Что такое оптоволоконный интернет и в чем его отличие. Оптическое волокно и оптоволоконный интернет
Подавляющее большинство кабелей для медиацентров, компьютеров, аудио- и видеооборудования используют для коммуникации компонентов электрические сигналы. В этом случае как аналоговые, так и цифровые потоки переносятся от устройства к устройству в виде импульсов тока по проводникам. Исключение в классе соединителей аппаратуры - звуковой оптический кабель для телевизора.
История и суть технологии
Оптическая передача сигналов была темой для фантастов всего лишь несколько десятилетий назад. Возможность использовать на практике невероятную скорость и плотность данных, на которые способен свет, была заветной целью для пионеров связи. Ещё в 1840-х годах физики Даниэль Колладон и Жак Бабине продемонстрировали способность света к отражениям в струе воды, а в 1854 г. другой физик Джон Тиндаль доказал, что световой поток может быть изогнут вместе с носителем на примере падающей в резервуар воды из освещённой трубы.
В 1880 году Александр Белл запатентовал оптическую телефонную систему, назвав её фотофоном, однако ранее созданный им телефон оказался более практичным. Упорства изобретателя и его вдохновения идеей посылать сигналы через воздух оказалось недостаточно для популяризации устройства - атмосфера не пропускала свет так же надёжно, как провода - электричество.
В последующие десятилетия оптические сигналы использовались в некоторых частных случаях связи, например, при передаче сообщений между судами. Сам фотофон оказался невостребованным изобретением до открытий лазеров и прорыва в волоконно-оптических технологиях. Экспериментальная модель была пожертвована Беллом Смитсоновскому институту и пролежала там на полке до наших дней.
Бурное развитие оптоволоконных технологий пришлось на вторую половину XX века. В первых системах коммуникаций в качестве источника использовался лазер. Но уже в 1980-х годах исследователи разработали волоконно-оптический кабель на основе стекловолокна, способный передавать обычный световой сигнал на большие расстояния. С этого времени технология нашла практическое применение в телекоммуникационных системах. Большинство современных стандартов светопередачи по волокну предполагают следующие основные этапы транспортировки информации:
- создание оптического сигнала из электрического;
- ретрансляция сигнала по волокну с сохранением его силы и без искажений;
- приём оптического сигнала;
- преобразование его в электрический.
Наиболее часто используемые передатчики - полупроводниковые устройства (светодиоды), оптимально работающие в необходимом частотном диапазоне модуляции. Приёмником служит фотодетектор в комбинации с усилителем для восстановления ослабленного или искажённого сигнала. Сам волоконно-оптический провод состоит из следующих компонентов:
- Сердцевина. Изготовлена из материала с крайне низким коэффициентом преломления.
- Оболочка. Зеркальное покрытие, обеспечивающее полное внутреннее отражение.
Одна из особенностей световых проводов - сложность соединения в месте разреза. Подобные процедуры требуют специального оборудования и микронной точности. Поэтому для бытового применения используются только готовые кабели кратной длины.
Стандарт TOSHIBA
Стандарт интерфейса Toshiba-link, или TOSLINK, был введён в 1983 году известным японским концерном и первоначально предназначался для использования в комплекте с фирменными проигрывателями компакт-дисков. Оптические сигналы, передаваемые по этому порту, имели такую же форму, как и электрические, лишь с той разницей, что в TOSLINK использовались для передачи импульсы красного света. Лазер не применялся в качестве источника, вместо него работал простой и недорогой LED. Заявленное надёжное расстояние передачи ограничивалось десятью метрами, но на практике не превышало пяти.
Момент появления Toshiba-link совпал с началом эпохи домашних кинотеатров, что и обусловило его присутствие на аудио- и видеокомпонентах бытовых систем в качестве интерфейса для передачи цифровых данных с помощью света. Поскольку в TOSLINK для транспортировки информационного потока использовался только оптоволоконный кабель, такая коммутация в сравнении с электрической обладала некоторыми несомненными преимуществами:
- нечувствительностью к электромагнитным помехам;
- отсутствием собственного электромагнитного излучения;
- возможностью обеспечить полную гальваническую развязку между оборудованием.
Все эти качества имеют большое значение для звуковоспроизводящей аппаратуры, конструкторы которой немало сил тратят на борьбу с помехами и наводками при коммутации блоков между собой. Для многих меломанов появление такого интерфейса открыло новые возможности в построении собственных систем.
Со временем присутствие этого типа оптического соединения стало почти стандартом для телевизоров, ресиверов, DVD-проигрывателей, усилителей, компьютерных звуковых карт и даже игровых консолей. Основное назначение TOSLINK в бытовой аппаратуре - обеспечить возможность без потерь обрабатывать объёмный стерео- и многоканальный звук в таких форматах, как DTS или Dolby Digital.
Сравнение с HDMI
Есть немало способов подключения звука телевизора через домашний кинотеатр, обеспечивающих полноценный результат. Наиболее популярный метод - коммутация через HDMI. Таким способом можно передавать как аудио-, так и видеосигнал. Этот интерфейс вытеснил на вторые роли оптоволокно прежде всего потому, что TOSLINK способен нести только аудиоданные и требует отдельной коммутации с помощью компонентных или композитных кабелей для передачи видеосигнала. Это не единственный недостаток оптического соединения.
Кроме преимуществ в универсальности, HDMI обладает сравнительно более высокой пропускной способностью. Для TOSLINK новые формы объёмного звука, например, Dolby Thrue HD и DTS-HD, находятся за пределами передачи без искажений.
Несмотря на то что стандарту более тридцати лет, он до сих пор является актуальным интерфейсом. Оптический кабель по-прежнему привлекателен для коммутации до 7.1 каналов аудио высокого разрешения. Для большинства потребительских инсталляций разница при использовании HDMI или TOSLINK не будет заметной.
Одна из наиболее распространённых причин применения светового соединения - наличие большого парка старых ресиверов высокого качества с оптическим входом на борту. Для любителей хорошего звука их замена на новые не имеет смысла. Кроме того, подавляющее большинство наборов HDTV, Blu-Ray плееров и игровых консолей до сих пор оснащаются оптическим портом.
Одна из причин помех в телевизионном и радиооборудовании - некачественно работающее заземление или его отсутствие. Это может вызвать гул в акустических системах или даже привести к повреждению оборудования. В таких случаях полностью устранить раздражающие искажения можно, изолировав устройства друг от друга с помощью оптического кабеля вместо привычного HDMI.
Современные технологии позволили TOSLINK достичь предела своей производительности. Он эволюционировал благодаря чистоте оптического проводника, прозрачности линз и гибкости без потери сигнала.
Оптимизация этих трёх параметров привела к отсутствию слышимой разницы в сравнении с коаксиальным соединением, поэтому, несмотря на универсальность HDMI, скромный оптический кабель для телевизора и домашнего кинотеатра не потерял своего значения.
Критерии выбора при покупке
Прежде всего необходимо убедиться, что планируемые к соединению устройства оснащены разъёмами, предназначенными для передачи оптических сигналов. Это легко узнаваемый трапециевидный порт с заглушкой, который, как правило, сопровождается надписью OPTICAL AUDIO, TOSLINK или Digital Audio Out (Optical). Если устройство включено, он сразу привлекает к себе внимание слабым красным свечением вокруг заглушки порта.
Для оптоволокна нет такого заметного различия в результатах в зависимости от бренда или конструкции, как для аналоговых соединительных кабелей. В этом смысле они сходны с другими цифровыми интерфейсами. В любом случае при выборе оптического кабеля нужно обратить внимание на следующее:
Кроме того, качественный кабель должен быть сделан из множества волокон маленького диаметра. Изделия из монопровода толщиной свыше 200 мкм больше подвержены ослаблениям отражённого сигнала, чем мультиволоконные сборки.
Очень важно обратить при покупке на состояние кабеля и признаки того, что он подвергался изгибу или чрезмерному скручиванию во время хранения или транспортировки. Подобные повреждения однозначно приводят к искажениям передаваемого сигнала или полной потере работоспособности.
Подключение к кинотеатру
Прежде всего нужно помнить о том, что оптические аудиокабели - это не обычные металлические проводники, прощающие неделикатное обращение с собой. Оптоволоконные соединители ни в коем случае нельзя сгибать, прилагая усилия, и всегда следует иметь в виду их чувствительность к ударам. Само подключение TOSLINK к телевизору - простая процедура, не требующая каких-либо инструментов или технических знаний. Рекомендуемая последовательность действий:
Следует иметь в виду, что, если используемые в кинотеатре акустические системы или усилитель недостаточно качественные, даже самый дорогой оптический кабель не способен улучшить звук. В подобных случаях не стоит тратиться на оптоволоконное соединение, а лучше поэкспериментировать с другими способами коммутации.
Хорошие кабели могут проявить себя только в наборе с аппаратурой соответствующего класса. Современный TOSLINK способен справиться с очень сложными задачами. Производственные процессы и возможности обработки материалов в XXI веке вышли на уровень, недостижимый для того времени, когда способность передавать аудиоданные световым потоком в бытовой технике вызывала восхищение. Кварц высокого качества, мультиволоконные проводники, низкая апертура геометрии сердцевины, большая гибкость в сочетании с малыми потерями - эти достижения позволяют обеспечить безупречную передачу даже самых сложных многоканальных звуковых дорожек.
Скоростной интернет, цифровое телевидение, мобильная связь возможны благодаря тонким стеклянным нитям, тянущимся по морскому дну между континентами. Если бы не оптоволокно, вы бы вряд ли читали эти строки.
Принципиальные основы этой технологии описаны еще в середине XIX века. Тогда в роли проводника сигнала пытались использовать воду – безуспешно. Подходящие для реализации смелой идеи материалы были разработаны только через сто с лишним лет.
Проводник для света
В обычном проводе сигнал передается по медной жиле. Информацию переносит поток электронов – электрический ток. Данные передаются зашифрованными в двоичном коде. Если импульс проходит – это обозначает единицу, не проходит – ноль.
В оптоволоконной линии связи принцип кодировки тот же, но информацию переносят фотоны или световые волны, точнее, и то, и другое одновременно. Ученые так долго спорили о природе света, что в конце концов объединили несовместимые теории. Но не нужно понимать квантово-волновой дуализм, чтобы разобраться, как свет используют для передачи информации в телекоммуникационных сетях.
Достаточно понять, как заставить свет течь по проводам на протяжении километров.
Первое, что приходит в голову, – зеркала. Сделайте металлическую трубку и покройте изнутри гладким слоем, например, из серебра.
Свет, попав внутрь с одной стороны, будет отражаться от стенок, пока не достигнет выхода с другой стороны. Неплохая идея, но она не будет работать.
Во-первых, изготовление такой трубки нужной длины – чрезвычайно сложная, а значит и дорогая задача.
Во-вторых, коэффициент отражения серебра – 99%, то есть попавший в трубку свет будет терять энергию и уже через 100 отражений совершенно погаснет.
Гораздо лучше обойтись и без зеркал. Как это сделать, подскажут основы геометрической оптики, заложенные в XIX веке.
Основную идею легко продемонстрировать на примере аквариума. Луч света от источника под водой проходит через границу воды и воздуха – двух сред с разными оптическими свойствами – и частично меняет направление движения, а частично отражается от границы двух сред как от зеркала.
Если угол падения луча уменьшать, в определенный момент свет перестанет выходить из воды вовсе и будет отражаться полностью, на 100%. Граница двух сред работает лучше всякого зеркала.
Как выяснилось, чтобы создать такую границу, вода не нужна. Подойдут любые два материала, по-разному пропускающие свет – имеющие разные коэффициенты преломления. Даже разницы в 1% достаточно для создания световода.
Стеклянные провода
В светильниках и игрушках световоды делают из пластмасс, но, чтобы получить пригодное для связи оптоволокно, необходимы более дорогие и более прозрачные материалы.
Ученые приспособили для этой цели кварцевое стекло. Сердцевину заготовки для оптоволокна чаще всего делают из чистого диоксида кремния. Внешний слой также создают из кварца, но с примесью бора или германия для снижения коэффициента преломления.
Раньше, чтобы получить такую заготовку, просто вставляли две стеклянные трубки друг в друга, но сегодня чаще поступают иначе. Полые трубки из чистого кварца наполняют смесью газов с высоким содержанием германия и медленно нагревают до тех пор, пока германий не осядет равномерным слоем на внутреннюю поверхность.
После того как на кварцевом стекле нарастет достаточно толстый слой оксида германия, трубу нагревают до размягчения и вытягивают до тех пор, пока полость внутри не схлопывается.
Так получается стержень диаметром от 1 до 10 сантиметров и длиной приблизительно 1 метр, уже содержащий в сердцевине кварц с добавкой германия, имеющий повышенный показатель преломления и оболочку из чистого кварца вокруг.
Такую заготовку доставляют на вершину башни высотой до нескольких десятков метров. Там нижнюю часть заготовки вновь нагревают до полутора тысяч градусов — почти что до точки плавления, и вытягивают из нее тончайшую нить. По пути вниз стекло остывает и окунается в ванну с полимером, который формирует на поверхности кварца защитный слой. Таким методом из одной заготовки получается до 100 км стекловолокна. У основания башни остывшее волокно наматывается на бобину.
Да, именно наматывается: как ни странно, кварцевое волокно легко гнется.
Получившиеся волокна собираются в пучки по несколько штук и запаиваются в полиэтилен. Затем из этих пучков сплетаются кабели.
В каждом кабеле может быть от двух-трех и до нескольких сотен световодов. Снаружи они для прочности оплетаются полимерной нитью и получают еще одну защитную оболочку из полиэтилена.
Преимущества и недостатки оптоволокна
Все эти сложности оправданы потому, что свет – самое быстрое, что есть во Вселенной.
Благодаря этому свойству света оптоволокно обладает непревзойденной информационной емкостью. Витая пара, подобная телефонной линии, или коаксиальный кабель, проводник с экраном, пропускают 100 мегабит в секунду.
Самый распространенный для компьютерных сетей восьмижильный кабель из 4 скрученных пар пропускает до 1000 мегабит в секунду. Оптоволокно по одной жиле — в три раза больше, до 3000 мегабит в секунду, а при помощи различных экспериментальных ухищрений можно преодолеть и этот порог.
К тому же оптоволокно значительно легче меди. При толщине 9 микрон – тоньше человеческого волоса – нить из кварца длиной 100 км весит около 15 г.
Практически все современные магистральные линии передачи данных проложены из оптоволоконных кабелей. Они связывают континенты, страны и дата-центры.
В крупных городах «оптика» используется и при подключении многоквартирных домов к мировой сети, но волокно прокладывается между провайдером и домом, а по квартирам разводится обычная витая пара.
При такой схеме подключения максимальная скорость доступа к сети для абонента по-прежнему не превышает 100 Мбит/с. Для сравнения, проведя оптический кабель прямо в квартиру, можно получить канал в 1 Гбит/с, и все же потребитель редко сталкивается с оптоволоконным Интернетом.
Дело не только в том, что оптоволокно дорого в производстве. Проложить кабель – это лишь начало. Сигналы, идущие по линии связи, с расстоянием накапливают ошибки и в конце концов вовсе затухают. У витой пары это происходит через 1 км, у коаксиального кабеля примерно через 5 км. После сигнал приходится восстанавливать и усиливать – регенерировать.
У оптоволокна дистанция регенерации в разы больше, но, каким бы чистым ни было кварцевое стекло, в нем остаются примеси, например, миллионные доли процентов воды.
Длина волокна может составлять сотни тысяч километров, но через 100–200 км затухание оптического сигнала все же себя проявляет.
Поэтому на линиях оптоволоконной связи устанавливаются промежуточные усилители, которые восстанавливают амплитуду оптического сигнала, и регенераторы, удаляющие помехи. Такое оборудование значительно более дорогое, чем усилители на традиционных линиях связи, и требует квалифицированного обслуживания.
Но главное, на данный момент гигабитные каналы связи мало востребованы обычными людьми. Возможно, с появлением умных домов, носимых компьютеров, распространением стриминга видео в сверхвысоком разрешении потребность в них возрастет, но пока скорости, предоставляемой витой парой, среднему потребителю вполне достаточно.
Даже не соприкасаясь с этой технологией напрямую, каждый из нас пользуется ее преимуществами. Стабильность подключения, малая задержка прохождения сигнала до самых удаленных серверов и высокая скорость получения ответа от них, возможность снять деньги в любом банкомате и совершить звонок в любую страну мира – все это заслуга оптоволокна, и конкурентов у него нет и в проекте.
Если вы пытаетесь разобраться что это такое оптоволокно, то точно попали по адресу!
Многие пользователи интернета используют оптоволоконный провод для соединения с интернетом.
Однако, практически никто не знает, что это такое оптоволокно, что оно из себя представляет и каким образом передает информацию?
Оптическое волокно – это самый быстрый в мире способ передачи данных по сети интернет.
Оптический кабель имеет особую структуру: он состоит из небольших тоненьких проводков, которые отгорожены друг от друга специальным покрытием.
Каждый проводок передает свет, а свет, в свою очередь, передает данные по сети.
Рассмотрим подробнее, как подключить интернет и настроить его работу самостоятельно.
Прежде всего, убедитесь, что оптоволокно подведено к вашему дому. Далее закажите услугу подключение к сети.
Также терминал оснащен дополнительными двумя гнездами для соединения аналогового домашнего телефона и еще несколько гнезд нужны для подключения телевидения от Ростелекома.
После подключения всех компонентов следует проверить подключения к интернету на вашем компьютере:
- Зайдите в командную строку от имени администратора . Для этого нажмите правой клавишей манипулятора на значке Windows выберите необходимый пункт;
На сегодняшний день оптический аудио-кабель - один из самых современных, а также надежных способов для По оптоволокну передача данных производится с использованием света. Как всем известно, свет - одно из самых быстрых в мире явлений, поэтому стоит понять, что же представляет собой такой кабель, как он работает и для чего нужен.
Свет является электромагнитной волной высокой частоты. Если он проходит через оптическое волокно, то одновременно может нести очень большое При этом такой способ передачи стабилен и имеет высокую помехоустойчивость к электромагнитному излучению. При прохождении через световод световая волна затухает - это зависит от прозрачности, а также других свойств, которыми обладает оптоволокно, в частности оптический аудио-кабель.
Давайте посмотрим подробнее на примере оптического кабеля DAXX R07. Создан он из стеклянных волокон, у которых высокий уровень прозрачности. Также он обладает низким коэффициентом дисперсии, что обеспечивает стабильный поток данных и высокую скорость распространения света. Благодаря этим свойствам, оптический аудио-кабель R07 в семействе межблочников считается одним из лучших, поэтому отлично подходит для домашних кинотеатров high-end класса.
Стеклянную фибру этого кабеля составляют 280 тонких волокон. Толщина одного волокна 53 микрон. Каждое волокно лакировано специальным отражающим слоем, у которого высокий индекс рефракции - это способствует формированию плавного потока света с минимально возможным затуханием. Такая конструкция обеспечивает высокую стабильность при передаче большого объема данных, именно поэтому для сигналов аудио, оптический кабель R07 является одним из самых лучших.
Для защиты от механических повреждений многожильное волокно заливается специальным буфером, а для максимальной гибкости всей конструкции используется двойной слой поливинилхлорида. От чрезмерных изгибов кабель предохраняет наружный нейлоновый экран. Металлические коннекторы обеспечивают долговечность применения.
Перед электрическим коаксиальным кабелем оптический аудио-кабель имеет ряд преимуществ:
Оптика обладает способностью передавать большие объемы цифровой информации;
С помощью оптоволокна можно сделать между двумя компонентами развязку по «земле». В особенности это актуально, когда системный блок компьютера подключается к ресиверу.
Качественный оптоволоконный кабель стоит недешево. Также дорого обойдется его реализация (до $40-50). При бюджетном оборудовании трудно пользоваться преимуществами «оптики», поэтому очень часто вместо оптического кабеля пользователи выбирают более дешевый коаксиальный цифровой кабель.
Нередко у специалистов спрашивают, нужно ли покупать дорогостоящий кабель, ведь большая часть оснащается только оптическим цифровым выходом? Так вот, дорогой кабель не особо нужен. В спутниковом телевидении качество звука не самое высокое (цифровой поток аудиоданных имеет невысокий битрейт), поэтому для этих целей оптический аудио-кабель купить можно самый простой, который стоит примерно 10-12 долларов.
И нтернет по оптоволоконному кабелю является последним изменением способа передачи данных по всему миру. Это намного быстрее, чем обычный кабель, быстрее, чем dial-up, и может переносить большие объемы данных, часто довольно легко достигая нескольких терабайтов передачи данных.
До оптоволокна: DSL и кабель
Цифровая абонентская линия (DSL) использовала существующие телефонные линии для передачи данных, которые обычно делались из меди. DSL медленный, старый, и по большей части был поэтапно отменен в пользу кабеля, но он остается в некоторых сельских районах. Средняя скорость для DSL составляет около 2 Мбит/с.
Кабельный интернет использует коаксиальный кабель, также изготовленный из меди, и, как правило, поставляется с такими же кабелями, которые используются для управления телевизионной сетью. Вот почему многие интернет-провайдеры предлагают в комплекте планы с подпиской на телевидение и доступом в Интернет. Средняя скорость для кабеля варьируется, но колеблется от 20 Мбит/с до 100 Мбит/с.
Оптоволокно
Волоконно-оптические кабели используют небольшие стеклянные волокна для передачи данных с использованием импульсов света. Свет распространяется так же, как и электричество через медный провод, но преимущество заключается в том, что волоконные кабели могут одновременно передавать сразу несколько сигналов. Они невероятно малы, поэтому их часто объединяют в более крупные кабели под названием «волоконно-оптические магистральные кабели», каждая из которых содержит несколько волоконных линий. Волоконные кабели содержат огромное количество данных, а средняя скорость, которую Вы увидите у себя дома, составляет около 1 Гбит/с (часто называемый «гигабитный интернет»).
Волоконные магистральные кабели образуют основную часть современного Интернета, и Вы увидите их преимущества, даже если у Вас нет «волоконного интернета». Это связано с тем, что точки обмена через Интернет (IXP) — коммутационные и маршрутизационные станции которые соединяют Ваш дом с остальной частью мира — используют волоконно-оптические магистральные линии для подключения к другим IXP.
Но когда придет время соединить все дома в городе с Вашим местным IXP (термин, который обычно называют «последней милей»), Ваш провайдер обычно будет использовать традиционный коаксиальный кабель для Вашего дома. Этот вариант становится узким местом для Вашей интернет-скорости. Когда кто-то говорит, что у них есть «оптоволоконный интернет», они имеют в виду, что подключение из их дома к IXP также использует волокно, исключая ограничение скорости медного кабеля.
Ограничения оптоволокна
Есть причина, по которой оптоволоконный интернет не является общедоступным. Волокно намного дороже для запуска и не оправдывает затраты, когда кабельные линии часто уже доступны. Для большинства людей скорость 20-100 Мбит/с, которую они получают на кабеле, достаточна, так как большинство загрузок из Интернета в любом случае не превысят этого соединения.
И хотя волокно, безусловно, лучше, чем медь, Вы не увидите увеличения фактической скорости загрузки из-за ограничений на сервере, с которого Вы загружаете. Такое приложение, как Steam, загружающее игру на 10 ГБ, похоже, потребуется всего несколько секунд на волоконно-оптическом соединении 1000 Мбит/с, но на самом деле Вы получите максимальную скорость 50 Мбит/с от серверов Steam.
