光ファイバーと銅線: ネットワークに適したケーブルの選択

18年2024月XNUMX日

キャサリン

光通信エンジニア

ファイバーまたは銅線のインフラストラクチャの構築とアップグレードには、最適なパフォーマンスと拡張性を実現するために適切なケーブルを選択する必要があります。 光ファイバーと銅線 は、ネットワークケーブルの 2 つの主な種類であり、それぞれがさまざまな用途に適した特性を持っています。このホワイトペーパーでは、これら 2 つのオプションの技術仕様、利点、欠点を検討して比較します。この情報があれば、ネットワークで使用するケーブルを決定する際に、帯域幅、カバー距離、または関連するコストなど、この記事でネットワークのセットアップまたはアップグレードプロセス中に適切なケーブルソリューションを選択するための重要な考慮事項として挙げられているその他の要素を優先するかどうかにかかわらず、ニーズに最も合ったものを選択できます。

光ファイバーケーブルと銅線ケーブルの主な違いは何ですか?

銅ケーブルはどのようにデータを送信するのでしょうか?

銅ケーブルでは、電気信号がデータ伝送に使用されます。電気信号は主に撚り合わせた銅線のペアで作られた金属導体を通過し、そこで電気パルスがデジタル情報に変換されます。この過程で、データは導電性銅材料に沿って流れる電流に変換されます。信号劣化や電磁干渉 (EMI) は、信号伝播の品質と範囲に影響する可能性がありますが、これらのワイヤに適用されるさまざまなシールド方法や撚り合わせ技術は、これらの問題を解決するのに役立ち、さまざまなネットワークニーズに適したデータ通信を保証します。

光ファイバーデータ伝送とは何ですか?

光ファイバーデータ伝送は、電気信号を使用する銅線とは異なり、情報を伝達するために光に依存しています。つまり、光ファイバーはレーザービームまたは発光ダイオード (LED) を使用して高速光パルスを作成し、それを使用してメッセージを送信することで通信用途を実証します。これらのケーブルの壁は、ガラスまたはプラスチックでできたパイプまたはコアを伝わる光を反射する必要があります。これは通常、全反射と呼ばれるプロセスによって行われます。これは、光子が電子よりも速く移動することを示しています。したがって、このアプローチにより、長距離にわたって非常に高い帯域幅が可能になり、信号損失や電磁干渉の影響を受けにくくなるため、光ファイバーは高速で信頼性の高い通信ネットワークに適しています。

帯域幅の比較: 銅線 vs 光ファイバー

帯域幅の点では、光ファイバーは銅線よりも優れています。銅線は通常ギガビット/秒 (Gbps) に制限されますが、光ファイバーははるかに高速でデータを送信でき、通常はテラビット/秒 (Tbps) を達成します。光ファイバーの設計と材料特性により、銅線によく見られる大きな信号損失なしに、より長い距離にわたって情報を送信できます。したがって、大容量で安定した接続が不可欠な高速長距離通信システムには、銅線技術に基づくネットワークではなく光ファイバーネットワークを使用する必要があります。

帯域幅はデータ転送にどのように影響しますか?

銅ケーブルの帯域幅を理解する

銅ケーブルは、物理的および電気的特性により帯域幅を制限します。一般的に、銅ケーブルはツイストペアまたは同軸構成を使用してデータを送信しますが、信号減衰、クロストーク、および電磁干渉が帯域幅に影響します。通常、銅ケーブルは、使用するケーブルのカテゴリに応じて、最大数 Gbps の帯域幅しか維持できません。カテゴリの範囲は数 Mbps です。たとえば、カテゴリ 1e では 5 Gbps の速度がサポートされますが、カテゴリ 6 は短距離で最大 10 Gbps をサポートしますが、距離が長くなったり電磁環境が強くなると速度が低下します。デジタル加入者線 (DSL) は、銅よりも帯域幅を最大化するために高度な変調方式を使用しますが、それでも大容量の光ファイバー代替品には匹敵しません。

光ファイバー帯域幅機能

光ファイバーケーブルは、従来の銅線ケーブルよりもはるかに高い帯域幅を提供します。全反射により、光信号はほとんど損失なく、非常に高速で伝送できます。長距離通信でよく使用されるシングルモードファイバーは、高度な多重化技術を適用すると、100 秒あたり数百テラビットにまで拡張され、最大 XNUMX Gbps 以上のデータレートをサポートできます。

高密度波長分割多重 (DWDM) と呼ばれる方法を使用すると、同じファイバー内でさまざまな波長を使用して、多くの異なるデータストリームを同時に送信できるため、全体的な帯域幅容量が大幅に増加します。さらに、ガラスファイバーまたはプラスチックファイバーの材料特性により、減衰が低減し、電磁干渉に対する耐性が高まり、信号ブースターを必要とせずに 100 キロメートルを超える距離の伝送が可能になります。これらの理由から、光ファイバーは、信頼性とともに高速データレートが求められる現代の通信およびインターネットインフラストラクチャにとって理想的な選択肢であることは明らかです。

銅線と光ファイバーの遅延と信号損失

銅線は、金属内の電気信号の物理的特性により、遅延が大きくなることがよくあります。銅線内の電気抵抗と静電容量、および長距離での電子の速度により、信号の破損と遅延が発生します。これらの種類のケーブルでは、信号の劣化や減衰も大きくなります。そのため、信号強度を維持するために、増幅したり、頻繁に繰り返したりする必要があります。

逆に、光ファイバーケーブルは、ガラスやプラスチックのファイバーに沿って光パルスを介して情報を伝送するため、遅延が発生することはほとんどありません。光は電気よりもはるかに速く移動するため、遅延も低くなります。光ファイバーの製造に使用される材料は減衰率が低いため、他の媒体と比較して信号損失が大幅に減少します。これにより、中継器なしで長距離のデータ伝送が可能になり、信頼性の高いファイバーサービスを備えた効率的な通信インフラストラクチャが作成されます。したがって、銅ケーブルよりもファイバーケーブルの方が、高速データ転送速度と最小限の時間遅延を必要とするアプリケーションに適していることは明らかです。

光ファイバーケーブルと銅線ケーブルを使用する場合のコストへの影響は何ですか?

初期コスト: 銅線ケーブルと光ファイバーケーブル

通常、銅ケーブルの初期費用は光ファイバーケーブルよりも低いため、導入コストが安くなります。銅ケーブルは、使用される技術が十分に開発されており、既存のインフラストラクチャによってサポートされているため、製造と設置の面でも安価です。設置に必要なツールと材料は広く入手可能であるため、ネットワークケーブル敷設の初期費用が削減されます。

一方、光ファイバーケーブルの導入に伴う初期費用は、設置に使用されるさまざまな材料と方法のため高額です。ガラスや特殊プラスチックで作られたこれらの種類のワイヤーは、銅製のものに比べて高価です。さらに、光ファイバーの設置には、多くの場合、特殊な機器と熟練した作業員が必要になるため、コストはさらに高くなります。しかし、速度と信頼性など、長期的なメリットを考慮すると、初期費用が高く、その後のメンテナンス費用が低いにもかかわらず、経済的であり、将来的には安価になると考えられます。

ただし、銅線と光ファイバーのどちらかを賢く選択するためには、通信インフラストラクチャのニーズに応じて、支出に関するあらゆる側面を慎重に検討する必要があります。

銅線と光ファイバーのメンテナンスコストと寿命

銅線は、外部の電磁気、錆、物理的破壊の影響を受ける可能性があるため、一般的にはより頻繁な修理が必要です。これらの要因により、長期間にわたって運用コストが増加する可能性があります。さらに、銅線の寿命は短く、通常は約 20 ～ 25 年です。

一方、光ファイバーケーブルと比較すると、環境下で劣化する可能性は低く、干渉の問題も発生しないため、メンテナンスの手間も最小限で済みます。光ファイバーのメンテナンスは、主にコネクタのクリーニングと、場合によっては機器のアップグレードです。また、光ファイバーケーブルの寿命は 30 年を超える長いため、将来のインフラの持続可能性に向けた優れた投資となります。

総所有コスト分析の点では、光ファイバーの寿命が延び、保守費用が削減されることで、初期設置価格の上昇を相殺できるため、時間の経過とともに実現可能性が高まります。

ネットワークにはどのタイプのケーブルを選択すればよいですか?

使用例: 銅線ケーブルを選択する場合

多くの場合、最も安価なオプションである銅線は、ネットワークインストールの予算が主な懸念事項である場合によく選択されます。銅線は短距離通信でもコスト効率が高いため、光ファイバーケーブルを使用する場合のように最初に多額の投資をすることなく、安定した接続を必要とする中小企業に適しています。銅線を使用するもう 1 つの利点は、Power over Ethernet (PoE) 環境でうまく機能することです。これらのタイプは、電流とともに情報を送信できるため、インフラストラクチャに別の回線が不要になります。銅線はそれほど高速ではなく、長距離にも対応できませんが、多くの一般的なビジネスアプリケーションに十分な十分な帯域幅を提供します。さらに、広く入手可能で設置も簡単なため、ほとんどのネットワークケースで最も実用的な選択肢となっています。

光ファイバーケーブルの利点

光ファイバーケーブルは、現代のネットワークインフラストラクチャの選択肢として多くの利点があります。

より広い帯域幅: 光ファイバーは銅線よりもはるかに広い帯域幅をサポートできます。これにより、大規模なデータセンターや企業は高速化の要件を満たすことができます。この容量により、ネットワークは大きな遅延なしに大量のデータを処理できます。
長距離通信: 他の種類の伝送媒体とは異なり、光ファイバーケーブルは信号を弱めることなく長距離にわたって送信できます。そのため、長距離通信や地理的に分散したサイトの接続に適しています。
電磁干渉 (EMI) に対する耐性: 銅線は電磁干渉や無線周波数干渉に対して非常に脆弱ですが、光ファイバーはそうではありません。その結果、データ伝送エラーが少なくなり、信号減衰も少なくなります。
安全性: 光ファイバー伝送は、光ファイバーケーブルに気付かれずに侵入することが難しいため、他のメディアに比べてセキュリティ上の利点があります。この強力なセキュリティ機能は、機密情報を扱う組織にとって重要です。
強度と耐用年数: 気象条件や人間の活動によって引き起こされる物理的な損傷は、銅ケーブルほど光ファイバーケーブルに影響を与えないため、最終的にはメンテナンスの必要性が少なくなり、寿命が長くなります。

これらの重要な強みを理解することで、企業は特定のネットワークニーズに適したケーブルタイプを選択し、効果的な通信システムを実現できます。

混合環境に関する考慮事項: 銅線と光ファイバーの両方の使用

シームレスな統合と最高のパフォーマンスを実現するために、銅線と光ファイバーを使用した混合環境を設計する際には、多くの点を考慮する必要があります。まず、コストの要素があります。一般的に、銅線ケーブルは光ファイバーケーブルよりも安価で、距離が短く、要求が厳しくないアプリケーションに適しています。ただし、光ファイバーは長距離や高帯域幅の状況で優れたパフォーマンスを発揮するため、初期投資が高くても正当化されます。

もう 1 つの考慮事項は、互換性とインターフェイスです。このような環境では、メディアコンバータ、光ファイバーから銅線へのトランシーバー、またはこれら 2 種類のケーブル間の通信を可能にするその他のネットワークハードウェアが必要になる場合があります。各メディアの長所が適切に活用されるように、適切なネットワークアーキテクチャ設計が必要です。

アプリケーション固有の要件によって、銅線または光ファイバーの導入先も決まります。たとえば、データセンターでは、サーバー間通信時に光ファイバーが提供する低遅延/高速機能のメリットを享受できますが、IP カメラやアクセスポイントなどの Power over Ethernet (PoE) 対応デバイスでは、1 本のワイヤで電力と通信信号の両方が供給される銅線ケーブルが最適です。

最後に、将来性や拡張性も考慮する必要があります。ネットワークの特定の部分で将来的に帯域幅を増やす必要があると予想される場合は、より拡張性の高いオプションを使用する必要があります。そのため、時間の経過とともにパフォーマンスが増加または要求されることが予想されるネットワーク領域では、光ファイバーがより戦略的になります。

したがって、組織はこれらの要素を慎重に考慮して、銅線と光ファイバーの両方を活用しながら、ネットワーク全体で信頼性の高い接続を確保するハイブリッドインフラストラクチャを構築できます。

ネットワークの距離はケーブルの選択にどのように影響しますか?

短距離でのパフォーマンス: 銅ケーブル

銅線は安価で設置が簡単なため、短距離ネットワークで最もよく使用されるオプションです。たとえば、Cat5e、Cat6、Cat6a などの銅製イーサネットケーブルは、十分な帯域幅を提供することで、通常 100 メートルまでの距離内でさまざまなアプリケーションをサポートできます。さらに、銅線には、データと電力の両方が XNUMX 本の線で送信される Power over Ethernet (PoE) を提供できるという別の利点があり、IP カメラやワイヤレスアクセスポイントは導入に最適なデバイスです。ただし、これらの短距離を扱う場合は、信号減衰と電磁干渉 (EMI) に対するシールドが重要な役割を果たします。したがって、信頼性とパフォーマンスを維持するには、正しい設置手順に従う必要があります。

長距離接続: 光ファイバーケーブル

光ファイバーケーブルは、特に銅線と比較した場合、帯域幅、信号忠実度、将来性に関して多くの利点があるため、長距離接続に最適です。銅線とは対照的に、光ファイバーは光を使用してデータを送信するため、信号減衰がはるかに少なく、損失をほとんど伴わずに長距離にわたって情報を伝送できます。シングルモードやマルチモードなどの光ファイバーケーブルは、非常に高速で、電磁干渉 (EMI) の影響を受けにくいため、電気的にノイズの多い環境でも安定した動作が保証されます。優れたパフォーマンス特性のため、光ファイバーはバックホールリンク、データセンター、高速インターネットサービスに不可欠です。この種のインフラストラクチャへの投資は、現在のネットワーク要件を満たすだけでなく、今後の技術変化を予測し、ネットワークの長期的な拡張性と信頼性の戦略的オプションとしての地位を確立します。

銅線と光ファイバーにおける信号減衰

信号損失は銅線や光ファイバーケーブルでも重要です。銅線では金属が電子の流れに抵抗して伝導性が低下し、長距離では信号強度が低下します。この影響は、表皮深さが影響する高周波数ではさらに顕著になります。つまり、電流は主に導体の表面を流れ、電子速度に影響します。これらの現象は適切なシールドやリピータによって管理できますが、完全に排除することはできません。

逆に、光ファイバーの減衰は銅線よりも大幅に低いため、これは光ファイバーと銅線を比較する上での多くの利点の 1 つです。信号損失のほとんどはガラスファイバー内の散乱と吸収によって発生しますが、これは製造段階でのファイバーの品質や、使用される材料などの要因によって変わる可能性があります。伝送用の光源としてシングルモードファイバーやレーザーが使用するコアサイズが小さいため、散乱が最小限に抑えられ、マルチモードファイバーやレーザーに比べて減衰が少なくなります。

どちらのケーブルタイプでも信号の弱化は課題となりますが、光ファイバーは現在市場で入手可能な他のどのケーブルよりもパフォーマンスレベルが優れているため、長距離でも信号損失率が低くなります。

参照ソース

光ファイバ

データ通信

銅導体と銅。

よくある質問（FAQ）

Q: 銅線と光ファイバーの主な違いは何ですか?

A: 光ファイバーと銅線の主な違いは、速度と干渉の受けやすさです。光ケーブルは電気信号 (電子ベース) ではなく光 (光子ベース) としてデータを送信します。つまり、光速で移動するため、銅線よりも転送速度が速くなります。また、光ファイバーは電磁干渉の影響を受けませんが、銅線は電磁干渉の影響を受ける可能性があります。

Q: ネットワークにファイバーを使用する必要があるのはなぜですか?

A: 光ファイバーはより高速で、信頼性が高く、電磁干渉の影響を受けないため、ネットワークには光ファイバーを選択する必要があります。光ネットワークはより高い帯域幅容量をサポートしているため、インターネットサービスの配信がより高速になり、ストリーミングサービスや、大容量のファイルを頻繁に転送する必要があるオンラインゲームなどの需要の高いアプリケーションに適しています。

Q: 光ファイバーではなく銅線を使用する方がよいのはどのような場合ですか?

A: ツイストペア銅線のような銅線は、高速データ転送を必要としない短距離の低コストの設置に使用できます。一般的に銅線は他のケーブルよりも安価ですが、ほとんどの家庭や小規模オフィスのネットワークには十分です。

Q: 長さあたりの光ファイバーのコストは銅線と比べてどうですか?

A: 単位長さあたりのコストで見ると、ファイバーは製造に要する材料と技術のせいで、競合製品よりも高価になる傾向があります。しかし、この投資は、将来的に増え続けるデータ需要からネットワークを保護する高速化、優れた信頼性などを提供するため、長期的には利益をもたらす可能性があります。

Q: 光ファイバーケーブルの有効カバーエリアはどのくらいですか?

A: 銅線の場合、高速伝送に使用すると、大きな信号損失のない最大伝送距離は通常約 100 メートルに制限されるため、特定の要因に応じて最大 1 km ～ 2 km の短距離にのみ適しています。

Q: 気象条件は光ファイバーケーブルに影響を与えますか?

A: 光ファイバーケーブルは悪天候にも非常に強いです。電気を通さないので、銅線ネットワークインフラにダメージを与える可能性のある落雷や湿気の影響を受けにくくなります。

Q: 銅線ネットワークを光ファイバーに変換することは可能ですか?

A: 既存の銅線ネットワークを光ファイバーにアップグレードすることができます。これには銅線を光ファイバーに置き換えることが含まれます。また、同じ伝送をサポートするためにネットワークデバイスをアップグレードする必要がある可能性があるため、光ファイバーと銅線を検討する必要があります。このようなアップグレードによって実現される利点には、速度の向上、帯域幅の拡大、信号信頼性の向上などがあります。

Q: 光ファイバーケーブルでのデータ伝送はどのように機能しますか?

A: 電気信号が光ファイバーケーブルによって光ファイバーを通じて光に変換され、光信号が光と同じ速度でケーブルを通じて伝送されるため、信号強度の損失が最小限に抑えられ、電磁干渉も発生せずに、高速かつ効率的なデータ転送が可能になります。

Q: 銅線の代わりに光ファイバーを使用しなければならない状況はありますか?

A: 大企業や企業、データセンター、周囲に電磁波が大量に存在するその他の場所で経験するような、高速で長距離のデータ転送が必要な場合です。さらに、現代の非常に要求の厳しい環境では、高品質のインターネット接続サービスを提供するために光ファイバー技術に大きく依存しており、銅などの他の素材よりも光ファイバーを使用する利点が明らかになっています。