آموزش رایگان دوره نتورک‌پلاس (+Network) فیبر چند و تک حالته، مبدل فیبرنوری، کانکتورهای فیبرنوری (بخش 35 )

برای مطالعه بخش سی و چهارم آموزش رایگان و جامع نتورک پلاس (+Network) اینجا کلیک کنید

SMF (فیبر تک حالته)

فیبر تک حالته  (SMF) سرنام Single Mode Fiber  شامل یک هسته/مغزی باریک با قطر 8 تا 10 میکرون است که یک حالت انتقال دارد. نور تولید شده توسط لیزر از طریق یک مسیر بر روی هسته عبور کرده و انعکاس آن نیز کم است. از آنجایی که انعکاس نور کم است، مشکل پراکندگی نور کم بوده و در نتیجه در مدت زمان انتقال نور دچار مشکل جدی نشتی نمی‌شود. همین موضوع به فیبر تک حالته اجازه می‌دهد تا بیشترین پهنای باند و طولانی‌ترین فاصله را (بدون نیاز به تکرار کننده) پشتیبانی کند. شکل زیر یک نمونه ساده از نحوه انتقال سیگنال‌ها روی فیبر تک حالته را نشان می‌دهد. فیبر تک حالته طول موج 1300 تا 1550 نانومتر  را پشتیبانی می‌کند.

ستون فقرات اینترنت بر پایه فیبر تک حالته قرار دارد. با این حال، به دلیل هزینه نسبتا بالای آن، فیبر تک حالته به ندرت برای برقراری ارتباطات کوتاه میان دستگاه‌هایی شبیه به سرور و سوئیچ استفاده می‌شود.

فیبر چند حالته

فیبر چند حالته (MMF) سرنام multimode fiber حاوی یک هسته با قطری بزرگتر از SMF است که معمولا 50 یا 62.5 میکرون بوده و قادر است تعداد بیشتری از پالس‌های نور تولید شده توسط یک منبع نور یا لیزر LED را در زوایای مختلف ارسال کند. سیگنال‌هایی که در فیبر چند حالته حرکت می‌کنند در مقایسه با سیگنال‌هایی که روی فیبرهای تک حالته حرکت می‌کنند، مشکل ضعیف شدن سیگنال را دارند. بنابراین فیبرهای چند حالته برای فاصله‌های طولانی‌تر از چند کیلومتر مناسب نیستند. از سوی دیگر، فیبر چند حالته با قیمت کمتری نصب شده و در نتیجه برای اتصال روترها، سوئیچ‌ها و سرورها در ستون فقرات یک شبکه یا اتصال یک ایستگاه کاری دسکتاپ به شبکه استفاده می‌شود. شکل زیر نمونه ساده‌ای از نحوه انتقال سیگنال‌ها روی یک فیبر چند حالته را نشان می‌دهد.

فرآیند انتقال سیگنال‌ها میان کابل‌های فیبر تک حالته و چند حالته ممکن است از طریق پانل توزیع فیبر (FDP) انجام شود که معمولا در یک رک  است که در آن کابل‌های فیبر همگرا با یکدیگر و همچنین تجهیزات پایانه فیبر نوری شرکت ارائه دهنده خدمات اینترنتی در ارتباط هستند. فرآیند متصل کردن کابل‌ها در پانل توزیع فیبر یا هر بخش دیگری از شبکه ممکن است به شکل دائمی با متصل کردن دو کابل فیبر به یکدیگر یا از طریق کانکتورهای مختلفی که ممکن است به‌طور موقت ارتباط را برقرار کنند انجام شود. فیبر چند حالته طول موج 850 تا 1300 نانومتر را پشتیبانی می‌کند. توجه داشته باشید در نوع چند حالته هرچه قطر هسته بیشتر باشد مسافت کمتر و هرچه قطر هسته کمتر باشد مسافت بیشتری را طی می‌کند. در نوع چند حالته منبعی که نور را ارسال می‌کند، همزمان چند فرکانس مختلف را درون هسته می‌تاباند و در نتیجه در مقصد که قرار است سیگنال‌ها را دریافت کند، اطلاعات بیشتری انتقال پیدا می‌کند.

نکته امتحانی: درست است کابل‌های فیبرنوری نسبت به کابل‌های مسی در برابر خطا حساس‌تر هستند، اما، فراموش نکنید کابل‌های فیبرنوری مزیت‌های متعددی در اختیارتان قرار می‌دهند.

یک کیت پایانش (termination kit) فیبر ممکن است شامل ابزارهای زیر باشد:

• fiber stripper- نوارهای فیبر را از لایه‌های بیرونی کابل فیبر نوری جدا کنید

•fiber cleaver- برای برش دادن دقیق رشته‌های فیبر از آن استفاده می‌شود.

اگر این تجهیزات را در اختیار ندارید، پیشنهاد می‌کنم ویدیوهای مربوط به این ابزارها را مشاهده کنید، زیرا در آزمون نتورک‌پلاس سوالاتی در ارتباط با این ابزارها مطرح می‌شود. در آزمون نتورک‌پلاس باید بدانید این ابزارها چه هستند، اما لازم نیست همه جزییات مربوط به این ابزارها و نحوه بررسی درست بودن سوکت‌هایی که انتهای کابل فیبرنوری قرار می‌گیرند را حفظ کنید.

کانکتورهای فیبرنوری

درست به همان شکلی که کابل‌های فیبر در گروه‌های SMF یا MMF طبقه‌بندی می‌شوند، کانکتورهای کابل‌ها نیز دسته‌بندی خاص خود را دارند. کانکتورهای MMF را می‌توان بر اساس تعداد فیبرها طبقه‌بندی کرد، در مقابل کانکتورهای SMF نیز بر اساس اندازه و شکل فرل (ferrule) طبقه‌بندی می‌شوند. فرل قطعه‌ای در کانکتور برای برقراری اتصال با جک یا سایر کانکتورها است. شکل زیر سرپوش و فرل را نشان می‌دهد.

کانکتورهای SMF برای کاهش انعکاس بازگشتی طراحی شده‌اند. انعکاس بازگشتی به پدیده‌ای اشاره دارد که در آن سیگنال نور به درون فیبر در حال انتقال سیگنال باز می‌گردد. انعکاس بازگشتی به عنوان ضریب افت در واحد دسی بل (dB) اندازه‌گیری می‌شود. با توجه به این‌که پدیده انعکاس بازگشتی به منبع ساطع کننده نور لیزر آسیب وارد کرده و فرآیند ارسال سیگنال را با مشکل تداخل روبرو می‌کند، انتهای فرول‌های کانکتورها به شکلی باید صیقل داده شود. دو نوع از این صیقل دهنده‌ها UPC سرنام Ultra Physical Contact و APC سرنام  Angled Physical Contact هستند. تفاوت اصلی این دو کانکتور در بخش انتهایی فیبر آن‌ها مستتر است. کانکتورهای UPC بدون زاویه صیقل داده شده‌اند، در حالی که در کانکتورهای APC انتهای فیبر دارای یک زاویه 8 درجه‌ای است. تفاوت دیگر این دو کانکتور در رنگ‌ آن‌ها است که آداپتورهای UPC آبی رنگ و APC سبز رنگ هستند. (البته همیشه این‌گونه نیست.) کانکتورهای UPC به دو نوع فیبر داخلی اجازه می‌دهد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این تکنیک کارایی را روی ارتباطاتی که بر پایه فناوری‌های قدیمی کار می‌کنند بهبود می‌بخشد. شکل زیر نحوه عمکلرد دو کانکتور فوق را نشان می‌دهد.

فلش‌های قرمز نشان دهنده انعکاس بازگشتی برای هر اتصال هستند. اگر در تصویر بالا دقت کنید متوجه می‌شوید که چگونه ارتباط APC هرگونه سیگنال از دست رفته در جهات متفاوت از منبع سیگنال را منعکس می‌کند. انکعاکس بازگشتی در ارتباط UPC به مرور زمان مخرب هستند. حساسیت ارتباطات APC در برابر قطع و وصل‌های مکرر کمتر است. جدول زیر خلاصه‌ای از کانکتورهایی که باید در آزمون نتورک‌پلاس اطلاعاتی در مورد آن‌ها داشته باشید را نشان می‌دهد. کانکتورهای SMF به‌طور معمول با فرول 1.25 میلی‌متر یا 2.5 میلی‌متر در دسترس هستند، هرچند اندازه‌های دیگر نیز موجود است. رایج‌ترین فرول کانکتوری که استفاده می‌شود LC سرنام local connector است. دو فرول 2.5 میلی‌متر SC سرنام subscriber connector یا standard connector و ST سرنام straight tip نیز وجود داردند. MTRJ سرنام Mechanical Transfer-Registered Jack جزء رایج‌ترین نوع کانکتور MMF است.

نکته: دقت کنید برای شرکت در آزمون نتورک‌پلاس باید درباره کانکتورهایی که به آن‌ها اشاره شد و همچنین کانکتورهایی که در جدول بالا مشاهده می‌کنید اطلاعات کافی داشته باشید.

شبکه‌های قدیمی‌تر فیبر ممکن است از کانکتورهای ST یا SC استفاده کنند. با این حال، کانکتورهای LC و MTRJ در حال حاضر متداول‌تر هستند، زیرا از نظر اندازه آن‌ها کوچک‌تر بوده و تراکم بالایی را ارائه می‌کنند. کانکتور MTRJ منحصر به فرد بوده و دارای دو رشته فیبر در یک فرول است. با دو رشته در هر فرول، یک کانکتور MTRJ یک سیگنال کامل duplex را ارائه می‌کند. کانکتورهای SC و LC نیز در حالت فول-دوبلکس در دسترس هستند.

مبدل فیبرنوری

تا زمانی که شبکه‌ها از ترکیب رسانه‌های مسی و فیبر نوری برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند، ما به مبدل نیاز داریم. یک مبدل رسانه‌ای سخت‌افزاری است که به شبکه‌ها یا سگمنت‌ها اجازه می‌دهد روی رسانه مختلفی اجرا شده، به تبادل سیگنال پرداخته و با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. به‌طور مثال، یک بخش اصلی اترنت مرکز داده سازمان خود را تصور کنید که از فیبر نوری برای اتصال به یک سوییچ ایستگاه کاری استفاده می‌کند که تنها از کابل زوج به هم تابیده (مسی) به عنوان ورودی پشتیبانی می‌کند. در این وضعیت شما باید از یک مبدل رسانه برای برقراری ارتباط میان سوییچ و کابل فیبرنوری استفاده کنید. مبدل رسانه اتصال فیزیکی را کامل کرده و همچنین سیگنال‌های الکتریسیته دریافتی از یک کابل مسی را به سیگنال‌های طیف نوری تبدیل می‌کند که می‌توانند به کابل فیبر نوری هدایت شوند. برعکس این قضیه نیز صادق است. شکل زیر یک مبدل فیبرنوری را نشان می‌دهد.

شما باید مبدل رسانه صحیحی را برای فیبری که قرار است به آن متصل شود انتخاب کنید. به‌طور مثال مبدلی از SMF با کابل مسی یا MMF به کابل مسی. برای برقراری ارتباط میان شبکه‌هایی که از MMF و SMF استفاده می‌کنند نیز به مبدل نیاز دارید. شکل زیر مبدلی را نشان می‌دهد که بخش‌های تک حالته و چند حالته یک شبکه را به یکدیگر متصل می‌کند.

فرستنده/گیرنده فیبر

فرض کنید شما یک سوئیچ را خریداری می‌کنید که بخشی از یک شبکه سازمانی است که رشد بسیار سریعی دارد. الزامات فعلی برای سوئیچ ممکن است دو اتصال فیبر نوری برای ستون فقرات شبکه و 24 اتصال اترنت RJ-45 Gigabit برای مشتریان و سرورها باشد. با این حال، در آینده، شما در نظر دارید ارتباط هر دسکتاپ از طریق فیبر نوری انجام شود. به جای سفارش سوئیچی که دقیقا تعداد و نوع رابط‌های مدنظر شما را جواب‌گو باشد، این شانس را دارید تا سوییچی را سفارش دهید که به شما اجازه می‌دهد هر زمان نیاز داشتید رابط‌های آن‌را تغییر و ارتقا دهید.

یک چنین سوئیچ‌هایی دارای سوکت‌هایی هستند که در آن‌ها یکی از انواع مختلف رابط‌های ماژولار که فرستنده/گیرنده (transceiver) نامیده می‌شود درون آن‌ها جای‌گذاری شده است. این فرستنده‌ها به راحتی می‌توانند به سوکت متصل شده و با مادربرد دستگاه ارتباط برقرار کرده و همچنین در آینده برای بهبود عملکرد نیز قابل ارتقا هستند. یک مولفه سخت‌افزاری که قادر است به این شیوه تغییر یا ارتقا پیدا کند، بدون آن‌که وقفه‌ای در کارها به وجود آورد اتصال گرم (Hot swapping) نامیده می‌شود. (دستگاه‌هایی که بدون نیاز به خاموش شدن قابل ارتقا هستند.) با استفاده از فرستنده‌های گرم قابل تغییر می‌توانید بدون نیاز به خرید سوئیچ جدید، شاسی سوئیچ موجود را باز کنید (باید مواظب باشید که سخت‌افزار آسیب ندیده و شبکه در معرض قطعی قرار نگیرد) و ملزومات مورد نیاز را ارتقا دهید. رابط‌های ماژولار همچنین می‌توانند روی برخی مبدل‌ها نصب شوند. GBIC (مبدل رابط گیگابیت)، jee-bick (جی-بیک تلفظ کنید)، یک نوع استاندارد از فرستنده‌ای است که در دهه 1990 برای ارتباطات Gigabit Ethernet طراحی شده است. GBIC‌ها ممکن است شامل پورت‌های RJ-45 برای کابل‌های مسی یا پورت SC برای اتصالات فیبر نوری باشند. شکل زیر یک GBIC که می‌تواند در شبکه 1000Base-SX استفاده شود را نشان می‌دهد.

اما با پیشرفت فناوری، فرستنده و گیرنده‌های جدیدتری به بازار آمدند که GBIC را به حاشیه راندند. از آن جمله به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

• SFP (small form-factor pluggable) – عملکردی یکسان با GBIC ارائه می‌کند، اما فشرده‌تر بوده و اجازه می‌دهد در هر اینچ روی یک خط پورت‌های بیشتری قرار بگیرند.. SFP به نام‌های Mini GBICs یا GBIC SFP نیز شناخته می‌شود. به‌طور معمول برای ارتباطات 1 گیگابیتی استفاده می‌شود، ولی به لحاظ تئوری از ارتباطات 5 گیگابیت در ثانیه نیز پشتیبانی می‌کند.

• XFP (10 Gigabit small form-factor pluggable) – از ارتباطات 10 گیگابیت در ثانیه پشتیبانی کرده، کمی بزرگ‌تر ازSFP  بوده اما نسبت به SFP1 انرژی کمتری مصرف می‌کند.

• SFP1- پس از ارائه XFP توسعه پیدا کرد و همان اندازه ماژول SFP را دارد. حداکثر سرعت انتقال قابل پشتیبانی SFP1 به لحاظ تئوری حداکثر برابر با 16 گیگابیت در ثانیه است.

• QSFP (quad small form-factor pluggable) با استاندارد 802.3ba مطابقت داشته، چهار کانال را در یک فرستنده/گیرنده واحد فشرده کرده و از نرخ داده 40 گیگابیت در ثانیه (4 × 10 گیگابیت در ثانیه) پشتیبانی می‌کند.

• QSFP1 - به‌طور کلی فناوری است که شبیه به QSFP بوده، در حالی که از نرخ داده بیش از 40 گیگابیت در ثانیه پشتیبانی می‌کند. حداکثر سرعت و نرخ انتقال داده در زمان نوشتن این مقاله به گیرنده/فرستنده QSFP28 تعلق دارد که به لحاظ تئوری از نرخ انتقال 112 گیگابیت در ثانیه (4x 28 گیگابیت در ثانیه) پشتیبانی می‌کند.

• CFP (centum form-factor pluggable) برای شبکه‌های 100 گیگابیت در ثانیه طراحی شده است. دقت کنید که نسل‌های بعدی (CFP، CFP2، CFP4) کوچک‌تر و کارآمدتر از CFP هستند.  Centum یک واژه لاتین و معادل 100 است.

برای جلوگیری از بروز مشکل عدم تطابق، فرستنده‌ها و دستگاه‌ها باید بر اساس سرعت و پروتکل به یکدیگر متصل شوند. دقت کنید که باید کانکتور کابل‌هایی که از آن‌ها استفاده می‌کنید را نیز بررسی کنید. بیشتر گیرنده/فرستنده‌های مدرن از LC یا گاهی اوقات کانکتورهای RJ-45 پشتیبانی می‌کنند. شکل زیر دو نمونه از فرستنده‌‌/گیرنده‌های SFP را نشان می‌دهد. در تصویر زیر دقت کنید یک پورت برای ارسال و دیگری برای ارسال داده‌ها است.

شکل زیر دو فرستنده نصب شده درون یک مبدل رسانه را نشان می‌دهد. فرستنده سمت چپ SFP1 و  سمت راست XFP است.

دقت کنید همه این گیرنده‌/فرستنده‌ها شامل دو پورت هستند. ارتباط کامل دوطرفه (full-duplex) با ارسال اطلاعات در یک پورت و دریافت اطلاعات از طریق پورت دیگر حاصل می‌شود. اما در فناوری جدیدتر، انتقال دو طرفه در هر دو پورت امکان‌پذیر است، به عبارت دیگر هر کابل فیبر، اطلاعات را در هر دو جهت حمل می‌کند. این دستگاه‌های جدیدتر فرستنده‌ یا گیرنده‌ دو طرفه BiDi نامیده می‌شوند. (این کلمه بای‌‌دای تلفظ می‌‌شود.) آن‌ها از فناوری WDM برای جدا کردن داده‌های در حال انتقال در هر جهت در طول موج‌های مختلف نور استفاده می‌کنند و بنابراین گاهی اوقات فرستنده‌های WDM نامیده می‌شوند.

نصب هر یک از فرستنده/گیرنده‌های فوق کار ساده‌ای است، البته باید دقت کنید که به سوکتی سازگار در دستگاه متصل کنید. اکثر فرستنده/گیرنده‌ها همراه با یک نگه دارنده (به قول عامیانه چفت و بست) در محل موردنظر قرار می‌گیرند. شکل زیر نشان می‌دهد که چگونه فیبر نوری SFP در یک سوئیچ نصب می‌شود.

برخی از فرستنده/گیرنده‌ها همراه با رابط‌های مدیریتی جدا از ابزار پیکربندی سوئیچ ارائه می‌شوند. به‌طور مثال، یک SFP1 10-Gbps روی یک روتر می‌تواند آدرس آی‌پی خود را داشته باشد. مدیر شبکه می‌تواند از ابزار Telnet برای اتصال به فرستنده و گیرنده استفاده کرده و پورت‌های آن‌را برای یک سرعت خاص یا پروتکل مسیریابی بدون دسترسی به سیستم‌عامل روتر، پیکربندی کند.

در شماره آینده آموزش نتورک‌پلاس مبحث کابل‌های فیبرنوری را ادامه خواهیم داد.