Come la fibra trasporta i dati con la luce

Il cavo in fibra ottica trasporta i dati sotto forma di impulsi di luce, anziché di segnali elettrici sul rame. Un laser o un LED emette impulsi luminosi, accendendosi e spegnendosi (oppure modulando la luce), per rappresentare gli uni e gli zeri dei dati digitali; un rilevatore all'altra estremità legge poi questi impulsi e li ritrasforma in dati. Poiché la luce attraversa il vetro con perdite minime, la fibra raggiunge velocità e distanze molto maggiori rispetto al rame.

Una fibra presenta una struttura a strati:

• Core — il sottilissimo centro in vetro che trasporta la luce.
• Cladding — il vetro intorno al core che riflette la luce verso l'interno.
• Buffer e guaina — rivestimenti protettivi esterni.

Il core e il cladding sono realizzati in vetro con proprietà leggermente diverse; è proprio questa differenza a mantenere la luce in rimbalzo lungo il core.

La fibra funziona grazie alla riflessione interna totale. Il vetro del core rifrange la luce più di quello del cladding; quindi, quando la luce colpisce il confine con un angolo ridotto, viene riflessa interamente nel core invece di fuoriuscire. L'impulso luminoso rimbalza lungo la fibra, seguendo anche curve dolci. Questo confinamento della luce è alla base della trasmissione dei dati per chilometri senza perdita del segnale.

Nel vetro la luce perde energia molto più lentamente rispetto ai segnali elettrici nel rame. Di conseguenza, la fibra supporta una larghezza di banda maggiore e copre distanze molto più lunghe — chilometri invece del limite di 100 metri del rame — prima di aver bisogno di un'amplificazione. La fibra trasporta inoltre enormi quantità di dati, perché la luce può essere modulata a velocità estremamente elevate. Queste caratteristiche fanno della fibra la dorsale di Internet e dei data center.

Un enorme vantaggio della fibra è la sua immunità alle interferenze elettromagnetiche. Poiché trasporta luce e non elettricità, motori vicini, linee elettriche e disturbi radio non possono corrompere il segnale. Per questo la fibra è ideale negli impianti industriali soggetti a forti disturbi elettrici e nei collegamenti tra edifici, dove fulmini o differenze di potenziale di terra potrebbero danneggiare il rame. Inoltre non irradia il segnale, rendendo più difficile intercettarlo.

I dispositivi comunicano tramite Ethernet elettrica, quindi i collegamenti in fibra richiedono un ricetrasmettitore: un modulo che converte i segnali elettrici in luce durante la trasmissione e li riconverte in segnali elettrici durante la ricezione. I ricetrasmettitori collegabili più comuni sono chiamati SFP (Small Form-factor Pluggable) e SFP+ per velocità superiori. Si inseriscono nelle porte degli switch e permettono di scegliere il tipo di fibra e la distanza appropriati per ogni collegamento.

La fibra è potente, ma non è priva di svantaggi:

• Vantaggi — alta velocità, lunga distanza, immunità alle EMI, sicurezza.
• Svantaggi — cavi e ricetrasmettitori più costosi, vetro fragile, giunzione e terminazione più difficili.

Il core in vetro può rompersi se viene piegato eccessivamente e l'unione delle fibre richiede strumenti precisi; per questo le competenze di installazione sono più importanti rispetto al rame.

La fibra deve essere maneggiata con attenzione. Non la pieghi mai oltre il raggio di curvatura minimo, altrimenti la luce può disperdersi e il vetro può rompersi. Mantenga pulite le estremità dei connettori: anche una particella di polvere può bloccare una quantità di luce sufficiente a interrompere un collegamento. Non guardi mai direttamente dentro una fibra attiva o un ricetrasmettitore, poiché la luce del laser a infrarossi è invisibile ma può danneggiare gli occhi. Questi aspetti di sicurezza sono presenti nell'esame.

La fibra domina in tutti gli ambiti in cui velocità e distanza sono fondamentali:

• Dorsali Internet che attraversano città e oceani.
• Core dei data center che collegano switch ad alta velocità.
• Collegamenti tra edifici all'interno di un campus.
• Fibra fino a casa per la banda larga ad alta velocità.

Alla postazione di lavoro il rame spesso resta la scelta più economica, ma la fibra trasporta il traffico pesante che circola dietro le quinte.

Poiché un singolo elemento di fibra trasporta in genere la luce in una sola direzione, i collegamenti usano spesso due fibre — una per trasmettere e una per ricevere — per la comunicazione in duplex completo. Per questo i cavi patch in fibra vengono spesso forniti come una coppia unita da una clip. Alcuni sistemi avanzati a fibra singola trasmettono e ricevono su diverse lunghezze d'onda luminose usando un'unica fibra, ma il caso più comune prevede una fibra per la trasmissione e una per la ricezione.

Immagini un lungo tunnel con le pareti rivestite di specchi, attraverso il quale qualcuno invia segnali con una torcia usando il codice Morse. Le pareti riflettono la luce, che percorre una lunga distanza senza affievolirsi, e il messaggio arriva intatto all'altra estremità. La fibra è quel tunnel realizzato in vetro e gli impulsi luminosi sono i dati. Nel tunnel non viaggia elettricità, quindi i disturbi elettrici esterni non possono alterare il messaggio.

Verifichi la sua comprensione del funzionamento della fibra.

Ha imparato che la fibra trasporta i dati sotto forma di impulsi luminosi attraverso un core in vetro circondato dal cladding, utilizzando la riflessione interna totale per confinare la luce. Questo garantisce elevata larghezza di banda, lunghe distanze e immunità alle interferenze elettromagnetiche. I ricetrasmettitori, come i moduli SFP, convertono i segnali elettrici in segnali luminosi e viceversa. La fibra è più costosa e fragile e richiede connettori puliti, attenzione al raggio di curvatura e alla sicurezza degli occhi. È alla base delle dorsali Internet, dei data center e dei collegamenti nei campus.