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1. 개요
데이터 전송을 위해서 광섬유로 만든 케이블이다. 레이저를 이용해서 통신하기 때문에 구리 통신선과는 비교할 수 없을 만큼의 장거리 & 고속 통신이 가능하다. 현재 인터페이스는 광 케이블당 100Gbps를 전송하며[1] 이러한 데이터를 파장으로 변환하여 RX/TX 두 가닥의 광 케이블에 약 80개+의 파장을 실을 수 있다. 가시광선~단파 적외선 등의 여러 스펙트럼으로 데이터를 나누어 굉장히 빠른 스케줄링으로 데이터를 전송한다. 파장의 개수나 분류 등은 PON마다 스펙이 다르다. 즉 두 개의 광 케이블에 어마어마한 용량의 데이터[2]가 오가고 있는 것.2. 장단점
2.1. 장점
2.1.1. 광 케이블이 동축 케이블보다 빠른 이유
왜 광 통신이 구리선을 쓰는 동축 케이블보다 빠를까? 결론부터 말하자면 구리선은 내외부 간섭/노이즈가 생기기 때문이다.구리선은 전기 신호를 보낸다. 전기가 지나가면서 자기장이 발생한다. 물리학에서 잘 밝혀져 있듯 자기장은 전기장과 계속해서 상호작용을 한다. (이 상호작용은 전자, 전기, 무선, 반도체 계통의 사람들에게는 애증의 관계다)
만약에 우리가 ON(1) 신호와 OFF(0) 신호를 번갈아서 보내게 되면 앞에 보낸 신호의 자기장 때문에 뒤쪽에 딸려오는 신호가 왜곡된다. 즉, 111001001010...으로 보냈지만 전기-자기의 상호작용으로 인해 신호의 감쇄와 왜곡이 일어나 111000001110...과 같은 식으로 받게 된다. 이것을 ISI (Intersymbol Interference)라고 한다. 랜선이 내부가 구리선을 꼬아 놓은 형태에 일부는 은박지(STP)와 칸막이(Cat.6 이상)까지 넣는 이유도 이 때문이고 이것도 근본적인 해결은 되지 못한다.
결과적으로 송신 측에서는 깔끔하게 0과 1을 구분하는 신호를 보냈는데 수신 측에서는 신호가 뭉개져서 판독이 불가능한 경우가 생긴다. 이러면 재전송을 요청해야 한다. 1번 보내면 될 것을 2번 보내니 속도는 절반으로 떨어진다. 만약에 운이 좋지 않아 3번 보내게 되면 속도는 1/3로 떨어진다.
그러면 최대한 빠르게 보내면 되지 않을까? 이러면 꼬인 구리선을 쓰는 케이블은 주파수가 클수록 신호의 감쇄가 크게 나타나고 앞서 보낸 신호와 뒤따르는 신호 간의 영향(ISI)이 훨씬 커지기에 1010101010... 이렇게 보내도 받는 쪽은 신호의 전압이 같은 속도로 변할 수가 없으므로 변하다 말고 111111111111...처럼 신호를 받을 가능성이 더 커진다. 이것은 더 많은 재전송을 요구하게 되어 오히려 속도가 떨어진다. (말을 빨리하는 친구가 무슨 말하는지 못 알아 들으니 다시 말해달라고 하는 것과 비슷하다) 이 때문에 Cat.5e 케이블은 신호를 바꾸는 횟수인 주파수를 감쇄가 적은 범위인 100MHz까지밖에 사용할 수 없으며 1Gbps 통신용인 1000BASE-T 모드로 사용할 때는 62.5Mhz로 신호를 보낸다.[3]
결국 어느 정도 보내는 속도의 타협점이 필요하기 때문에 일반 소비자용으로는 1Gbps, 기업용으로는 10Gbps 정도가 한계다. 랜선 등급 중에서 Cat.5e와 Cat.6은 1Gbps 전송이 가능하지만 10Gbps는 Cat.6A 랜선을 사용하는 것이 권장되는 것도 Cat.6A이 ISI에 대한 대책이 많이 마련되어 있기 때문에 가능한 것이다. 다만 항상은 아니다. IEEE 규격상 10GBASE-T는 Cat.6A를 사용하도록 되어 있으나 가정과 같이 노드 간 거리가 짧은 사용 환경 등의 경우 Cat.5e도 풀 10G 속도를 사용하는 데 아무런 문제가 없기 때문이다.[4]
하지만 광 케이블은 매우 높은 주파수의 전자기파인 빛을 보내고 전송되는 빛끼리는 아무런 상호작용이 없기 때문에 ISI가 (거의) 없다고 볼 수 있다. 따라서 매우 빠른 속도로 신호를 보낼 수 있고 보낸 신호의 왜곡이 (거의) 없기 때문에 구리선과는 비교가 안 될 정도로 빠른 것이다. 광 통신 말단 장비의 속도만 받쳐준다면 가느다란 광 케이블 하나로 수백, 수천 개 집에 인터넷을 공급할 수 있다. 게다가 빛 색깔(=파장)로 frequency multiplexing까지 가능하다.[5]
추가적으로 신호가 케이블을 통과하다 보면 케이블에서 에너지 손실이 일어나게 된다. 이렇게 약해지는 신호를 증폭시키기 위해 리피터를 구간 구간마다 둔다. 이 리피터도 하나의 장비이기 때문에 지연이 발생할 수밖에 없고 이는 네트워크의 응답성(latency)과 대역폭(bandwidth)을 떨어트린다. 광 케이블은 케이블 자체에서의 에너지 손실이 랜선이나 동축케이블(coaxial)보다 낮기 때문에 중간에 신호를 증폭시켜 주는 장비가 구리선보다 많이 들어갈 필요가 없다. 당연히 게임 등에서의 지연 시간(ping)이 낮아지는 건 말할 것도 없다.
참고로 알카텔-루슨트 벨 연구소에서는 광 케이블을 이용해서 초당 100페타비트(100 Pbps = 100,000 Tbps = 100,000,000 Gbps)의 전송 시험에 성공한 바 있다. 관련정보
2.2. 단점
다만 이러한 광 케이블에도 단점이 없는 것은 아닌데 대표적으로 다음과 같다.- 보수가 힘들다. 빛이 제멋대로 굴절되면 데이터가 왜곡되거나 유실될 수 있으니 광섬유는 처음부터 끝까지 균열없이 반듯하게 생겨야 한다. 구리선 같은 도체의 경우 배선을 자르고 이어 붙이는 것이 가능하지만[6] 광 케이블에 손상이 생긴 경우 이미 깨진 유리창과 같으므로 선로 전체를 들어내고 새로 구축하는 것이 원칙이다. 그나마 파손 위치를 정확하게 알고 있다면[7] 손상된 케이블을 잘라내고 융착 접속(Fusion Splicing)으로 이어 붙이는 방법이 있긴 하다. 하지만 손상 부분을 정확하게 가늠하기 힘들 뿐만 아니라 융착 접속을 하는 방법도 까다롭기 때문에 어지간해선 사용되지 않는다.[8]
- 구부리는 것에 약하다. 광섬유가 깨질 수도 있고 일정 이상 휘면 신호가 손실될 수 있다. 간혹 창문 틀에 광 케이블이 들어갈 만큼의 구멍을 뚫어내는 꼼수로 FTTH를 설치해야 하는 경우가 있는데 KT에서는 대부분의 주택에다가 기본적으로 FTTH 설치를 이 방식으로 하고 있다 보니 설치 기사들에게 주의할 점으로 광 케이블은 항상 느슨하게 꺾이도록 할 것이라 강조하며 교육한다. 만약 케이블이 실내로 길게 뽑혀 들어와야 하는 환경이면 설치 기사들이 사용자들에게 비슷한 말을 하기도 한다. 거기다 가구 같은 걸로 깔아뭉개지 말라는 말은 덤.
- 전기 신호를 빛으로, 또 그 반대로 바꾸는 별도의 '트랜시버[9]' 라고 부르는 장치가 필요한데 트랜시버의 가격이 꽤 나간다. 그나마 10G SFP 모듈 기준으로 10G SFP+ SR/LR 제품까지는 1개당 3~4만원대라 일반 소비자들도 살 수 있는 금액대이긴 하다.
3. 사용처
광 케이블을 이용해서 통신하는 네트워크를 Optical Network라고 부르며 이중 수동소자를 사용하는 것을 Passive Optical Network라고 부른다. 능동소자를 사용하는 경우는 'Active Optical Network(AON)'라고 부르는데 비용 문제로 백본망을 구성하는 용도에서나 사용된다.이를 이용해서 가정집까지 광 케이블을 가설하여 인터넷을 제공하는 서비스를 FTTH 라고 부르며 집 근처까지 가는 경우는 FTTC 라고 부른다.
오디오 데이터를 전송하기 위해서 광 케이블을 사용하기도 한다. SPDIF와 TOSLINK 항목 참고.
예전에는 해저 케이블을 동축 케이블 형태의 구리선을 사용했지만 현재는 광 케이블로 구성한다.
보통 광 케이블은 디지털 정보를 전달하는 데 이용되지만 아날로그 정보도 광 케이블을 통해 전달이 가능하다. RF Over Fiber는 아날로그 라디오 신호를 광 케이블로 전달한다. 노이즈가 매우 적어 CATV 같은 장거리 RF 전달에 사용된다. 케이블 인터넷에 사용되는 HFC도 RF Over Fiber를 응용한 물건이다.
산업기기 제어 용도에서도 주력으로 사용된다. 특히 서보 제어에서 약간의 딜레이나 신호 오류가 발생하면 바로 사고로 이어지기 때문에 서보 제어용 장비는 거의 다 광 케이블을 사용한다고 보면 된다.
4. 규격
4.1. 케이블
중심의 광섬유 굵기에 따라 싱글모드, 멀티모드로 나뉜다. 멀티모드가 더 굵고 주로 단거리 전송에 쓰인다. 싱글모드는 매우 얇고 주로 장거리 전송에 쓰인다.4.1.1. 멀티모드
OM1, OM2, OM3, OM4, OM5 같은 규격이 있다. 숫자가 높아질수록 전송 거리가 늘어나고 속도가 빨라진다.OM 시리즈 규격에 따라 케이블 색도 달라진다. 참고로 OM1과 OM2~5는 직경이 안 맞아서 혼용이 불가능하며 OM2 역시 광학 소스가 달라 OM3~5랑의 혼용이 불가능하다. OM3랑 OM4는 보통 GBIC에서 같이 혼용이 가능하게끔 설계하는 경우가 많은데 OM5는 혼용을 권장하지 않지만 OM3~4랑 혼용이 가능은 하다.
10기가비트 이더넷을 사용하려면 OM3 이상으로 가는 것을 권장하며[10] 40기가비트 이더넷 / 100기가비트 이더넷을 사용하려면 OM5를 사용할 것을 권장된다.[11]
| 구분 | OM1 | OM2 | OM3 | OM4 | OM5 |
| 파장 | 850nm, 1310nm | ||||
| 직경 | 62.5/125μm | 50/125μm | |||
| 케이블 색상 | 주황색 | 회색[12] | 아쿠아색 | 자주색[13] | 라임색 |
| 광학 소스(신호) | LED | VSCEL | |||
| 최대 손실값 |
850nm : 약 3.5dB/km 1310nm : 약 1.5dB/km |
||||
| 대역폭 | 200MHz*km | 500MHz*km | 2,000MHz*km | 4,700MHz*km | 28,000MHz*km |
| 최대 전송속도 | 10Gbps | 100Gbps | |||
| 최대 전송거리 |
2,000m(100Mbps) 275m(1Gbps) 33m(10Gbps) |
2,000m(100Mbps) 550m(1Gbps) 82m(10Gbps) |
2,000m(100Mbps) 550m(1Gbps) 300m(10Gbps) 100m(40Gbps) 70m(100Gbps) |
2,000m(100Mbps) 1,000m(1Gbps) 400m(10Gbps) 150m(40Gbps) 150m(100Gbps) |
550m(10Gbps) 150m(40Gbps) 150m(100Gbps) |
4.1.2. 싱글모드
표준 싱글모드는 G.652A/B/C/D 이렇게 있으며 그 안에서도 OS1과 OS2가 있다. 주로 G.652로 알고 있으면 된다.[14] OS1과 OS2 둘 다 직경은 9/125μm이며 케이블 색상도 둘 다 노란색이다. 그러다 보니 혼용해도 무방하다. 물론 혼용해도 무방하다는 거지 일단 공식적으로는 호환이 안 된다.주로 OS1은 최대 10km까지 사용 가능한 실내용이고 OS2는 최대 200km까지 사용 가능한 야외용[15]이다. 일반적으로 OS2용 GBIC에 OS1 케이블을 꽂아도 OS1용 GBIC에 OS2 케이블을 꽂아도 웬만해서는 통신에 지장 없다고 보면 되지만 간혹 통신 장애가 생기거나 아예 호환이 안 되는 경우도 있으므로 GBIC에 맞는 OS1/OS2 케이블을 꽂는 게 가장 이상적이다. 물론 GBIC 스펙표에 OS1용인지 OS2용인지 명시되어 있지 않으면 OS1/OS2 여부는 GBIC이 지원하는 최대 거리 및 10기가 초과인지 이하인지를 따져서 선택하면 된다.
10G SFP+ GBIC 기준으로 설명하자면 10G SFP+ LR은 OS1 케이블을 사용하면 되고[16] 10G SFP+ LR(20km) / 10G SFP+ ER / 10G SFP+ ZR GBIC은 OS2 케이블을 사용해야 한다.[17] 만일 25G/40G/100G 속도를 지원하는 GBIC이라면 전송 거리 상관없이 무조건 OS2 케이블을 사용해야 한다.
| 구분 | OS1 | OS2 |
| 규격 | ITU-T G.652A/B/C/D | ITU-T G.652C/D |
| 파장 | 1310nm, 1550nm | |
| 직경 | 9/125μm | |
| 케이블 색상 | 노란색 | |
| 심선구조 | Tight buffered | Loose tube |
| 활용 | 실내용(Indoor) | 야외용(Outdoor) |
| 최대 손실값 | 1.0dB/km | 0.4dB/km |
| 최대 전송속도 | 10Gbps | 100Gbps |
| 최대 전송거리 | 10km | 200km |
4.2. 단자
|
|
| 다양한 종류의 광케이블 커넥터 |
대표적으로 LC, SC가 있다. LC의 경우 NIC의 SFP계열 포트에 꽂아서 사용하는 경우가 많다. SC는 LC 타입보다 단자 크기가 2배 크다.
LC, SC 커넥터 외에도 다른 단자 종류가 생각보다 되게 많은 편이다.
4.3. AOC 케이블
광 케이블 + 광 트랜시버(2개)가 하나의 세트로 미리 합쳐서 만들어진 형태의 케이블이다.
AOC 가 Active Optical Cable 의 약자이기에, AOC 케이블 이라고 하면 겹말이 된다.
4.3.1. DAC 케이블
DAC 는 Direct Attach Copper 약자인데, 형태는 AOC 와 유사하다.어차피 트랜시버 모듈이 미리 고정된 형태라면, 굳이 광 케이블로 연결할 필요는 없기 때문에 다른 케이블을 사용할 수도 있다. 그래서, 광케이블 대신 구리선으로 연결한 케이블도 있는데, 이를 DAC 케이블이라고 부른다. 구리선의 구성은 보통 twinaxial[18] 라고 부르는 2심 구조를 사용한다. 광 케이블일 경우와 달리 구리선을 사용할 경우 거리의 제약이 있어 일반적으로 15m 이내 정도만 가능하지만, 상대적으로 AOC 보다 저렴하다는 장점이 있다.
업체에 따라서는 AOC 와 대응하기 위해 AEC (Active Electrical Cable) 라고 부르기도 한다.
경우에 따라서는 AOC, DAC 를 구분하지 않고 그냥 다 DAC 라고 부르기도 하는데, 이 경우는 DAC = Direct Attach Cable 의 약자이다.
5. 만들기
UTP보다는 아무래도 난이도가 있는 편이지만 손재주가 있다면 못할 정도는 아니다. 롤로 구입하면 Cat.6 이상의 UTP보다 케이블값은 비슷하거나 약간 저렴하다.5.1. 만들기에 앞서
광케이블은 한번 꺾이면 사용할 수 없게 되는 특성상 UTP와는 달리 완제품을 요비선 등으로 묶어 벽에 매설하는 것은 거의 불가능하며 이게 고가의 장비가 필요하면서도 높은 불량율을 보이는 야매 조립법으로 만들어 쓰는 이유이다.매설하지 않을 생각이라면 UTP나 DAC가 대체로 나은 선택이 된다. 뒤의 모든 방법을 시도하기 전에 정말 광케이블이 필요한 상황인지 생각해볼 필요가 있다.
5.2. 야매 조립법
주로 KT 가정용 FTTH에 쓰이는 광케이블은 이런 식으로 조립한다.필요한 특수 공구로 사용할 케이블에 맞는 스트리퍼, 직각절단기가 있으며 실패하지 않을 자신이 없다면 Visual Fault Locator정도가 있다. 어쩌다 한두번 쓸 용도라면 AliExpress 등에서 20불~30불 정도로 중국산 풀셋을 맞출 수 있다.
UTP 케이블을 만들 때 RJ45 커넥터를 사용하듯 광케이블을 야매로 만들땐 현장조립형 커넥터를 사용하게 되며, SC형은 국내에서도 쉽게 구할 수 있고 LC형이 필요한 경우 이 역시 AliExpress에서 구할 수 있다. 개당 1불정도 한다.
절차는 광 케이블 접속기를 사용할때와 대동소이한데, 다만 직각절단기로 절단한 코어를 그대로 현장조립형 커넥터에 끝까지 밀어넣고 뚜껑을 닫으면 접속이 완료된다[19]. 이 과정 중에 코어를 덜 밀어넣으면 접속이 되지 않고 너무 밀어넣으면 장력 때문에 시간이 흐르면 끊어지므로 주의.
접속이 잘 됐는지는 Visual Fault Locator를 연결해 빛을 쏴봤을 때 커넥터에 레이저가 한 점으로 밝게 맺히는 것으로 대강 알 수 있으며[20], 그나마도 없다면 그냥 장비에 꽂은 다음 SFP 모듈이 보내오는 정보를 확인하여 손실을 대략 알 수 있다. 이런 식으로 작업하는 경우 주로 단거리 사용일 것이므로 손실은 그다지 중요하지 않으니 링크 여부만 확인해도 무방하다.
5.3. 접속기를 사용하는 방법
자세한 내용은 광 케이블 접속기 문서 참고.코어 두 개를 용접해 붙이는 방법이며, 롤 케이블과 공장에서 만들어져 나오는 커넥터에 약간의 케이블이 붙은 피그테일이 필요하다.
특수공구로는 위의 야매 조립법의 공구들과 함께 접속기가 필요하다. 전문적으로 사용할 게 아니라면 이 역시 AliExpress에서 600불 정도로 구입할 수 있다.
접속기 문서에는 대강 집어넣으면 장비가 알아서 붙여주는 것 처럼 나와 있으나 그건 전문적으로 작업하는 사람의 입장이고 소규모에서는 붙이는것보다 붙은 케이블을 꺼내서 정리하는게 더 어렵고 그렇다고 정리를 대충하면 생각보다 짱짱한 케이블 장력 때문에 코어가 부러진다. 이런 이유로 전문가가 작업하는 모습을 어께너머로라도 본 적이 없다면 이 방법은 추천하지 않는다.
6. 기타
현재 대부분의 광 케이블은 레이저를 사용하고 있으므로, 특히 장거리 전송용일 경우 광 케이블의 끝부분 또는 파손 부위에서 나오는 레이저를 직접 바라보면 안 된다. 영구적인 시력 손상이 올 수 있다. 확인해야 되는 상황이면 전용 장비를 사용하거나 흰 종이 등에 비추거나 카메라 폰으로 찍어서 간접적으로 확인하는 것이 낫다. 단 홈 서버에서 보통 쓰게 되는 10G 미만의 대역폭에 단거리 전송용[21]인 경우 신호가 약해서 흰 종이에 비춰도 간접 확인이 불가능하다. 이런 경우 안 보인다고 눈으로 보지 말고 정말 어쩔 수 없는 경우가 아니면 카메라로 찍자. [22]7. 관련 문서
[1]
주황색에서 붉은색 사이의 레이저 사용. 파란색은 수명 문제와 전달 거리 감소 문제가 있음. 블루레이가 얇은 이유를 잘 생각해 보자.
[2]
100Gbps*80. 즉 약 1Tbps의 데이터가 두 가닥에 실린다.
[3]
신호의 전압이 5단계이고 애초에 선이 4가닥이라 한 가닥의 주파수가 62.5Mhz여도 1Gbps 통신이 가능하다.
[4]
다만 기술의 발전에 따라서 구리선이 허용하는 최대 대역폭은 더 올라갈 수 있긴 하다. 예를 들어 슈퍼컴퓨터에서 쓰는
InfiniBand의 경우 EDR 스펙은 1레인당 25Gbps인데 4레인을 묶어서 100Gbps를 낼 수 있다. 또한 12레인까지 늘여서 300Gbps가 가능하다. InfiniBand가 여러 레인을 사용하는 것처럼
이더넷도 여러 회선을 묶어서 (Link aggregation) 대역폭을 늘리는 것이 가능한데 최대 8회선을 묶어 8배의 대역폭을 가질 수 있다. 또한 데이터센터를 위한 25/40GBASE-T 규격이 나왔고 이에 대응되는 Cat. 8 등급의 케이블은 25/40Gbps를 전송 가능하도록 규정되어 있다. 다만 Cat. 8용 RJ45 커넥터는 표준이 제정되지 않아 DAC 형태로만 가능하다. 시중에 파는 완제품 패치 코드는 인증되지 않은 제품이다.
[5]
FM 라디오처럼 사용할 주파수 범위를 나눠서 동시에 사용하는 방법이다.
[6]
KT 아현지사 화재 사고 문서에도 서술되어 있지만, 사실은 구리선도 두께가 두껍고 무거운 것을 써야하는 구간이라면 복구하는 데 소요시간이 길어질 수도 있음을 각오하는 수밖에 없다.
[7]
도로 공사 중 케이블 절단 사고 등 파손 원인의 시간 장소가 확실하게 파악되는 경우.
[8]
융착 접속은 다이아몬드 컷팅기로 광 케이블의 단면을 아주 반듯이 수평으로 만든 후 열로 융착하는 것이다. 빈틈없이 굉장히 정교하게 이어 붙여야 하기 때문에
광 케이블 접속기라는 고가의 장비가 필요하다.
[9]
GBIC(지빅)이라고 부르기도 한다.
[10]
OM1, OM2 케이블로
10기가비트 이더넷 사용을 권장하지 않는다. OM1, OM2는
기가비트 이더넷까지만 사용할 것을 권장하며 애초에 10Gbps를 지원하는 GBIC이면 웬만해서는 OM3/OM4랑 호환되게 설계되어 있다.
[11]
애초에 OM5가 40기가비트 이더넷과
100기가비트 이더넷에 맞춰서 설계된 광 케이블이다. OM3, OM4 케이블로도 가능은 하나 웬만해서는 OM5 케이블을 사용할 것을 권장한다.
[12]
원래는 OM1처럼 주황색이었다가 회색으로 교체.
[13]
원래는 OM3처럼 아쿠아색이었다가 자주색으로 교체.
[14]
G.653, G.665, G.667 이런 것도 있기는 한데 아예 사용 용도가 다르다.
[15]
실내에서도 사용 가능.
[16]
물론 앞서 말한 대로 OS2 케이블을 사용해도 웬만해서는 문제없다.
[17]
10km 이내에서는 OS1 케이블을 사용해도 되지만 10km 이내에서 사용할 거면 10G SFP+ LR GBIC을 사는 게 경제적이다.
[18]
줄여서 twinax 라고도 부르며 한글로 '트위낙스' 정도로 표기된다.
[19]
자세한 조립법은 현장조립형 커넥터를 구입하면 딸려오는 설명서에 나와있다. 커넥터마다 절단 길이와 절차가 다른 경우가 있으니 설명서를 읽는 것이 좋다.
[20]
단, 광케이블의 경우 한쪽 방향은 잘 들어오더라도 반대쪽은 안되는 경우도 있으니 시행착오를 줄이려면 양방향 모두 테스트해보는 것이 좋다.
[21]
300m 미만
[22]
본다고 바로 시력 상실이 오는 건 아니지만 장기적 영향에 대해서 확인된 바가 없다.