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Singlemode- vs. Multimode-Faser: Was ist der Unterschied?

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Worton

Übersetzer*in Felix
Veröffentlicht 25. August 2018
2020-10-25 05:54:03
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Die aufkommende Nachfrage nach Verbindungen mit höherer Bandbreite und schnellerer Geschwindigkeit hat das Wachstum des Marktes für Glasfaserkabelbaugruppen, insbesondere der Singlemode-Faser (SMF) und Multimode-Faser (MMF), erheblich gefördert. Obwohl diese beiden Arten von Glasfaserkabeln in verschiedenen Anwendungen weit verbreitet sind, kennt noch immer nicht jeder Anwender den genauen Unterschied. Der folgende Artikel wird sich auf den grundlegenden Aufbau, den Faserabstand, die Kosten und die Faserfarbe konzentrieren, um einen eingehenden Vergleich zwischen Singlemode- und Multimode-Faser vorzunehmen.

Definition

Singlemode bedeutet, dass die Faser die Ausbreitung jeweils eines Lichttyps ermöglicht. Während Multimode bedeutet, dass die Faser mehrere Modi ausbreiten kann. Der Unterschied zwischen Singlemode- und Multimode-Faser liegt hauptsächlich im Faserkerndurchmesser, der Wellenlänge, der Lichtquelle und der Bandbreite.

Kern-Durchmesser

Der Singlemode-Faserkerndurchmesser ist viel kleiner als bei Multimode-Fasern. Der typische Kerndurchmesser beträgt 9µm, auch wenn andere Fasern verfügbar sind. Und der Durchmesser von Multimode-Faserkernen beträgt typischerweise 50µm und 62,5µm, was eine höhere "Lichtsammelfähigkeit" und einfachere Verbindungen ermöglicht. Der Manteldurchmesser von Singlemode- und Multimode-Fasern beträgt 125µm.

Figure 1 Optical Fiber Core Diameters.png

Wellenlänge & Lichtquelle

Aufgrund der großen Kerngröße bei Multimode-Fasern werden einige kostengünstige Lichtquellen wie LEDs (lichtemittierende Dioden) und VCSELs (oberflächenemittierende Laser mit vertikalem Resonator), die bei den Wellenlängen 850 nm und 1310 nm arbeiten, in Multimode-Faserkabeln verwendet. Während beim Singlemode oft ein Laser oder Laserdioden verwendet werden, um in das Kabel eingekoppeltes Licht zu erzeugen. Und die häufig verwendete Singlemode-Faserwellenlänge ist 1310 nm und 1550 nm.

Bandbreite

Die Bandbreite von Multimode-Fasern ist durch ihren Lichtmodus begrenzt, und die maximale Bandbreite beträgt derzeit 28000 MHz*km OM5-Faser. Während die Bandbreite von Singlemode-Fasern theoretisch unbegrenzt ist, da jeweils nur ein Licht eines Modus durchgelassen wird.

Farbmantel

Gemäß der Standarddefinition der TIA-598C ist bei nichtmilitärischen Anwendungen ein Singlemode-Kabel mit einem gelben Außenmantel und eine Multimode-Faser mit einem orangefarbenen oder Aqua-Mantel ummantelt. Weitere Einzelheiten über den Farbcode für Glasfaserkabel finden Sie hier.

Figure 2 Color Sheath of SMF and MMF.jpg

Distanz

Bekanntermaßen ist eine Singlemode-Faser für Anwendungen über große Entfernungen geeignet, während eine Multimode-Glasfaser für kurze Entfernungen ausgelegt ist. Was sind dann die quantifizierbaren Unterschiede zwischen Singlemode- und Multimode-Fasern bei der Entfernung?

Glasfaserkabel-Typ Glasfaserkabel-Abstand

Fast Ethernet 100BA SE-FX 1Gb Ethernet 1000BASE-SX 1Gb Ethernet 1000BA SE-LX 10Gb Base SE-SR 25Gb Base SR-S 40Gb Base SR4 100Gb Base SR10
Singlemode-Faser OS2 200m 5,000m 5,000m 10km / / /
Multimode-Faser OM1 200m 275m 550m (Patchkabel zur Modus-Konditionierung erforderlich) / / / /
OM2 200m 550m / / / /
OM3 200m 550m 300m 70m 100m 100m
OM4 200m 550m 400m 100m 150m 150m
OM5 200m 550m 300m 100m 400m 400m

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass der Abstand von Singlemode-Fasern bei einer Datenrate von 1G bis 10G viel größer ist als der von Multimode-Fasern, aber OM3/OM4/OM5-Multimode-Fasern eine höhere Datenrate unterstützen. Da die Multimode-Glasfaser eine große Kerngröße hat und mehr als einen Lichtmodus unterstützt, ist ihre Faserdistanz durch die Modelldispersion begrenzt, die ein häufiges Phänomen bei Multimode-Stufenindexfasern ist. Bei Singlemode-Fasern ist dies nicht der Fall. Das ist der wesentliche Unterschied zwischen ihnen.

Kosten der Verkabelung

"Singlemode vs. Multimode Faserkosten" ist ein heißes Thema in diversen IT-Foren. Viele Anwender äußern ihre Ansichten und legen ihr Hauptaugenmerk dabei insbesondere auf die Kosten für optische Transceiver, Systemkosten und Installationskosten.

Kosten für optische Transceiver

Im Vergleich zu Singlemode-Transceivern ist der Preis von Multimode-Transceivern fast zwei- bis dreimal niedriger. In der folgenden Tabelle sind FS.COM Cisco-kompatible Singlemode-Transceiver und Multimode-Transceiver als Beispiel aufgeführt.

Geschwindigkeit Transceiver Transceiver Beschreibung Preis Preisunterschied
1G Singlemode-SFP Cisco GLC-LH-SMD-kompatibler 1000BASE-LX/LH SFP 1310nm 10km DOM-Transceiver US$ 7.00 US$ 1.00
Multimode-SFP Cisco GLC-SX-MMD-kompatibler 1000BASE-SX SFP 850nm 550m DOM-Transceiver US$ 6.00
10G Singlemode-SFP+ Cisco SFP-10G-LR-kompatibler 10GBASE-LR SFP+ 1310nm 10km DOM-Transceiver US$ 24.00 US$ 6.00
Multimode-SFP+ Cisco SFP-10G-SR-kompatibler 10GBASE-SR SFP+ 850nm 300m DOM-Transceiver US$ 24.00
25G Singlemode-SFP28 Cisco SFP-25G-LR-S-kompatibler 1310nm 10km US$ 59.00 US$ 20.00
Multimode-SFP28 Cisco SFP-25G-SR-S-kompatibler 850nm 100m US$ 39.00
40G Singlemode-QSFP+ Cisco QSFP-40G-LR4-kompatibler 40GBASE-LR4 und OTU3 QSFP+ 1310nm 10km LC DOM-Transceiver US$ 279.00 US$ 240.00
Multimode-QSFP+ Cisco QSFP-40G-SR4-kompatibler 40GBASE-SR4 QSFP+ 850nm 150m MTP/MPO DOM-Transceiver US$ 39.00
100G Singlemode-QSFP28 QSFP28 Cisco QSFP-100G-LR4-S 100GBASE-LR4 1310nm 10km kompatibler Transceiver US$ 499.00 US$ 400.00
Multimode-QSFP28 QSFP28 Cisco QSFP-100G-SR4-S-kompatibler 100GBASE-SR4 850nm 100m Transceiver US$ 99.00

Aus der Tabelle können wir ersehen, dass der Preisunterschied mit zunehmender Geschwindigkeit stark zunimmt.

Systemkosten

Singlemode-Fasern sind im Allgemeinen auf Anwendungen mit größeren Entfernungen ausgerichtet, was Faser-Transceiver mit Lasern erfordert, die bei längeren Wellenlängen mit kleinerer Fleckgröße und allgemein schmalerer spektraler Breite arbeiten. Diese Transceiver-Charakteristika in Verbindung mit der Notwendigkeit einer präziseren Ausrichtung und engeren Steckertoleranzen bei kleineren Kerndurchmessern führen zu deutlich höheren Transceiver-Kosten und insgesamt höheren Verbindungskosten für Singlemode-Faserverbindungen.

Figure 3 System Cost.png

Herstellungsmethoden für VCSEL-basierte Transceiver, die für die Verwendung mit Multimode-Fasern optimiert sind, lassen sich leichter zu Array-Geräten herstellen und sind kostengünstiger als entsprechende Singlemode-Transceiver. Trotz der Verwendung von mehreren Faserspuren und Multi-Transceiver-Arrays gibt es erhebliche Kosteneinsparungen gegenüber der Singlemode-Technologie mit Einzel- oder Mehrkanalbetrieb über Simplex-Duplex-Verbindungen.

Installationskosten

Singlemode-Glasfaser kostet oft weniger als Multimode-Faser. Wenn Sie ein 1G-Glasfasernetz aufbauen, das Sie irgendwann auf 10G oder schneller erweitern möchten, sparen Sie durch die Kosteneinsparungen bei der Glasfaser für Singlemode etwa die Hälfte des Preises. Während die Multimode OM3- oder OM4-Faser die Kosten für SFP-Module um 35% erhöht. Die Singlemode-Optik ist teurer, aber die Arbeitskosten für den Ersatz der Multimode-Faser sind deutlich höher, insbesondere wenn die OM1 - OM2 - OM3 - OM4 folgen. Wenn Sie bereit sind, sich auch gebrauchte Ex-Fibre-Channel-SFPs zu kaufen, sinkt der Preis für 1G-Singlemode durch den Boden. Wenn Sie ein begrenztes Budget haben und 10G-Kurzverbindungen benötigen, unterstützt die Wirtschaftlichkeit bei der letzten Überprüfung immer noch Multimode. Behalten Sie diese wirtschaftlichen Aspekte jedoch im Auge, da die Geschichte nahe legt, dass der Preisaufschlag für Singlemode sinken wird.

Häufig gestellte Fragen zu Singlemode- vs. Multimode-Faser

F: Was ist eine bessere Singlemode- oder Multimode-Faser?

A: Wie bereits erwähnt, haben Singlemode-Faser und Multimode-Faserkabel ihre spezifischen Vorteile hinsichtlich Kosten und Anwendungen. Es ist am besten, die für Ihre Anwendungen am besten geeignete Faser zu wählen.

F: Kann ich Singlemode- und Multimode-Faser mischen?

A: Die Antwort auf diese Frage lautet "nein". Multimode-Faser und Singlemode-Faser haben unterschiedliche Kerngrößen, und auch die Anzahl der Lichtmodi, die sie übertragen, ist unterschiedlich. Wenn Sie die beiden Fasern mischen oder direkt miteinander verbinden, verlieren Sie einen großen Teil der optischen Verluste, was dazu führt, dass eine Verbindung klappert oder unterbrochen wird. Denken Sie daran, dass Sie niemals verschiedene Arten der Verkabelung zufällig mischen dürfen.

F: Kann ich einen Multimode-Transceiver auf einer Singlemode-Faser verwenden?

A: Im Allgemeinen lautet die Antwort "nein". Große optische Verluste treten auf, wenn ein Multimode-Transceiver mit einer Singlemode-Faser verbunden wird. Das Gegenteil wird jedoch funktionieren. Beispielsweise kann 1000BASE-LX Singlemode-SFP auf Multimode-Faserkabel funktionieren, wenn man modenkonditionierende Faserkabel verwendet. Manchmal können auch Glasfaser-Medienkonverter verwendet werden, um derartige Probleme zwischen Singlemode-Transceivern und Multimode-Transceivern zu lösen.

F: Singlemode- vs. Multimode-Faser: Welche sollte ich wählen?

A: Bei der Entscheidung zwischen Singlemode- und Multimode-Glasfaserkabeln ist der erste zu berücksichtigende Faktor der Faserabstand, den Sie tatsächlich benötigen. In einem Datenzentrum beispielsweise reichen Multimode-Glasfaserkabel für eine Entfernung von 300-400 Metern aus. Bei Anwendungen, die eine Entfernung von bis zu mehreren Tausend Metern erfordern, ist die Singlemode-Faser die beste Wahl. Und bei Anwendungen, die sowohl Singlemode- als auch Multimode-Glasfaserkabel verwenden können, sollten andere Faktoren wie Kosten und zukünftige Aufrüstungsanforderungen bei Ihrer Wahl berücksichtigt werden.

Zusammenfassung

Das Singlemode-Glasfaser-Verkabelungssystem eignet sich für Datenübertragungsanwendungen mit großer Reichweite und ist in Carrier-Netzwerken, MANs und PONs weit verbreitet. Das Multimode-Glasfaser-Verkabelungssystem hat eine geringere Reichweite und wird in Unternehmen, Rechenzentren und LANs weit verbreitet eingesetzt. Unabhängig davon, für welches System Sie sich entscheiden, ist es eine wichtige Aufgabe für jeden Netzwerkdesigner, auf der Grundlage der Gesamtfaserkosten dasjenige zu wählen, das Ihren Netzwerkanforderungen am besten entspricht.