kenntnisse. Glasfaserkabel werden in der Regel von geschulten Fachleuten konfektioniert. Im Vergleich dazu können Sie ein Kupferkabel in Sekundenschnelle mit wenig oder gar keinem Training terminieren.
Ich möchte einen Vorteil mit Glasfaserverbindungen hinzufügen. Stellen Sie sich eine Verbindung zwischen zwei Gebäuden mit unterschiedlichem Erdpotential vor. Wenn Sie in dieser Situation Kupfer verwenden, kann dies zu einer Stromleckage und möglicherweise zu einer gefährlichen Situation führen. Dies ist bei Glasfasern nicht der Fall, da sie kein Leiter sind.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit wird oft als Geschwindigkeitsfaktor eines Mediums ausgedrückt - der Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit, die Sie erhalten.
Auf der physikalischen Seite wird das durch ein Medium gehende Licht durch das Medium in Abhängigkeit von seinem Brechungsindex verlangsamt. Faser hat das zusätzliche "Problem", dass der Kern einen etwas höheren Brechungsindex (optische Dichte) als der Mantel benötigt, um die Welle richtig zu leiten. Die effektive Ausbreitungsgeschwindigkeit ist die Lichtgeschwindigkeit geteilt durch den Brechungsindex, oder der Geschwindigkeitsfaktor ist der Kehrwert des Brechungsindex. Die meisten Fasern haben einen Geschwindigkeitsfaktor von oder nahe bei 0,67.
Kupfer ist etwas komplizierter. Die tatsächlichen Elektronen bewegen sich nicht wesentlich, es ist eher eine elektrische Welle (Feldschwankung), die durch das Kabel fließt - etwas vergleichbar mit Schall in Luft. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Welle hängt überraschenderweise nicht nur vom Leiter ab, sondern von der Kombination des Leiters und insbesondere des Isolators (seiner Permittivität ), da sich die Welle auch durch diesen ausbreiten muss. Die effektive Ausbreitungsgeschwindigkeit ist die Lichtgeschwindigkeit geteilt durch die Quadratwurzel der Permittivität.
Bei Kupfer ist ein Geschwindigkeitsfaktor von nahe 1,00 möglich, wenn Luft als Isolierung verwendet wird, wie bei speziellen Koaxialkabeln oder offenen Leiterkabeln. Kupfer-Netzwerkkabel reichen von 0,77 (RG-8 für alte 10BASE5) bis 0,585 (Cat-3 für 10BASE-T), wobei die gängigen Cat-5e und Cat-6 bei 0,65 (= langsamer als Glasfaser) liegen.
Wie bereits erwähnt, gibt es in der Praxis viele andere Faktoren, die zur effektiven Ausbreitungsverzögerung beitragen, z. Der Geschwindigkeitsfaktor ist normalerweise nicht kritisch.
Was die Faser "besser" betrifft - sie hat mit Sicherheit eine höhere Leistung, aber "besser" hängt von Ihren Anforderungen ab, einschließlich der Kosten.
Ich glaube, ein weiterer Grund, warum sich die Faser "langsamer" ausbreitet als Kupfer, ist, dass das Licht per definitionem entlang der Entfernung des Kabels über die Faser gebrochen wird. Der Austausch von Physikstapeln hat eine andere Sichtweise:
/physics/80043/how-fast-does-light-travel-through-a-fibre-optic-cable
Dies hängt von der Entfernung und der Anzahl der Transaktionen / Benutzer ab
Kupfer ist über kurze Entfernungen (unter 10 Metern) besser als Glasfaser, wenn der Bandbreitenbedarf derzeit unter 40 Gbit pro Sekunde liegt. Bei höheren Raten und Entfernungen steigt die Paketverlustrate recht schnell auf über 50%. Um dies zu korrigieren, sind Repeater erforderlich, die die Latenz und die Verbindungskosten schnell erhöhen.
Selbst ein Verlust von 10% führt dazu, dass mindestens 1% der Endbenutzer eine bis zu 10-fache Latenzerhöhung wahrnehmen.
Glasfaser ist besser als Kupfer, wenn die Bandbreite über 100 G und die Entfernung über 1 Kilometer liegt und die Anzahl der Benutzer pro Netzwerk 1.000 übersteigt.
Sowohl Glasfaser als auch Kupfer sind wesentlich kostengünstiger als drahtlose Netzwerke. In vielen Domänen zwischen Kupfer und Glasfaser ist drahtlos jedoch ein schnell einsetzbares, unzuverlässiges und sich ständig verschlechterndes Verbindungsmedium.
Jeder Mechanismus, der zum Erweitern der drahtlosen Bandbreite verwendet werden kann, kann fast immer zum sofortigen Erweitern der Kupfer- und Glasfaserbandbreite verwendet werden.