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La fibra

Oggi la parola “fibra” la ritroviamo molte volte al giorno in pubblicità per l’accesso ad internet. In realtà nella maggior parte dei casi è usata impropriamente perché nella nostra azienda o abitazione non verrà mai nessuno a collegarci una fibra, ma il “solito” doppino di rame (FFTC Fiber to the cabinet). È però altresì vero che a poca distanza questo cavo verrà convertito in fibra ottica per ottenere maggiori prestazioni nel trasferimento dei dati verso o da un servizio esterno (pagine web, tv in streaming, telefonia voip e molto altro). Solo pochi di noi avranno a casa un vero e proprio cavo in fibra ottica (FTTH Fiber to the home).

Ma che cosa è questo cavo? In modo molto semplice e conciso è un tubicino di vetro (core) dove corre rimbalzando sulle pareti un fascio di luce. Questo tubicino poi viene ricoperto da uno strato di materiale (cladding) molto importante per migliorare la trasmissione del segnale; esistono poi altri possibili rivestimenti e per ultimo troviamo anche armature o protezioni anti roditore.

La velocità e la lunghezza sono tra le caratteristiche più comuni quando si parla di fibra ottica, ma non dimentichiamo che questo cavo non subisce influenze da parte della corrente elettrica; è quindi perfettamente idoneo ad essere installato in canalizzazioni elettriche o all’interno di macchine operatrici.

Le limitazioni di velocità di questo cablaggio le abbiamo a causa del materiale del cablaggio stesso e dalla potenza dei trasmettitori e ricevitori che si trovano alle estremità. Nelle sezioni seguenti cerchiamo di analizzare in sintesi questi aspetti.

Fibra singola e cavo in fibra

Quando parliamo di fibra ottica ci riferiamo in genere ad un solo cavo che all’interno ha un certo numero di fibre singole. Il cavo di rame ethernet di tipo rj45 ha al suo interno 8 cavetti twistati (attorcigliati) in 4 copie twistate tra di loro. Il cavo in fibra ottica generalmente contiene fibre singole nella quantità di 4, 8, 12, 16, 20 o 24; possiamo avere tagli differenti anche di centinaia di fibre singole, ma normalmente i tagli evidenziati sono i più commerciali e più usati nelle installazioni aziendali.

È naturale quindi capire che un’altra differenza con il cablaggio in rame è data dal fatto che un cavo ethernet collega solo 2 punti (pc con pc, pc con switch, switch con switch, ecc) mentre con un cavo in fibra da 8 fibre singole colleghiamo 4 utenze. Ogni utenza per funzionare ha bisogno di 2 fibre singole, una trasmette e l’altra riceve (vedi la sezione cablaggio strutturato).

Colori della fibra

Esistono colori standard dei singoli capi di fibra all’interno del cavo principale. In genere sono 12 colori che diventano 24 accoppiando il colore NERO come secondario. Ecco una tabella:

primario

secondario

blu

 

arancio

 

verde

 

marrone

 

grigio

 

bianco

 

rosso

 

nero

 

giallo

 

violetto

 

rosa

 

celeste

 

blu

nero

arancio

nero

verde

nero

marrone

nero

grigio

nero

bianco

nero

rosso

nero

nero

nero

giallo

nero

violetto

nero

rosa

nero

celeste

nero

Tipi di fibra ottica

Esistono sul mercato diversi tipi di fibra, ma quelli più “comuni” o “commerciali” sono praticamente due: multimodale e monomodale.

La fibra multimodale ha una dimensione del core (tubicino interno dove passa la luce) pari a 50 μm e nel tempo ha avuto dimensione anche di 62,5 μm anche se oggi è molto in disuso.

La fibra monomodale ha una dimensione di 9 μm al core. Per entrambe le fibre il cladding (rivestimento esterno) ha dimensione 125 μm. Questa notevole differenza di dimensione fa si che il segnale in una fibra monomodale rimbalzi molto meno e quindi sia meno attenuato all’arrivo garantendo una distanza totale più lunga. Infatti mentre la multimodale è usata per distanze più brevi o in ambiante “aziendale” normale, la monomodale è impiegata per tratte lunghe o in genere dalle aziende di telecomunicazioni. Non va dimenticato che il core della fibra monomodale ha queste prestazioni perché i trasmettitori sono a tecnologia laser, molto potente, mentre nel multimodale sono a led. Altra differenza sta nel prezzo in quanto tutto ciò che è a corredo di una fibra multimodale è in genere più economico (il led costa molto meno del laser) della controparte monomodale; spesso le differenze sono anche molto evidenti.

Entrambe le soluzioni vengono fornite con cavo “normale” o armato e anti roditore.

Tipi di cavo

Per cavo in fibra intendiamo l’intero assemblato del cavo singolo della fibra e non solo la sua parte interna. Questo cavo ha diverse classificazioni in coincidenza con tecniche diverse di costruzione e risultati diversi di attenuazione. Possiamo vedere la tabellina allegata di seguito per capire che i cavi di tipo OM4 (fibra ottica multimodale tipo 4) è più performante della OM3, OM2 o OM (la più vecchia e lenta). E’ da poco uscita la OM5 che supporta diverse lunghezze d’onda in parallelo. Se la fibra è di tipo monomodale parliamo di OS1 e OS2; quest’ultima più performante della prima.

Interno o esterno, armata o meno

I cavi in fibra possono essere costruiti in diversi modi e quindi adatti a diversi usi. Le fibre da interno in genere sono di tipo tight e cioè senza gel protettivo, senza tubo interno di protezione e con un solo strato di guaina. Il cavo risulta essere molto flessibile ed adatto per bretelle o patch piuttosto che per usi esclusivamente interni e protetti.

Le fibre da esterno in genere hanno ulteriori tubi di protezione interna e soprattutto il gel; da qui il nome di fibre loose. Il gel è fondamentale nelle installazione in esterno in quanto permette ai materiali di protezione di dilatarsi con le temperature, ma mantiene inalterato il nucleo della fibra che contrariamente si spezzerebbe perché sostanzialmente rigido. Possono poi essere dotate di armatura per utilizzi particolari, che poi tanto particolari non sono. In breve abbiamo armature dielettriche o ad acciaio corrugato. Le prime in genere usate per tesate e quindi esposte ad agenti atmosferici anche estremi. Le seconde più genericamente antiroditore e quindi più adatte ad interramenti.

I tipi di cavo di fibra sono molto perché molti sono gli usi, gli ambienti nei quali posarli e soprattutto molte sono le tecniche di stesura; da quelle meccaniche a quelle manuali. Molto importante è spesso la composizione della guaina esterna del cavo; nel caso di fibre per interno è spesso richiesto che il cavo non emetta gas nocivi in caso di incendio (LSZH); nel caso di fibre per esterno il problema non si pone. Considerate molto seriamente questa qualità perché molti siti ove vanno posate le fibre sono sottoposti a certificazioni antifuoco che richiedono espressamente l’uso di materiali non infiammabili, ritardanti o, in ogni caso, a bassa emissione di gas tossici.

I connettori

Nel tempo ci sono stati molti tipi di connettore e la loro differenza spesso è solo nella forma o nella dimensione. Alcune ditte si sono spinte a crearne di proprietari, ma nel tempo non è stata una buona scelta per i costi generalmente più elevati e per la non compatibilità con il resto del mondo del cablaggio. Hanno resistito quelle soluzioni create ad arte per macchine operatrici o sistemi proprietari ove le condizioni ambientali sono particolari o il costo del connettore non incide sull’investimento totale.

Ad oggi possiamo affermare che il miglior connettore commerciale o da centro elaborazione verso le apparecchiature di rete è il tipo LC, ma per i cablaggi strutturati possiamo aggiungere l’SC (è un LC un po’ più grande). Il connettore ST (è un sistema a baionetta) è ormai caduto in disuso anche per le sue scarse prestazioni.

Il cablaggio strutturato

Per quanto riguarda il cablaggio strutturato possiamo affermare che l’unica differenza con il cablaggio in rame è che servono due fibre singole per avere una connessione tra due punti. Quindi abbiamo una fibra singola per la trasmissione ed una fibra singola per la ricezione. Annotiamo però qualche particolare:

  • se abbiamo una fibra singola per ogni mandata, la nostra comunicazione è di tipo full-duplex e cioè la banda aggregata (sommata) è ovviamente il doppio; significa che mentre trasmettiamo possiamo anche ricevere
  • quando parliamo di fibra singola non ci riferiamo a un cavo di fibra ottica completo, ma una sua singola fibra interna (vedi la parte di definizione del cavo in fibra ottica)

Tranne quindi per il fatto che abbiamo bisogno di due fibre singole per avere una connessione, tutto il resto è praticamente uguale al cablaggio strutturato in rame.

Polarità della fibra

Abbiamo da poco affermato che per una connessione tra due punti necessitiamo di due fibre singole. Le due fibre non sono intercambiabili perché gli apparati alle estremità identificano precisamente la fibra che trasmette da quella che riceve. È quindi ovvio che se colleghiamo tra loro due trasmettitori non funzionerà nulla (stessa cosa per due ricevitori), ma servirà connettere un trasmettitore con un ricevitore e viceversa.

Le giunte

Con le fibre ottiche esiste una tecnica di giuntura delle fibre stesse che ci permette di estendere la distanza di una precedente fibra o di spezzare una tratta molto lunga in più pezzi di cavo per poi collegarli (in media una tratta ha una lunghezza massima di 1 o 2 km).

La tecnica di giuntura di due fibre si è talmente perfezionata da essere usata anche al posto della connettorizzazione classica e cioè piuttosto di installare il connettore alla fine della fibra per poterci collegare un apparato, si salda un pezzo di fibra con connettore pre-installato da una macchina industriale per avere la massima resa e la minor attenuazione del segnale. Questi pezzi finali di fibra con il connettore installato dal costruttore si chiamano pigtail.

Le giunte ovviamente servono anche in caso di rottura della fibra ottica per ripristinare la tratta senza dover cambiare tutto il cavo e ripartire dall’inizio con tutti gli ovvi costi di sorta.

Attenuazioni

Per attenuazione si intende il calo della potenza che il segnale subisce dalla partenza al rilevamento finale. Quando il calo è molto alto e quindi l’attenuazione è molto alta, il ricevitore non sarà in grado di comprendere bene il segnale trasmesso e sarà costretto a gettare la comunicazione richiedendone una copia; una ulteriore richiesta di copia aumenterà ovviamente il tempo totale per ricevere l’intero dato a destinazione e quindi sarà di certo minore la velocità totale della nostra linea.

Il cavo in se ha già un livello di attenuazione “normale” e ogni interruzione dello stesso a causa di giunzioni o connettori porterà un aumento della attenuazione. Quindi l’attenuazione totale di una tratta è data dalla somma delle attenuazioni naturali del cavo stesso più tutti i connettori, più tutte le giunte e più tutti i problemi relativi allo stato di installazione del cavo stesso.

Le attenuazioni si misurano in decibel (db) ossia la differenza di potenza espressa in milliWatt (mW) tra quella iniettata in ingresso e quella che troviamo alla fine; se il valore è positivo siamo di fronte ad un amplificatore, ma il nostro cablaggio avrà sempre un valore negativo che però deve essere più prossimo possibile allo zero indicando quindi l’assenza di perdita di potenza. Le attenuazioni indicate qui di seguito sono da considerarsi valori medi per prodotti ad oggi sul mercato:

  • L’attenuazione di un cavo in genere è di 1db a chilometro.
  • Un connettore installato sul posto ha una attenuazione che va da 0,5 a 1,0 db (0,75 db è lo standard accettato)
  • Un connettore installato in fabbrica e giuntato ha una attenuazione di 0,3 db
  • Una giunta va da 0,05 a 0,1 db
  • È molto facile comprendere che sia molto più performante giuntare dei pigtail (pezzi di fibra con il connettore installato di fabbrica) piuttosto che collegare dei connettori sul posto.

L’attenuazione del cavo va invece verificata sulle specifiche del cavo stesso ricordando quanto affermato nel punto “Tipo di cavo”. Vedi la tabella al paragrafo successivo in merito alle attenuazioni sui cavi e sulle distanze.

Lunghezza d'onda

Le lunghezze d'onda della luce utilizzate nelle comunicazioni in fibra ottica sono misurate in nanometri (nm), e sono le seguenti: 850 nm, 1300 nm e 1550 nm

Le velocità

Se uniamo il tipo di cavo con le nostre attenuazioni installate, otteniamo una tabellina che ci potrà dire a che distanza possiamo arrivare usando una certa velocità. Questa misura ci servirà per capire che tipo di fibra acquistare e come inserire i nostri punti di connettorizzazione e/o giunzione. Ad oggi possiamo dire che la massima velocità raggiungibile su prodotto comuni commerciali è 100Gbit anche se per soluzioni “aziendali” ad oggi usiamo la 10Gbit e la 40Gbit per installazioni già molto specifiche.

Standard di trasmissione

Lunghezza massima

 

100 Mb Ethernet

1 Gb Ethernet

10 Gb Ethernet

40 Gb Ethernet

100 Gb Ethernet

OM1 (62.5/125)

2000m

275m

33m

Non supportato

Non supportato

OM2 (50/125)

2000m

550m

82m

Non supportato

Non supportato

OM3 (50/125)

2000m

550m

300m

100m

100m

OM4 (50/125)

2000m

1000m

400m

150m

150m

OM5(50/125)

-

-

400m

150m

150m

Per quando riguarda i dati OM5 non sono ancora ufficiali sugli standard.

In relazione alle distanze espresso, ecco la tabella relative ai livelli massimi di attenuazione:

 

1000BASE-SX

10GBASE-S

40GBASE-SR4

100GBASE-SR10

OM1

2.60 dB

2.4 dB

Non specificato

Non specificato

OM2

3.56 dB

2.3 dB

Non specificato

Non specificato

OM3

3.56 dB

2.6 dB

1.9 dB

1.9 dB

OM4

Non specificato

2.9 dB

1.5 dB

1.5 dB

OM5

Non specificato

2.9 dB

1.5 dB

1.5 dB

Quindi, nel tuo progetto, devi prendere in considerazione ENTRAMBI la distanza e la perdita per assicurarti che la tua applicazione funzioni. La fibra OM4 ha bisogno di una ridotta perdita di fibre per supportare 100GBASE-SR10 a 150 m.

 

850 nm

1300 nm

1310 nm

1550 nm

OM1

3.5 dB/km

1.5 dB/km

 

 

OM2

3.5 dB/km

1.5 dB/km

 

 

OM3

3.0 dB/km

1.5 dB/km

 

 

OM4*

3.0 dB/km

1.5 dB/km

 

 

OM5

3.0 dB/km

1.5 dB/km

 

 

OS1 ISP

 

 

1.0 dB/km

1.0 dB/km

OS1 OSP

 

 

0.5 dB/km

0.5 dB/km

OS2 ISP

 

 

1.0 dB/km

1.0 dB/km

OS2 OSP

 

 

0.5 dB/km

0.5 dB/km

ISP = Installazione interna, OSP = Installazione esterna

La differenza sostanziale tra la OM4 e la OM5 non è nelle prestazioni di distanza, ma nel supportare diverse lunghezze d’onda ed in particolare 880nm, 910nm e 940nm. Questo fa si che possa supportare sino a quattro trasmissioni simultanee a diverse lunghezze d’onda. Ovviamente stiamo parlando di trasmettitori e ricevitori ad oggi piuttosto particolari.

Connettori Gbic

I connettori gbic sono in genere dei tranceiver (convertitori) che hanno al loro interno il modulo di trasmissione e di ricezione del fascio luminoso nonché una basetta che si connette al nostro apparato di rete (pc, server o spesso switch) per comunicare con il resto del mondo. La versalitità di queste Gbic è molto ampia ed ha permesso ad apparati come gli switch di poter montare porte di diverso tipo e di diversa velocità senza dover cambiare sempre tutto l’apparato. Segnaliamo però una cosa molto importante: le Gbic non sono autosensing e quindi hanno una sola velocità. Di solito siamo abituati ad avere le porte in rame che vanno da 10 a 100 o 1000 Mb a seconda dell’apparato che è dalla parte opposta; con le Gbic questo non capita e quindi dobbiamo sapere da subito cosa dobbiamo acquistare.

Problematiche generali sulle fibre

Alcune riflessioni sulle problematiche che generalmente si incontrano nel mondo della posa delle fibre. Ogni singolo punto è veramente veramente importante:

  • pulizia e pulitura dei connettori. Quando i connettori sono sporchi il grado di attenuazione si impenna con una perdita notevole del segnale.
  • Incastro della patch nel permutatore. Quando l’allineamento del core della patch non è perfetto con quello del cavo o dell’altro connettore in genere si ha una notevole perdita di segnale. Anche tensioni sui connettori per una disposizione non corretta dei cavi nei cassetti ottici può portare con il tempo a continue perdite di segnale.
  • Troppe connessioni lungo la tratta. Una cattiva pianificazione del progetto con i dati di attenuazione globale minima sulla quale calcolare la velocità finale, fanno si che non si possa raggiungere l’obiettivo perché troppi connettori attenuano troppo il segnale.
  • Connettori di scarsa qualità. Quando le terminazioni hanno scarsa qualità o peggio hanno una geometria della superficie terminale irregolare favoriscono una alta attenuazione del segnale.
  • Polarità del segnale. E’ un guasto molto facile da rilevare in quanto il sistema non funziona. Se si inverte i cavo di trasmissione con quello di ricezione il sistema si ferma.
  • Pieghe e rotture. Lungo la tratta della fibra possono esserci pieghe o peggio rotture che influiranno negativamente sulla gestione dei dati.
  • Connettori vecchi. Se i connettori sono stati posati alcuni anni orsono potrebbero avere il problema di essere secchi e cioè di non avere più all’interno la quantità giusta di gel e colla per un giusto bloccaggio; spesso durante una normale manutenzione ad un cassetto ottico le fibre si sfilano da questi connettori.