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前言
虽然 Layer 1 物理层 (Physical Layer) 并不是考试范围，但作为网络工程师总不能对网络线不闻不问。线材是一个十分有趣的课题，主要分为 Copper Cable (铜线) 和 Fiber Cable (光纤线)，本篇主要介绍光纤线的构造和标准。光纤线比铜线优胜的地方是不会受电磁场影响，传输距离较远，而且线材较幼及柔软而方便布线。
光纤线的构造
由於光是直线行走的，而光纤线不可能保持平直，布线时必然会被弯曲，因此要把光传送到目的地需要利用反射原理，让光在弯湾曲曲的光纤中靠着反射前进。可能大家还隐约记得，在中学物理课程中学过，只要知道两种物质的折射率 (Refractive Index)，便可计算出全反射 (Total Internal Reflection) 的角度。所以，要用光纤传送光，需要两种折射率不同的物质，让光在光纤线中发生全反射。
光纤主要由三部份组成：纤芯 (Core)丶包层 (Cladding) 及外层 (Coating)。
纤芯 (Core)
纤芯是反射率较大的物质，光就在这条通道中前进。直径只有 8 至 62.5 µm，大约等於人类头发的直径。
包层 (Cladding)
包层是反射率较细的物质，作用是把光反射。直径一般是 125 µm。
外层 (Coating / Jacket)
外层为脆弱的光纤提供保护，而不同的光纤类型会使用不同颜色的外层以作分辨。
在光纤线的外层上可以看到两组数字，以下图为例 50/125 的意思是纤芯直径 50 µm，而包层直经为 125 µm。
Multi-mode (多模) vs Single Mode (单模)
Multi-mode Fiber (MMF) 的 Core 直径较宽阔，可同时容纳多条光束以不同角度前进，MMF 价格会比较便宜，然而，由於多条光束互相影响造成衰减，只能适合较短的传输距离 (少於 2 公里)。
Single Mode Fiber (SMF) 的 Core 直径则较细，只容许一条光束前进，传输距离较 Multi-mode 远得多 (10 公里)。
传输距离与波长 (Wavelength)
虽然光不会受电磁场影响，但会因为在光纤线中不断反射而衰减，这种衰减会使光纤所能够支援的频宽下降。一条光纤线所能提供的频宽受以下 3 方面影响：
传输距离
光纤传送距离越短，讯号的衰减越少，所能提供的频宽就越高。
波长 (Wavelength)
基於光的特性，波长越大，讯号衰减就越少，频宽因而增加。波长的单位是 nm，在 Multi-mode Fiber 中一般会使用波长 850 nm 至 1300 nm，而 Single Mode 则使用波长 1310 nm 至 1550 nm。然而世上没有免费午餐，能发出较大波长讯号的设备会比较昂贵。
讯号源
讯号源即是发出光讯号的光源是 LED (Light-emitting Diode 发光二极管) 还是 VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser 镭射)。由於 VCSEL 的闪动频率比 LED 高，在相同的时间下能够发出更多的讯号，因而支缓较高频宽。LED 能支缓最多 40 Gbps，而 VCSEL 能支缓至 100 Gbps。但需留意规格较高的光纤线 (OM3丶OM4丶OS1丶OS2) 才能支缓 VCSEL，同样道理，支缓 VCSEL 的线材和设备价格都会比较高。
光纤线种类
现在说说光纤线的种类。根据 TIA/EIA ((Telecommunications Industry Association and Electronic Industries Association)) 订立的标准，Multi-mode 分为 OM1丶OM2丶OM3 及 OM4。数字越大则防止衰减技术越高，代表频宽及传输距离都越大。
| 分类 | 外层颜色 | 直径 (Core/Cladding) | 波长 850 nm 最大传输距离 (公尺) | 波长 1300 nm 最大传输距离 (公尺) [配合 Single Mode Module 及 Mode Conditioning Cable] |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1Gbps | 10Gbps | 40Gbps | 100Gbps | 1Gbps | 10Gbps | 40Gbps | 100Gbps | |||
| OM1 | █ 橙色 | 62.5/125 µm | 220 | 32 | 不支缓 | 不支缓 | 550 | 不支缓 | 不支缓 | 不支缓 |
| OM2 | █ 橙色 | 50/125 µm | 550 | 82 | 不支缓 | 不支缓 | 550 | 82 | 不支缓 | 不支缓 |
| OM3 | █ 水蓝色 | 50/125 µm | 550 | 300 | 100 | 100 | 1000 | 300 | 不支缓 | 不支缓 |
| OM4 | █ 水蓝色 | 50/125 µm | 550 | 400 | 150 | 150 | 1000 | 550 | 不支缓 | 不支缓 |
| OM5 | █ 柠檬绿 | 50/125 µm | 550 | 300 | 400 | 400 | 1000 | 550 | 不支缓 | 不支缓 |
而 Single Mode 则有 OS1 及 OS2 两款，两款线材的传输距离是相约的，两者的分别是 OS2 采用了 Loose-tube (松管) 技术增强防水，特别适合室外使用，价格当然较贵。
| 分类 | 外层颜色 | 直径 (Core/Cladding) | 波长 1310 nm 最大传输距离 (公里) | 波长 1550 nm 最大传输距离 (公里) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1Gbps | 10Gbps | 40Gbps | 100Gbps | 1Gbps | 10Gbps | 40Gbps | 100Gbps | |||
| OS1 | █ 黄色 | 9/125 µm | 5 | 5 | 10 | 10 | 不支缓 | 40 | 40 | 40 |
| OS2 | █ 黄色 | 9/125 µm | 5 | 5 | 10 | 10 | 不支缓 | 40 | 40 | 40 |
接头 (Connector)
除了线材之外，光纤线接头亦有多款选择。
SC (Square Connector / Subscriber Connector)
在香港称为「大头」或者「方头」，是比较旧款的接头，在旧式的网络设备较为常见。
LC (Little Connector / Lucent Connector)
在香港称为「细头」，是常见的接头，比 SC 优胜的地方是比较小，这样网络设备上的界面也可以造得较小。
FC (Fiber Channel / Ferrule Connector)
又称为「大圆头」，好像比较少见，由於是扭镙丝的设计，会比较稳固。
ST (Straight Tip)
又称为「细圆头」，在 Fiber Patch Panel 会比较常用。
MTP (Multifiber Termination Push-on)
一个接头可以连接 24 条光纤线，适合在需要大量线材的环境下使用。
GBIC / SFP
接头种类太多选择造成一个头痛的问题，网络设备应提供那款界面呢？解决方法是把界面分拆出来变成界面咭，不内建在机器上。用家便可按自己的需要购买合适的界面咭，以下为大家介绍两款比较常见的界面。
GBIC
GBIC (Giga Bitrate Interface Converter)，只要把 GBIC 插进网络设备的插槽中就可把电信号转换成光信号，通常配合 SC 接头使用。
SFP
而 SFP (Small Form Pluggable) 则是缩小版的 GBIC，尺吋较细，故又称为 Mini-GBIC。 功能与 GBIC 相同，但接头则改为 LC。
Module 型号对应
使用 Single Mode Fiber 和 Multi-mode Fiber 分别要使用相对应的 Module (GBIC / SFP)，另外还有一款可转换成 Copper Cable 的 Module，现整理并於下表列出。
| 标准 | 线材类型 | GBIC | SFP | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 1000BASE-SX | Multi-mode Fiber | WS-G5484 | GLC-SX-MM | |
| GLC-SX-MMD (DOM) | DOM 昰 Digital Optical Monitoring，可支缓查看 Module 的即时读数 | |||
| 1000BASE-LX/LH | Single Mode Fiber | WS-G5486 | GLC-LH-SM | |
| 1000BASE-T | 转换成 RJ-45 接头，可使用铜制网络线 | WS-G5483 | GLC-TE | 一般数据中心或办工室环境用这款便可以 |
| SFP-GE-T | 适合恶劣环境使用 |
Mode Conditioning Patch Cable
由於 Single Mode Fiber 价格较高，如非达到公里以上的距离，都尽量使用 Multi-mode Fiber。但 Multi-mode Fiber 距离有限，如想突破 Mutli-mode 的距离限制，还有一个秘技。就是把 Multi-mode Fiber 配合 Single Mode Module 使用。以 OM1 传输 1G 频宽为例，用 Single Mode Fiber Module 可把距离由 220 公尺提升至 550 公尺。但需配合一款名为 Mode Conditioning Patch Cable 把 Single Mode Signal 转换成 Multi-mode Signal。
光纤界面读数
用 show interfaces <int> transceiver 可以看到界面读数，特别留意 Tx Power 和 Rx Power，Tx Power 应为 -10dBm 以上，而 Rx Power 应为 -17dBm 以上，如低於此值代表光讯号太弱，可能是光纤线受损，如低於 -30dBm 的话其实已经接收不到讯号了。
SW#show interfaces gigabitEthernet 1/0/1 transceiver
ITU Channel not available (Wavelength not available),
Transceiver is internally calibrated.
If device is externally calibrated, only calibrated values are printed.
++ : high alarm, + : high warning, - : low warning, -- : low alarm.
NA or N/A: not applicable, Tx: transmit, Rx: receive.
mA: milliamperes, dBm: decibels (milliwatts).
Optical Optical
Temperature Voltage Current Tx Power Rx Power
Port (Celsius) (Volts) (mA) (dBm) (dBm)
--------- ----------- ------- -------- -------- --------
Gi1/0/1 38.7 3.29 6.1 -5.1 -4.4
如出现以下讯息则代表 GBIC / SFP 并不支缓 Monitoring，无法读取读数。
SW#show interfaces gigabitEthernet 1/0/2 transceiver Diagnostic Monitoring is not implemented.
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Jan Ho 2021-07-22
Posted In: Layer 1 网络技术, menu-tall-2-zh-hans
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