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Was bedeutet "Wellenlänge" bei Glasfaser?
Daten werden innerhalb der Glasfasern optisch übertragen. Im Detail sind es Lichtsignale im Infrarotbereich, da die Glasfasern im Nahinfrarotbereich mit den Lichtsignalen am effizientesten arbeiten können und diverse Absorptionen und damit die Verschlechterung des Lichtsignals minimiert werden. Die Wellenlängen spielen eine große Rolle, denn durch negative Eigenschaften, wie die Dämpfung (Verlust) und Dispersion (Verzerrung) wird die letztlich wichtige Bandbreite ermöglicht.
Der Nahinfrarotbereich agiert in Sphären zwischen 800 und 1.700 nm. Kürzere Wellenlängen mit weniger als 800 nm eignen sich für die Glasfasern nicht, weil die Lichtsignale in diesen Fällen dazu neigen, stärker zu streuen. Innerhalb der Glasfasern wird das Lichtsignal mittels Totalreflexion immer weiter bis zum Ende weitergeleitet. Die jeweilige Länge der Wellenlängen wird durch Rayleigh-Streuung und/oder Absorption gedämpft. Bei niedrigen Dämpfungswerten von weniger als 0,2 dB pro Kilometer mit Wellenlängen bei 1.550 nm sind Datenübertragungen von mehreren 100 km ohne weitere Verstärkung realistisch. Bei stärkerer Dämpfung (3 dB pro Kilometer mit 850 nm) wird dieser Wert im schlimmsten Fall auf ein paar 100 Meter pro Glasfaser-Strecke gestutzt.
Was ist der Unterschied zwischen Multi-Mode und Single-Mode?
Bei der Glasfasertechnik gibt es eine weitere Untergliederung. Nämlich zwischen Multi-Mode- und Single-Mode-Fasern (kurz: MMF und SMF). Während bei Multi-Mode-Fasern Wellenlängen von verbreitet 850 nm zum Einsatz kommen, bieten diese Fasern keine hohe Reichweite und sind daher vornehmlich für lokale Netzwerke (LAN) gedacht. Mit einer 10-GBit/s-Verbindung mittels SFP+ sind mit dem OM4-Kabel bis zu 400 m möglich. Geht es dann in Richtung 25 GBit/s, ist ein SFP28-Modul erforderlich.
Im Gegenzug dazu agieren die Single-Mode-Fasern im deutlich höheren Wellenlängenbereich von 1.310 bis 1.550 nm und durch die sehr geringe Dämpfung verwenden die Provider Single-Mode-Fasern für mehrere Kilometer Kabellänge ohne zwischengeschalteten Verstärker. Im Regelfall werden OS2-Kabel verwendet und erlauben je nach Sendeleistung mit 1 bis 10 GBit/s eine Strecke zwischen 10 und 40 km.
Welche Glasfaser-Typen gibt es?
Sowohl für den Multi- als auch den Single-Mode gibt es unterschiedliche Glasfaser-Typen und jeweils aktuelle Standards, die eingesetzt werden. Für die lokale Netzwerk-Anbindung sind die Multi-Mode-OM4-Kabel sehr verbreitet und erste Wahl. Bis 10 GBit/s wird eine Reichweite bis 400 m erlaubt, bis 40 oder sogar 100 GBit/s sind es noch 150 m an Kabellänge, die bis dorthin einwandfrei funktionieren. Wird in Verbindung mit OM5-Kabeln auch das SWDM (Short Wavelength Division Multiplexing) verwendet, kann die Reichweite auf bis zu 400 m verstärkt werden.
| Glasfaser-Typ | Wellenlänge | Datenrate | Maximale Reichweite | Bemerkung |
|---|---|---|---|---|
| Multimode OM1 | 850 nm | 1 GBit/s | 275 bis 300 m | alter Standard |
| 850 nm | 10 GBit/s | 33 m | sehr begrenzt | |
| Multimode OM2 | 850 nm | 1 GBit/s | 550 m | |
| 850 nm | 10 GBit/s | 82 m | ||
| Multimode OM3 | 850 nm | 10 GBit/s | 300 m | Laser-optimiert |
| 850 nm | 40 / 100 GBit/s | 100 m | ||
| Multimode OM4 | 850 nm | 10 GBit/s | 400 m | besser als OM3 |
| 850 nm | 40 / 100 GBit/s | 150 m | sehr verbreitet | |
| Multimode OM5 | 850 – 953 nm | 40 / 100 GBit/s + SWDM | 150 bis 400 m (vom SWDM abhängig) | Für Shortwave WDM |
| Singlemode OS1 | 1.310 / 1.550 nm | 1 bis 10 GBit/s | 10 bis 40 km (Sendeleistung abhängig) | Indoor mit höherer Dämpfung |
| Singlemode OS2 | 1.310 / 1.550 nm | 10 GBit/s | 40 km | Outdoor-Standard |
| 1.550 nm | 40 / 100 GBit/s | 40 bis 80 km (mit starker Optik) | ||
| 1.550 nm | 100 bis 400 GBit/s | 40 bis 120 km (mit Coherent-Optik) | Moderne DWDM-Systeme | |
| 1.550 nm + EDFA- Verstärker | beliebig | bis 1.000+ km | Fernverbindungen |
Für den Outdoor-Einsatz hat sich das OS2-Kabel für den Single-Mode etabliert und ermöglicht ohne zusätzliche Verstärkung eine Strecke bis 40 km bei bis zu 10 GBit/s. Dadurch eignet sich dieses Kabel hervorragend für die Verlegung im Außenbereich aufseiten der Provider. Sollen 40 GBit/s oder auch 100 GBit/s über diese Leitung wandern, werden eine stärkere Optik und eine stärkere Sendeleistung benötigt. In diesem Fall können zwischen 40 und 80 km überbrückt werden.
Die höchsten Datenraten bei gleichzeitig sehr großer Reichweite werden mit einem OS2-Kabel und einem EDFA (Erbium-dotierter Faserverstärker) erzielt. Erbium selbst ist ein seltenes Erdmetall. Mit einem EDFA wird das Lichtsignal mit einem Laser verstärkt, der wiederum die Erbium-Ionen anregt, wodurch das optische Signal direkt verstärkt wird, ohne sie in elektrische Signale umwandeln zu müssen. Als Ergebnis erhält man eine Reichweite von mehr als 1.000 km bei beliebiger Datenrate. Diese Technik wird jedoch hauptsächlich bei (langen) Fernverbindungen eingesetzt.
Mit welcher Wellenlänge arbeiten die Glasfaser-Anschlüsse?
Sowohl bei AON und GPON wird für die Sende- und die Empfangsrichtung eine Wellenlänge von 1.310 nm verwendet und haben sich als optimal erwiesen. Bei XGS-PON-Anschlüssen (10 GBit/s) hingegen werden für das Senden von Daten 1.270 nm und für den Datenempfang 1.577 nm eingesetzt.
Speziell für AON und GPON sind die FRITZ!Box 5690 Pro, die FRITZ!Box 5690, die FRITZ!Box 5590 Fiber und die FRITZ!Box 5530 Fiber sehr gut auf beide Standards abgestimmt.
Welche Glasfaser-Topologien gibt es?
Generell gibt es Punkt zu Punkt (kurz: P2P) und Punkt zu Multipunkt (kurz: P2MP). P2P-Anschlüsse beschreibt die AON-Technik, bei der jeder Haushalte seine eigene Leitung zum Verteilerkasten erhält. Die Glasfaser-Leitung wird dabei direkt beim Netzbetreiber terminiert. Generell ergeben sich folgende Vor- und Nachteile dieser Glasfaser-Topologie:
Vorteile von P2P:
- Direkte Verbindung, Bandbreite wird nicht geteilt
- Robust, andere Geräte können die Leitung nicht stören
- Einfach einzurichten, Zero Touch ist möglich
Nachteile von P2P:
- Teu(r)er zu bauen
- Teu(r)er zu unterhalten (Strom für die aktiven Komponenten, jeder Anschluss hat eine eigene optische Verbindung
P2MP wird dagegen bei den GPON- und XGS-PON-Anschlüssen verwendet. Diese Topologie ist einfach und günstig zu bauen, ist auf der anderen Seite jedoch anfällig und ein Shared Medium (wie bei DOCSIS). Die Vor- und Nachteile in der Übersicht:
Vorteile von P2MP:
- Einfach zu bauen
- günstig zu bauen
- günstiger zu betreiben (Strom)
Nachteile von P2MP:
- Anfällig (sich falsch verhaltende Endgeräte können die Leitung stören)
- Shared Medium (alle Teiĺnehmer teilen sich die Bandbreite, wie bei DOCSIS)
- Kundenanschaltung komplizierter (Kunde kann nicht anhand der Leitung erkannt werden)
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