Скорость передачи оптоволоконного кабеля: Какова максимальная скорость передачи по оптоволокну? – описание, достоинства и недостатки, скорость

Содержание

Какова максимальная скорость передачи по оптоволокну?

Скорость доступа по оптоволоконным линиям теоретически почти неограниченна, а практически скорость канала передачи данных бывает 10 Мбит/с, 100 Мбит/с или 1 Гбит/с, это скорость на конечном участке, то есть та скорость, с какой собственно и поступают данные к пользователю и от него.

В 2012 году началась эксплуатация трансатлантического подводного канала передачи нового поколения длинной 6000 километров. Его пропускная способность достигла 100 Гбит/с, что намного выше скорости спутниковой связи. Сегодня подводные оптоволоконные кабели разветвляются прямо на дне океана, обеспечивая потребителя самым высокоскоростным Интернет соединением.

Ученые Министерства обороны Британии разработали специальные очки, которые позволяют солдатам не спать в течение 36 часов. Встроенные оптические микро волокна проецируют яркий белый свет идентичный спектру солнечного света вокруг сетчатки глаза, что «приводит в заблуждение» мозг.

Самая высокоскоростная линия связи в мире длинной около 450 км проложена во Франции и соединяет Лион и Париж. Она произведена на основе технологии «фотонной системы» и позволяет осуществлять передачу данных с рекордной скоростью 400 Гбайт/с и объемом трафика 17,6 терабит в секунду.

Ученые работают над технологией создания оптоволоконных нитей толщиной всего лишь в два нанометра. Для этого они используют паутину крошечного паучка Stegodyphuspacificus. Паучья нить опускается в раствор ортосиликататетраэтила, высушивается и обжигается при температуре 420°С.  При этом паутина выгорает, а сама трубка сжимается и становится тоньше в пять раз.

Специфика нашей компании в применении современных технологий ВОЛС. Мы обладаем всеми необходимыми для этого ресурсами и оборудованием. Звоните операторам нашей компании по телефону 8-800-775-58-45 (для жителей Тулы и области) и 8 800 7755845 (звонок по России бесплатный) прямо сейчас и мы поможем Вам провести сверхскоростной интернет на основе волоконно-оптических систем, спроектировать и построить ВОЛС.

Характеристики и протоколы передачи по оптическому волокну

Большинство технических специалистов, работающих с оптоволокном, знают об отличии многомодовых волокон от одномодовых. Но не все информированы о характеристиках оптических волокон и о протоколах передачи информации по ним. В статье приведены описания конкретных характеристик оптоволокон и протоколов передачи Ethernet, вызывающих, иногда, противоречивые толкования.

Характеристики оптических волокон

Пожалуй, не найдется специалиста-кабельщика, работающего с оптическим волокном, который не знал бы отличие многомодовых волокон от одномодовых. Мы не собираемся повторять прописные истины в данной статье. Остановимся на конкретных характеристиках оптоволокон, вызывающих, подчас, противоречивое толкование.

Оптические волокна допускают распространение сигналов передачи данных вдоль них при условии, что световой сигнал вводится в волокно под углом, обеспечивающим полное внутреннее отражение на границе раздела двух сред из двух типов стекла, имеющего различные показатели преломления. В центре сердцевины находится особо чистое стекло с показателем преломления 1.5. Диаметр сердцевины находится в пределах от 8 до 62,5 мкм. Окружающее ядро стекло, называемое оптической оболочкой, немного менее свободное от примесей, имеет показатель преломления 1.45. Общий диаметр сердцевины и оболочки находится в пределах от 125 до 440 мкм. Поверх оптической оболочки наносят полимерные покрытия, укрепляющие волокно, защитные нити и внешнюю оболочку.

При вводе оптического излучения в волокно, луч света, падающий на его торец под углом больше критического, будет распространяться вдоль границы раздела двух сред в волокне. Каждый раз, когда излучение попадает на границу между ядром и оболочкой, оно отражается обратно в волокно. Угол ввода оптического излучения в волокно определяется максимально допустимым углом ввода, называемым

числовой апертурой или апертурой волокна. Если вращать этот угол вдоль оси сердцевины, формируется конус. Любой луч оптического излучения, падающий на торец волокна в пределах этого конуса, будет передан дальше по волокну.

Находясь внутри сердцевины, оптическое излучение многократно отражаетсяот границы раздела двух прозрачных сред, имеющих различные показатели преломления. Если физические размеры сердцевины оптического волокна существенные, отдельные лучи света будут введены в волокно и, в последующем, претерпевают отражение под разными углами. Поскольку ввод лучей оптической энергии в волокно был осуществлен под разными углами, то и расстояния, которые они проходят, будут также различными. В результате, они достигают приемного участка волокна в разное время. Импульсный оптический сигнал, прошедший по волокну будет расширен, по сравнению с тем, который был отправлен, следовательно, ухудшается и качество переданного по оптоволокну сигнала. Это явление получило название

модовой дисперсии (DMD).

Другой эффект, который тоже вызывает ухудшение передаваемого сигнала, получил название хроматической дисперсии. Хроматическая дисперсия обусловлена тем, что световые лучи разных длин волн распространяютсявдоль оптического волокна с различной скоростью. При передаче серии световых импульсов через оптоволокно, модовая и хроматическая дисперсии, в конечном итоге, могут вызвать слияние серии в один длинный импульс, возникновению интерференции бит сигнала и потере передаваемых данных.

Еще одной типичной характеристикой оптического волокна является затухание. Стекло, используемой для изготовления сердцевины оптического волокна (ОВ), является очень чистым, но, все же, не идеально. В результате, свет может поглощаться материалом стекла в оптоволокне. Другими потерями оптического сигнала в волокне могут быть рассеяние и потери, а также затухание от плохих оптических соединений. Потери при соединении оптоволокон могут быть вызваны смещением сердцевин волокна или его торцевых поверхностей, которые не были отполированы и очищеныдолжным образом.

Сетевые протоколы для оптической передачи Ethernet

Перечислим основные протоколы передачи Ethernet по многомодовым и одномодовым оптическим волокнам.

10BASE-FL — 10 Мбит/с передача Ethernet по многомодовому оптоволокну.

100BASE-SX — 100 Мбит/с передача Ethernet по многомодовому ОВ на длине волны850-nm. Максимальное расстояние передачи до 300 м. Большие расстояния передачи возможны при использовании одномодового ОВ. Обратно совместимый с 10BASE-FL.

100BASE-FX — 100 Мбит/с передача Ethernet (Fast Ethernet) по многомодовому ОВ на длине волны 1300-nm. Максимальное расстояние передачи составляет до 400 м для полудуплексных соединений (с обнаружением коллизий) или до 2 км для полнодуплексной связи. Большие расстояния возможны с применением одномодового ОВ. Не обратно совместим с протоколом 10BASE-FL.

100BASE-BX — 100 Мбит/с передача Ethernet по одномодовому ОВ. В отличие от протокола 100BASE-FX, в котором используются два оптоволокна, 100BASE-BX работает по одному волокну с технологией WDM (Wavelength-Division Multiplexing), которая позволяет разделить длины волн сигнала на приеме и передаче. Для передачи и приема используются две длины волны из возможных: 1310 и 1550 nm или 1310 и 1490 nm. Расстояние передачи до 10, 20, или 40 км.

1000BASE-SX — 1 Гбит/с передача Ethernet (Gigabit Ethernet) по многомодовому ОВ на длине волны 850-nm и на максимальное расстояние до 550 м, в зависимости от используемого класса ОВ.

1000BASE-LX — 1 Гбит/с передача Ethernet (GigabitEthernet) по многомодовому ОВ на длине волны 1300-nm на максимальное расстояние до 550 м. Протокол оптимизирован для передачи на большие расстояния (до 10 км) по одномодовому ОВ.

1000BASE-LH— — 1 Гбит/с передача Ethernet по одномодовому ОВ на максимальное расстояние до 100 км.

10GBASE-SR — 10 Гбит/с передача Ethernet (10 GigabitEthernet) по многомодовому ОВ на длине волны over 850-nm. Расстояние передачи может быть 26 м или 82 м, в зависимости от типа применяемого ОВ с сердцевиной 50- или 62.5 мкм. Поддержка передачи на расстояние 300 м по многомодовому ОВ класса ОМ3 и выше, с коэффициентом широкополосности не менее 2000 MГц/км.

10GBASE-LX4 — 10 Гбит/с передача Ethernetпо многомодовому ОВ на длине волны 1300-nm. Использует технологию WDM для передачи на расстояния до 300 м по многомодовым волокнам. Поддержка передачи по одномодовому ОВ на расстояния до 10 км.

В заключение статьи, приведем некоторые данные по используемым типам многомодовых оптических волокон и стандартам передачи. Данные сведены в табл.1 (выдержки из Стандартов).

Международный Стандарт: ISO/IEC 11801 “GenericCablingforCustomerPremises”

МеждународныйСтандарт: IEC 60793-2-10 “Product Specifications — Sectional Specification for Category A1 Multimode Fibers”

Стандарт ANSI/TIA/EIA-492-AAAx “Detail Specification for Class 1a Graded-Index Multimode Optical Fibers”

(1) класс OM1 многомодовое ОВ с сердцевиной 62.5-мкм или 50-мкм.

(2) класс OM2 многомодовое ОВ с сердцевиной 50-мкм или 62.5-мкм.

(3) класс OM4 ратифицирован IEEE в июне 2010 и является Стандартом 802.ba для 40G/100G Ethernet. Работает на расстояниях до 1000 м по 1 Гбит/с Ethernet, 550 м по 10 Гбит/с Ethernet и 150 м по 40 ГБит/с и 100 ГБит/с сетевым протоколам Ethernet.

(4) Международный Стандарт ISO/IEC 11801 определяет максимальное значение затухания ОВ. Стандарты IEC и TIA описывают(минимальное) или среднее затухание «голого» ОВ.

Источник: Евгений Запорощенко, к.т.н., доцент, главный технический специалист ООО «Сонет Инвест»

Мировые рекорды по скорости передачи информации

Думаете, скорость вашего широкополосного подключения к интернету быстрая? Осторожно, после прочтения данной статьи ваше отношение к слову «быстро» относительно передачи данных может сильно измениться. Представьте объем вашего жесткого диска на компьютере и определитесь, какая скорость его заполнения является быстрой –1 Гбит/с или может быть 100 Гбит/с, тогда 1 терабайтный диск заполнится уже через 10 сек? Если бы книга рекордов Гиннеса констатировала рекорды по скорости передачи информации, то ей бы пришлось обработать все приведенные далее эксперименты.

В конце ХХ в., то есть еще относительно недавно, скорости в магистральных каналах связи не превышали десятков Гбит/с. В то же время пользователи интернета с помощью телефонных линий и модемов наслаждались скоростью в десятки килобит в секунду. Интернет был по карточкам и цены за услугу были немаленькие – тарифы приводились, как правило, в у.е. На загрузку одной картинки порой даже уходило несколько часов и как точно подметил один из пользователей интернета того времени: «Это был интернет, когда за одну ночь можно было только несколько женщин в интернете посмотреть». Такая скорость передачи данных медленная? Возможно. Однако стоит помнить, что все в мире относительно. Например, если бы сейчас был 1839 г., то неким подобием интернета для нас бы представляла самая протяженная в мире оптическая телеграфная линии связи Петербург-Варшава. Длина этой линии связи для ХIХ века кажется просто заоблачной – 1200 км, состоит она из 150 ретранслирующих транзитных вышек. Любой гражданин может воспользоваться этой линией и послать «оптическую» телеграмму. Скорость «колоссальная» – 45 символов на расстояние 1200 км можно передать всего за 22 минуты, никакая конная почтовая связь здесь и рядом не стояла!

Вернемся в ХХI век и посмотрим, что в сравнении с описанными выше временами мы сегодня имеем. Минимальные тарифы у крупных провайдеров проводного интернета исчисляются уже не единицами, а несколькими десятками Мбит/с; смотреть видео с разрешением менее 480pi мы не уже хотим, такое качество картинки нас уже не устраивает.

Посмотрим среднюю скорость интернета в разных странах мира. Представленные результаты составлены CDN-провайдером Akamai Technologies. Как видно, даже в республике Парагвай уже в 2015 году средняя скорость соединения по стране превышала 1.5 Мбит/с (кстати, Парагвай имеет близкий для нас русских по транслитерации домен – *.py).

Общий рейтинг на 3 квартал 2015 года
Общий рейтинг на 3 квартал 2015 года

На сегодняшний день средняя скорость интернет соединений в мире составляет 6.3 Мбит/с. Наибольшая средняя скорость наблюдается в Южной Корее 28.6 Мбит/с, на втором месте Норвегия –23.5 Мбит/с, на третьем Швеция – 22.5 Мбит/с. Ниже приведена диаграмма, показывающая среднюю скорость интернета по лидирующим в этом показателе странам на начало 2017 года.

Общий рейтинг на 3 квартал 2015 года

 

Хронология мировых рекордов скоростей передачи данных

Поскольку сегодня неоспоримым рекордсменом по дальности и скорости передачи являются волоконно-оптические системы передачи, акцент будет делаться именно на них.

С каких скоростей все начиналось? После многочисленных исследований в период с 1975 по 1980 гг. появилась первая коммерческая волоконно-оптическая система, работающая с излучением на длине волны 0,8 мкм на полупроводниковом лазере на основе арсенида галлия.

22 апреля 1977 года в Лонг-Бич, штат Калифорния, компания General Telephone and Electronics впервые использовала оптический канал для передачи телефонного трафика на скорости 6 Мбит/с. При такой скорости, можно организовать одновременную передачу до 94 простейших цифровых телефонных каналов.

Максимальная скорость оптических систем передачи в экспериментальных исследовательских установках этого времени доходило до 45 Мбит/с, максимальное расстояние между регенераторами – 10 км.

В начале 1980-х передача светового сигнала проходила в многомодовых волокнах уже на длине волны 1,3 мкм с помощью InGaAsP-лазеров. Максимальная скорость передачи была ограничена значением 100 Мбит/с вследствие дисперсии.

Общий рейтинг на 3 квартал 2015 года

При использовании одномодовых ОВ в 1981 году при лабораторных испытаниях добились рекордной для того времени скорости передачи 2 Гбит/с на расстоянии 44 км.

Коммерческое внедрение таких систем в 1987 году обеспечивало скорость до 1,7 Гбит/с с протяженностью трассы 50 км.

Как можно было заметить, оценивать рекорд системы связи стоит не только по скорости передачи, здесь также крайне важно на какое расстояние данная система способна обеспечить данную скорость. Поэтому для характеристики систем связи обычно пользуются произведением общей пропускной способности системы B [бит/с] на ее дальность L [км].

Разработка систем волнового мультиплексирования позволила ежегодно увеличивать в несколько раз скорость передачи данных по одному волокну, а с изобретением в 1989 году оптических усилителей стало возможным применение WDM систем на большие расстояния.

В 1991 г удалось организовывать линию со скоростью передачи 2,5 Гбит/с протяженностью 21 000 км. С 1996 г началась коммерческая эксплуатация межконтинентальных WDM систем волоконно-оптической связи.

Общий рейтинг на 3 квартал 2015 года

В 1992 году стали коммерчески доступны волоконно-оптические системы, работающие по одномодовому волокну на длине волны 1550 нм. Рекордная скорость передачи при длине регенерационного участка в 70 км дошла до 10 Гбит/с.

В 1994 году были эксперименты по созданию солитонных ВОЛС. Рекорды передачи в таких линиях составляли 10 Гбит/с при длине 35 000 км и 15 Гбит/с при длине 24 000 км.

Общий рейтинг на 3 квартал 2015 года

Начиная с 2000 года в экспериментальных линиях связи скорость передачи в одном канале составляла уже 40 Гбит/с.

В 2000 году удалось организовать экспериментальную линию протяженностью свыше 3000 км, имеющую скорость передачи 3.28 Тбит/с. Система включала 82 канала, каждый по 40 Гбит/с, таким образом, было достигнуто значение параметра B∙L = 9840 Тбит/с∙км.

К концу 2000 года были доступны коммерческие ВОЛС емкостью 1.6 Тбит/с. Учитывая, что первые поколения ВОЛС в 1980 г. имели максимальную скорость 45 Мбит/с, получается, что всего за 20 лет рекорд скорости передачи увеличился более чем в 30 000 раз.

Олимпийский чемпион, рекордсмен Усэйн Болт
Олимпийский чемпион, рекордсмен Усэйн Болт

Сравнение скоростей
Сравнение скоростей

В 2001 году при применении технологии спектрального уплотнения была достигнута скорость передачи 10,92 Тбит/с (273 оптических канала по 40 Гбит/с), но дальность передачи была ограничена значением 117 км (B∙L = 1278 Тбит/с∙км).

В этом же году был проведен эксперимент по организации 300 каналов со скоростью 11,6 Гбит/с каждый (общая пропускная способность 3.48 Тбит/с), длина линии составила свыше 7380 км (B∙L = 25 680 Тбит/с∙км).

В 2002 г. была построена межконтинентальная оптическая линия протяженностью 250 000 км с общей пропускной способностью 2.56 Тбит/с (64 WDM канала по 10 Гбит/с, трансатлантический кабель содержал 4 пары волокон).

Теперь с помощью единственного оптоволокна можно одновременно передавать 3 миллиона! телефонных сигналов или 90 000 сигналов телевидения.

В 2006 г. Nippon Telegraph и Telephone Corporation организовали скорость передачи 14 триллион бит в секунду (14 Тбит/с) по одному оптическому волокну при длине линии 160 км (B∙L = 2240 Тбит/с∙км).

В этом эксперименте они публично продемонстрировали передачу за одну секунду 140 цифровых HD фильмов. Величина 14 Тбит/с появилась в результате объединения 140 каналов по 111 Гбит/с каждый. Использовалось мультиплексирование с разделением по длине волны, а также поляризационное уплотнение.

Сравнение скоростей

В 2009 г. Bell Labs достигли параметра B∙L = 100 пета бит в секунду умножить на километр, преодолев, таким образом, барьер в 100 000 Тбит/с∙км.

Для достижения таких рекордных результатов исследователи из лаборатории Bell Labs в Villarceaux, Франция, использовали 155 лазеров, каждый из которых работает на своей частоте и осуществляет передачу данных на скорости 100 Гигабит в секунду. Передача осуществлялась через сеть регенераторов, среднее расстояние между которыми составляло 90 км. Мультиплексирование 155 оптических канала по 100 Гбит/с позволило обеспечить общую пропускную способность 15,5 Тбит/с на расстоянии 7000 км. Чтобы осмыслить значение этой скорости, представьте, что идет передача данных из Екатеринбурга во Владивосток со скоростью 400 DVD-дисков в секунду.

Сравнение скоростей

В 2010 г. NTT Network Innovation Laboratories добились рекорда скорости передачи 69.1 терабит в секунду по одному 240-километровому оптическому волокну. Используя технологию волнового мультиплексирования (WDM), они мультиплексировали 432 потока (частотный интервал составил 25 ГГц) с канальной скоростью 171 Гбит/с каждый.

В эксперименте применялись когерентные приемники, усилители с низким уровнем собственных шумов и с ультра-широкополосным усилением в С и в расширенном L диапазонах. В сочетании с модуляцией QAM-16 и поляризационного мультиплексирования, получилось достичь значения спектральной эффективности 6.4 бит/с/Гц.

На графике ниже видна тенденция развития волоконно-оптических систем связи на протяжении 35 лет с начала их появления.

Сравнение скоростей

Из данного графика возникает вопрос: «а что дальше?» Каким образом можно еще в разы повысить скорость и дальность передачи?

В 2011 г. мировой рекорд пропускной способности установила компания NEC, передав более 100 терабит информации в секунду по одному оптическому волокну. Этого объема данных, переданного за 1 секунду, достаточно, чтобы просматривать HD фильмы непрерывно в течение трех месяцев. Или это эквивалентно передаче за секунду содержимого 250 двухсторонних Blu-ray дисков.

101,7 терабит были переданы за секунду на расстояние 165 километров с помощью мультиплексирования 370 оптических каналов, каждый из которых имел скорость 273 Гбит/с.

Сравнение скоростей

В этом же году National Institute of Information and Communications Technology (Токио, Япония) сообщил о достижении 100-терабного порога скорости передачи посредством применения многосердцевинных ОВ. Вместо того чтобы использовать волокно только с одной световедущей жилой, как это происходит современных коммерческих сетях, команда использовали волокно с семью сердцевинами. По каждой из них осуществлялась передача со скоростью 15.6 Тбит/с, таким образом, общая пропускная способность достигла 109 терабит в секунду.

Как заявили тогда исследователи, использование многосердцевинных волокон пока является достаточно сложным процессом. Они имеют большое затухание и критичны к взаимным помехам, поэтому сильно ограничены по дальности передачи. Первое применение таких 100 терабитных систем будет внутри гигантских центров обработки данных компаний Google, Facebook и Amazon.

В 2011 г. команда ученых из Германии из технологического института Karlsruhe Institute of Technology (KIT) без использования технологии xWDM передала данные по одному ОВ со скоростью 26 терабит в секунду на расстояние 50 км. Это эквивалентно передачи в одном канале одновременно 700 DVD-дисков в секунду или 400 миллионов телефонных сигналов.

Начали появляться новые услуги, такие как облачные вычисления, трехмерное телевидение высокой четкости и приложения виртуальной реальности, что опять требовало беспрецедентной высокой емкости оптического канала. Для решения этой проблемы исследователи из Германии продемонстрировали применение схемы оптического быстрого преобразования Фурье для кодирования и передачи потоков данных со скоростью 26.0 Тбит/с. Для организации такой высокой скорости передачи была использована не просто классическая технология xWDM, а оптическое мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и соответственно декодирование оптических OFDM потоков.

Оптическое мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и декодирование оптических OFDM потоков.

В 2012 г. японская корпорация NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation) и три ее партнера: фирма Fujikura Ltd., университет Hokkaido University и университет Technical University of Denmark установили мировой рекорд пропускной способности, передав 1000 терабит (1 Пбит/с) информации в секунду по одному оптическому волокну на расстояние 52.4 км. Передача одного петабита в секунду эквивалентна передаче 5000 двухчасовых HD фильмов за одну секунду.

Оптическое мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и декодирование оптических OFDM потоков.

С целью значительного улучшения пропускной способности оптических коммуникационных систем, было разработано и протестировано волокно с 12-тью сердцевинами, расположенных особым образом в виде соты. В данном волокне благодаря его особой конструкции взаимные помехи между соседними сердцевинами, которые обычно являются главной проблемой в обычных многосердцевинных ОВ, значительно подавлены. В результате применения поляризационного мультиплексирования, технологии xWDM, квадратурной амплитудной модуляции 32-QAM и цифрового когерентного приема, ученые успешно повысили эффективность передачи в расчете на одну сердцевину более чем в 4 раза, в сравнении с предыдущими рекордами для многосердцевинных ОВ.

Волокно с 12-тью сердцевинами, расположенных особым образом в виде соты

Пропускная способность составила 84.5 терабит в секунду на одну сердцевину (скорость канала 380 Гбит/с х 222 каналов). Общая пропускная способность на одно волокно составила 1.01 петабит в секунду (12 х 84.5 терабит).

Также в 2012 г. немного позднее исследователи из лаборатории NEC в Принстоне, Нью-Джерси, США, и Нью-Йоркского научно-исследовательского центра Corning Inc., успешно продемонстрировали сверхвысокую скорость передачи данных со скоростью 1.05 петабит в секунду. Данные передавались с помощью одного многосердцевинного волокна, которое состояло из 12 одномодовых и 2 маломодовых сердцевин.

Волокно с 12-тью сердцевинами, расположенных особым образом в виде соты

Данное волокно было разработано исследователями Corning. Объединив технологии спектрального и поляризационного разделения с пространственным мультиплексированием и оптической системы MIMO, а также используя многоуровневые форматы модуляции, исследователи в результате достигли общей пропускной способности 1.05 Пбит/с, поставив, таким образом, новый мировой рекорд самой высокой скорости передачи по одному оптическому волокну.

Летом 2014 года рабочая группа в Дании, используя новое волокно, предложенное японской компанией Telekom NTT, установила новый рекорд – организовав с помощью одного лазерного источника скорость в 43 Тбит/с. Сигнал от одного лазерного источника передавался по волокну с семью сердцевинами.

Команда Датского технического университета совместно с NTT и Fujikura ранее уже достигала самой высокой в мире скорости передачи данных в 1 петабит в секунду. Однако тогда были использованы сотни лазеров. Сейчас же рекорд в 43 Тбит/с был достигнут с помощью одного лазерного передатчика, что делает систему передачи более энергоэффективной.

Как мы убедились, в связи есть свои интересные мировые рекорды. Для новичков в этой области стоит отметить, что многие представленные цифры до сих пор не встречаются повсеместно в коммерческой эксплуатации, поскольку были достигнуты в научных лабораториях в единичных экспериментальных установках. Однако и сотовый телефон когда-то был прототипом.

Чтобы не перегружать ваш носитель информации, пока остановим текущий поток данных.

Продолжение следует…

Интеллектуальные многоканальные оптоволоконные соединения / Habr

Проблемы высокоскоростной передачи данных

С ростом объёмов передаваемой по сети информации становится всё более актуальной проблема высокоскоростной передачи данных. Высокоскоростная передача данных, как правило, предполагает наличие между узлами сети канала связи с высокой пропускной способностью. При разработке канала с высокой пропускной способностью могут использоваться, как решения на основе медных электрических проводников, так и решения на основе оптических соединений. Любое соединение состоит из передатчика, передающего сигнал, и приёмника, принимающего сигнал. Сигнал по соединению может передаваться, как в одном, так и в двух направлениях. Так оптическое соединение может состоять, например, из оптического передатчика, оптического канала и оптического приёмника. В дуплексном режиме оптический приёмопередатчик обеспечивает, как передачу сигнала, так и приём сигнала по раздельным оптическим волокнам, находящимся, как правило, в одном оптоволоконном кабеле.

На сегодняшний день уже широко применяются каналы, обеспечивающие связь со скоростью более чем 1 гигабит в секунду (1 Гб/с), так называемые «1G-соединения». 1G-соединения хорошо стандартизованы (например, существует общедоступный стандарт Gigabit Ethernet). Оптические 1G-соединения, как правило, используются для передачи данных на дальние расстояние (более чем 100 метров).

Для высокоскоростной передачи данных применяются каналы, обеспечивающие связь со скоростью порядка 10 гигабит в секунду (10 Гб/с), так называемые «10G-соединения». При решении сложных технических задач предъявляются высокие требования к каналам передачи данных, которые становится всё труднее удовлетворять, особенно с помощью медных электрических проводников. Тем не менее, 10G-соединения на основе медных электрических проводников применяются (например, стандарт 10GBASE-CX4). 10GBASE-CX4 обеспечивает передачу данных по четырём экранированным витым парам в каждом направлении (всего восемь витых пар). Такой кабель получается достаточно громоздким (около 10 мм в диаметре) и дорогим в производстве. Кроме того, 10GBASE-CX4 может применяться только для передачи данных не далее, чем на 15 метром. Общим недостатком для всех 10G-соединений, базирующихся на медных проводниках, является высокий уровень потребления энергии. Например, стандарт 10GBASE-T обеспечивает передачу данных на расстояния от 55 до 100 метров, но из-за сложной обработки сигналов потребляет от 8 до 15 ватт на каждый порт. Если рассмотреть стандарт, обеспечивающий передачу данных на расстояния порядка 30 метров, то такое соединение будет потреблять не менее 4 ватт на каждый порт. Применение таких стандартов с высоким потреблением энергии приводит к существенному увеличению стоимости обслуживания соединений, а также вынуждает разработчиков уменьшать плотность размещения портов на передних панелях интерфейсов. Например, потребление энергии порядка 8-15 ватт на каждый порт ограничивает плотность размещения портов до 8 штук (или даже менее) на той же площади, на которой можно разместить до 48 портов, применяя стандарт 1000 BASE-T или 1G-соединение на базе оптоволокна.

Таким образом, исследования рынка электроники показывают, что при разработке каналов с высокой пропускной способностью (10G) всё чаще применяются решения на основе оптических соединений. Так на рисунке ниже представлен график из отчёта компании Luxtera, демонстрирующий изменение во времени зависимости дальности и скорости передачи данных от используемого физического канала передачи данных. График показывает, что к 2014 году произойдёт полный отказ от решений на основе медных проводников в пользу решений на основе оптических и гибридных соединений.

Многоканальные оптоволоконные соединения

Для построения высокопроизводительных систем передачи данных предлагается использовать многоканальные оптоволоконные соединения. Они обеспечивают необходимую низкую плотность оптических волокон, приемлемые размеры кабелей и решают проблему «затора каналов» (duct congestion problem), характерную для одноканальных соединений.

Разработчики многоканальных оптоволоконных соединений стремятся получить высокую плотность каналов при низком уровне потерь и перекрёстных помех. Уровень перекрёстных помех, т.е. максимальная сила влияния каналов друг на друга, определяется характеристиками оптических волокон, а также расстояниями между ними (волокнами). Очевидно, что чем больше расстояние между оптическими волокнами, тем меньше плотность многоканального оптоволоконного соединения. Уровень потерь зависит от характеристик оптических волокон и дальности передачи сигнала. Таким образом, при проектировании многоканального оптоволоконного соединения важно учитывать и оптимизировать все перечисленные выше параметры.

Из существующих средств передачи данных по многоканальным оптоволоконным соединениям можно выделить активный оптический кабель, как наиболее распространённое средство.

Активный оптический кабель

AOC, Electrical-optical active optical cable, US Patent № 2007/0237464 A1 (11 октября, 2007).

Активный оптический кабель (АОК) включает в себя, с одной стороны, встроенный электрический коннектор, а с другой – оптический коннектор. Между ними располагаются несколько оптических волокон, обеспечивающих связь внутри оптического кабеля. Связь может осуществляться, как в одном, так и в двух направлениях.

Предполагается, что хотя бы на одном из концов активного оптического кабеля находится электрический коннектор, но передача сигнала по оставшейся части кабеля осуществляется через оптоволокно. Таким образом, проектировщик сети не обязан предварительно делать выбор между соединением по медным проводникам и оптическим соединением. Вместо этого достаточно, чтобы узлы сети имели специальные порты, поддерживающие либо соединения по медным проводникам, либо оптические соединения.
Дуплексный режим передачи данных реализуется размещением на обоих концах кабеля передающих оптических компонентов (TOSA, transmit optical sub-assembly) и принимающих оптических компонентов (ROSA, receive optical sub-assembly). За управление передающими и принимающими оптическими компонентами отвечают микросхемы. Микросхемы могут размещаться внутри корпусов TOSA и ROSA либо могут быть вынесены за их пределы. При необходимости дуплексный режим может быть отключен. В этом случае передача данных будет осуществляться только в одном направлении (на одном конце кабеля будут размещаться только передатчики, на другом – только приёмники).

Когда электрический сигнал поступает на соответствующие выводы электрического коннектора (через электрический порт), он преобразовывается драйвером лазера и электронно-оптическим преобразователем TOSA в оптический сигнал. Оптический сигнал передаётся по оптоволокну к ROSA, где преобразуется оптико-электронным преобразователем ROSA в соответствующий электрический сигнал. Полученный электрический сигнал поступает на соответствующий вывод электрического коннектора и далее в электрический порт.

Рекомендуемая дальность передачи сигнала по активному оптическому кабелю составляет 30 метров. Увеличение дальности до 100 метров приводит к существенному удорожанию кабеля.

Особенностью АОК является необходимость высокоточного монтажа и юстировки передатчиков сигнала (лазеров) и приёмников сигнала (светочувствительных фотодиодов) относительно физических каналов (оптических волокон). Разработчики таких соединений решают, в основном, технологические проблемы высокоточного монтажа, стремясь разместить как можно больше каналов в корпусах небольших размеров. В качестве альтернативы АОК предлагается технология передачи данных по интеллектуальному многоканальному оптоволоконному соединению (ИМКС).

Интеллектуальные многоканальные оптоволоконные соединения

Патент РФ № 2270493, 2007 г.

Применение технологии ИМКС предполагает, что в случае частичного повреждения нескольких оптических волокон или смещения оптических волокон относительно коннектора соединение может быть оперативно восстановлено без нарушения целостности данных. Таким образом, соединение, построенное на базе технологии ИМКС, обладает свойством регенеративности (самовосстановления).

1 – активированный источник света; 2 – неактивированный источник света; 3 – мат-рица излучателей; 4 – незадействованные волокна оптошины; 5 – задействованные волокна оптошины; 6 –волокна оптошины, в которые были направлены несколько лучей света; 7 – активированные фотодиоды; 8 – неактивированные фотодиоды; 9 – активированные фото-диоды, принявшие сигнал и волокон 6; 10 – матрица фотоприёмников.

На входы лазерной матрицы – источника информации подают электрические импульсы от управляющей микросхемы источника, которые модулируют излучение лазеров. Это излучение по оптошине поступает к матрице фотодиодов, расположенной в приемнике информации, и активирует часть фотодиодов. Активированные фотодиоды генерируют поток электрических импульсов к управляющей микросхеме приёмника.

При соединении оптошину подключают к матрицам передатчика и приемника достаточно произвольно, совмещая лишь оптические области матриц и оптошины путем установки концов оптошины в оптические разъемы микросхем приемника и передатчика. Поэтому, зная только множество активированных фотодиодов матрицы-приемника, невозможно определить, каким из лазеров был испущен активировавший эти фотодиоды сигнал. Один из основных принципов работы ИМКС заключается в том, чтобы до начала передачи данных установить соответствие между каждым лазером и активируемыми этим лазером фотодиодами. Соответствующая процедура коммутации должна быть реализована в протоколе канального уровня. В ходе коммутации определяются каналы для передачи данных, т.е. устанавливается соответствие между лазером и множеством активируемых им фотодиодов.

Процедура коммутации каналов производится однократно до начала передачи данных и никак не влияет на скорость передачи в дальнейшем. При нарушении связи (частичном повреждении части оптических волокон или смещении оптошины относительно матриц приёмника и передатчика) необходимо оперативно обнаружить это нарушение и провести повторную процедуру коммутации каналов. При этом количество каналов может сократиться, т.е. уменьшится пропускная способность соединения, но связь будет восстановлена.

Заключение

Данная статья – попытка рассказать о проблеме высокоскоростной передачи данных и о возможных путях её решения, в частности о многоканальных оптоволоконных соединениях.

Чтобы было понятно моё место в этой истории, скажу, что я являюсь участником группы разработчиков, занимающейся реализацией представленной здесь технологии ИМКС. Если данная тема будет интересна читателям, то готов рассказать о нашей работе подробнее, плюс подготовить заметки на темы:

  • аппаратная часть
  • программная часть
  • разработка, моделирование и верификация протоколов передачи данных

Спасибо за внимание, надеюсь было интересно.

через оптоволокно, максимальная скорость какая может быть?

Опти́ческое волокно́ — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик) , используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Волоконная оптика — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Кабели на базе оптических волокон используются в волоконно-оптической связи, позволяющей передавать информацию на бо́льшие расстояния с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков. Принцип передачи света, используемый в волоконной оптике, был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории (1837—1901 гг.) , но развитие современной волоконной технологии началось в 1950-х годах. Изобретение лазеров сделало возможным построение волоконно-оптических линий передачи, превосходящих по своим характеристикам традиционные проводные средства связи. Стеклянные оптические волокна делаются из кварцевого стекла, но для дальнего инфракрасного диапазона могут использоваться другие материалы, такие как флуоро-цирконат, флуоро-алюминат и халькогенидные стекла. Как и другие стекла, эти имеют показатель преломления около 1,5. В настоящее время развивается применение пластиковых оптических волокон. Оптическое волокно имеет круглое сечение и состоит из двух частей — сердцевины и оболочки. Для обеспечения полного внутреннего отражения абсолютный показатель преломления сердцевины несколько выше показателя преломления оболочки. Например, если показатель преломления оболочки равен 1,474, то показатель преломления сердцевины — 1,479. Луч света, направленный в сердцевину, будет распространяться по ней, испытывая многократные переотражения от границы раздела «сердцевина — оболочка» . Все оптические волокна, используемые в телекоммуникациях, имеют диаметр 125±1 микрон. Диаметр сердцевины может отличаться в зависимости от типа волокна и национальных стандартов. Оптические волокна могут быть одномодовыми и многомодовыми. Диаметр сердцевины одномодовых волокон составляет от 7 до 9 микрон. Благодаря малому диаметру достигается передача по волокну лишь одной моды электромагнитного излучения, за счёт чего исключается влияние дисперсионных искажений. В настоящее время практически все производимые волокна являются одномодовыми. [источник? ] Существует три основных типа одномодовых волокон: 1. Одномодовое ступенчатое волокно с несмещённой дисперсией (стандартное) (англ. SMF — Step Index Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.652 и применяется в большинстве оптических систем связи. 2. Одномодовое волокно со смещённой дисперсией (англ. DSF — Dispersion Shifted Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.653. В волокнах DSF с помощью примесей область нулевой дисперсии смещена в третье окно прозрачности, в котором наблюдается минимальное затухание. 3. Одномодовое волокно с ненулевой смещённой дисперсией (англ. NZDSF — Non-Zero Dispersion Shifted Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.655. Многомодовые волокна отличаются от одномодовых диаметром сердцевины, который составляет 50 микрон в европейском стандарте и 62,5 микрон в североамериканском и японском стандартах. Из-за большого диаметра сердцевины по многомодовому волокну распространяется несколько мод излучения — каждая под своим углом, из-за чего импульс света испытывает дисперсионные искажения и из прямоугольного превращается в колоколоподобный. Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые и градиентные. В ступенчатых волокнах показатель преломления от оболочки к сердцевине изменяется скачкообразно. В градиентных волокнах это изменение происходит иначе — показатель преломления сердцевины плавно возрастает от края к центру. Это приводит к явлению рефракции в сердцевине, благодаря чему снижается влияние дисперсии на искажение оптического импульса. Профиль показателя преломления градиентного волокна может быть параболическим, треугольным, ломаным и т. д.

у компании которая создала Аватар скорость была 40ГБайт/сек вот тут почитай <a rel=»nofollow» href=»http://habrahabr.ru/company/hp/blog/80581″ target=»_blank»>http://habrahabr.ru/company/hp/blog/80581</a>

Смотря что у него внутри…. если 8 витых пар то вроде 100мб\с а если 16…то, непомню сколько точно….

<a rel=»nofollow» href=»http://book.itep.ru/3/optic_32.htm» target=»_blank»>http://book.itep.ru/3/optic_32.htm</a>

Ну очень большая! Просто огромная. Но не бесконечная. Выше скорости света еще ничего не нашли.

Столько много написать ну просто ни о чем, первый ответ заслуживать понимания…

Последний рекорд скорости — 255 Тбит/с

1 петабит в секунду при использовании множества лазеров 43 терабита в секунду при использовании одного источника излучения И всё это ещё не предел

методы и предосторожности / Habr

Статьи по прослушиванию оптоволокна достаточно редки в силу определенной специфики такого рода коммуникаций. По мере удешевления оборудования и стоимости организации каналов связи на основе оптоволокна, они давно применяются в коммерческой практике. Специалистам ИТ, отвечающим за вопросы безопасности коммуникаций, стоит знать об основных источниках угроз и методах противодействия. Данная статья представляет собой перевод научной работы, опубликованной в материалах конференции HONET (High Capacity Optical Networks and Enabling Technologies ) в 2012 году. В сети удалось найти полнотекстовый авторский препринт, датированный осенью 2011 года, который, хотя и содержит некоторые ошибки (авторы не являются оригинальными носителями английского языка), тем не менее достаточно хорошо описывает существующие проблемы.

Скрытное подсоединие к оптоволокну: методы и предосторожности


М. Зафар Икбал, Хабиб Фатхалла, Незих Белхадж

M.Z IQBAL, H FATHALLAH, N BELHADJ. 2011. Optical Fiber Tapping: Methods and Precautions. High Capacity Optical Networks and Enabling Technologies (HONET).

Аннотация

Связь с использованием оптоволокна далеко не так безопасна, как это обычно принято считать. Существует ряд известных методов, используемых для извлечения или вставки информации в оптический канал и позволяющих избежать обнаружения подключения. Ранее сообщалось о нескольких инцидентах, в которых успешное подключение было сложно обнаружить. В данной работе рассматривается ряд известных методов подключения к оптоволокну, приводится отчет о симуляции оптических характеристик волокна, к которому подсоединение выполнено методом сгиба, а также доказательство концепции в виде физического эксперимента. Также представлены схемы различных сценариев, где злоумышленник, обладающий необходимыми ресурсами и использующий существующие технологии, может скомпрометировать безопасность оптического канала связи. Обсуждаются способы предотвращения подключения к оптоволокну, либо минимизации последствий утечки информации, передаваемой по каналу связи.

Данная статья основана на работе, поддерживаемой Королевскими ВВС Королевства Саудовская Аравия.

М. Зафар Икбал работает в Исследовательском Институте Продвинутых Технологий Принца Султана ([email protected])
Хабиб Фатхалла – доцент (помощник профессора) Университета Короля Сауда([email protected])
Незих Белхадж – постдок-исследователь Универитета Лаваля ([email protected])

I. ВВЕДЕНИЕ

В противоположность общему представлению, оптоволокно, по существу, не имеет защиты от сторонних подключений и прослушивания. В настоящее время по оптическим каналам связи передается огромное количество критической и чувствительной информации, и есть риск того, что она может попасть в руки определенных лиц, имеющих необходимые ресурсы и оборудование.

Подключение к оптоволокну (fiber tapping) – процесс, при котором безопасность оптического канала компрометируется вставкой или извлечением световой информации. Подключение к оптоволокну может быть интрузивным либо неинтрузивным. Первый метод требует перерезания волокна и подсоединения его к промежуточному устройству для съема информации, в то время как при использовании второго метода, подключение выполняется без нарушения потока данных и перерыва сервиса. Неинтрузивным технологиям и будет посвящена данная статья.

В настоящее время сообщается лишь о нескольких зафиксированных случаях подключения к оптоволокну. Это связано с большими сложностями в обнаружении места подключения, в то время как собственно подключение выполняется достаточно просто. Вот список основных инцидентов:

  • 2000, В аэропорту Франкфурта, Германия обнаружено подключение к трем главным линиям компании Deutsche Telekom [1].
  • 2003, на оптической сети компании Verizone обнаружено подслушивающее устройство [1].
  • 2005, подводная лодка ВМФ США USS Jimmy Carter модернизирована специальным образом для установки несанкционированных подсоединений к подводным кабелям [2],[3] (Отдельный пост на хабре — Подводная лодка USS Jimmy Carter, её специальные задачи и подводные оптические кабели).

В следующих разделах мы представим краткий обзор способов неавторизованного подключения [4]. Затем мы представим численное представление потери сигнала при сгибании волокна, сопровождаемое отчетом о физической демонстрации прототипа устройства для подключения к оптоволокну, разработанного в нашей лаборатории. Здесь же мы объясним устройство прототипа, используемое при этом оборудование и программное обеспечение. Также мы обсудим возможные сценарии подключения в реальных условиях и обговорим, какие ресурсы нужны для достижения этих целей. В итоге мы предложим несколько методик по защите оптических каналов против подсоединений.
II. МЕТОДЫ ПОДСОЕДИНЕНИЯ К ОПТОВОЛОКНУ

A.Сгибание волокна

При данном методе подключения, кабель разбирается до волокна. Данный способ основан на принципе распространения света через волокно посредством полного внутреннего отражения. Для достижения данного способа угол падения света на переход между собственно ядром волокна и его оболочкой должен быть больше, чем критический угол полного внутреннего отражения.

В противном случае, часть света будет излучаться через оболочку ядра. Значение критического угла является функцией показателей отражения ядра и его оболочки и представлено следующим выражением:

θc=cos-1cladding / μcore ), причем μcladding < μcore;

Здесь θc – критический угол, μcladding — показатель преломления оболочки, μcore — показатель преломления ядра

При сгибании волокна, оно искривляется таким образом, чтобы угол отражения стал меньше чем критический, и свет начал проникать через оболочку

Очевидно, что могут быть два типа сгибов:

1) Микросгиб

Приложение внешнего усилия приводит к острому, но при этом микроскопическому искривлению поверхности, приводящему к осевым смещениям на несколько микрон и пространственному смещению длины волны на несколько миллиметров (рис.1). Через дефект проникает свет, и он может использоваться для съема информации.

Рисунок 1.Микроизгиб
2) Макросгиб

Для каждого типа волокна существует минимально допустимый радиус изгиба. Это свойство также может использоваться для съема информации. Если волокно сгибается при меньшем радиусе, то возможен пропуск света (рис.2), достаточный для съема информации. Обычно минимальный радиус изгиба одномодового волокна составляет 6.5-7.5 см, за исключением волокна специального типа. Многомодовое волокно может быть изогнуто до 3.8 см.


Рисунок 2. Макроизгиб

B. Оптическое расщепление

Оптоволокно вставляется в сплиттер, который отводит часть оптического сигнала. Этот метод является интрузивным, поскольку требует разрезания волокна, что вызовет срабатывание тревоги. Однако, необнаруженное подключение такого типа может работать годами.
С. Использование неоднородных волн (Evanescent Coupling)

Данный способ используется для перехвата сигнала от волокна-источника в волокно-приемник посредством аккуратной полировки оболочек до поверхности ядра и затем их совмещения. Это позволяет некоторой части сигнала проникать во второе волокно. Данный способ трудновыполним в полевых условиях.
D. V-образный вырез (V Groove Cut)

V-образный вырез – это специальная выемка в оболочке волокна близкая к ядру, сделанная таким образом, что угол между светом, распространяющимся в волокне и проекцией V-выреза больше, чем критический. Это вызывает полное внутреннее отражение, при котором часть света будет уходить из основного волокна через оболочку и V-образный вырез.
E. Рассеяние

На ядре волокна создается решетка Брэгга, с ее помощью достигается отражение части сигнала с волокна. Это достигается наложением и интерференцией УФ лучей, создаваемых лазером с УФ возбуждением.
III. МОДЕЛИРОВАНИЕ

А. Методология

Для точной оценки потерь при сгибании оптоволокна типа SMF-28 используется полновекторный частотный решатель Максвелла, основанный на методе конечных элементов высокого порядка и допускающий адаптацию граничных условий — растягивающегося идеально согласованного слоя. Получены векторные расчеты констант распространения и электрических полей мод в изогнутых волноводах. Потери при сгибе рассчитываются на основе мнимой части константы распространения фундаментальной моды. Общие потери получены сложением потерь ортогональной и базовой моды. Результаты, полученные данным способом достаточно точны и были проверены в [5].
B. Данные для моделирования.

Для волокна SMF-28, радиус ядра и показатель преломления представляют собой соответственно.
rc = 4.15 μm и nc=1.4493
В оболочке, они соответственно равны:
rcl = 62.25 μm and ncl=1.444.
Коэффициент преломления воздуха равен 1.
C. Расчет потери мощности.

Радиус изгиба ρ взят по оси x, мода поляризуется вдоль оси y, а распространение идет по оси z, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3

Рисунок 4 представляет собой выраженную в числах потерю на сгибе как функцию радиуса изгиба волокна метровой длины. Наблюдается логарифмическая зависимость потерь относительно радиуса изгиба. Для небольших радиусов изгиба ( ρ < 10 mm ), потери превышают 40 dB/м. При обычных радиусах изгиба ( ρ > 15 mm) потери составляют меньше чем 1 dB/м

Рисунок 4. Численная оценка потери на изгибе, как функции от радиуса изгиба

IV. ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ПОДКЛЮЧЕНИЮ К ОПТОВОЛОКНУ

A. Последовательность действий при подсоединении к оптоволокну.

Полностью операция прослушивания может быть реализована с помощью следующих шагов:
  1. Получение оптического сигнала с волокна
  2. Детектирование сигнала.
  3. Обнаружение механизма передачи (декодирование протокола)
  4. Программная обработка обнаружения фреймов/пакетов и извлечение из них необходимых данных.

Эксперимент включал в себя передачу цифрового видеосигнала через оптический Ethernet с одного компьютера на другой. Подсоединяемое волокно было разделано до оболочки и помещено в оптический каплер (coupler), где волокно сгибается, вызывая излучение некоторого количества света, нарушающего принцип полного внутреннего отражения. Это устройство направляет захваченный свет в однонаправленный конвертер Ethernet. В дальнейшем, фреймы Ethernet обрабатываются и из них реконструируется видеопоток на третьем ПК. Для передачи потока и воспроизведения использовался VLC плеер. Анализатор протоколов WireShark использовался для захвата пакетов, а ПО Chaosreader использовалось для реконструкции видео из захваченных пакетов.

B. Процедура

Программное и аппаратное обеспечение соединено как на рисунке 5. Разделанное волокно проходит от источника видео до приемника, через зажим каплера. В зажиме отводится часть света и попадает в однонаправленный медиаконвертер, считывающий Ethernet-фреймы, которые затем передаются в третий PC, на котором стоит WireShark. Анализатор протокола конвертирует фреймы Ethernet и извлекает такую информацию как MAC –адреса источника и приемника. Также он обрабатывает содержимое фреймов и достает из него IP-пакеты. Информация, полученная из пакетов, включает в себя IP-адреса, сообщения сигнальных протоколов и биты служебной загрузки.

Рисунок 5.Экспериментальная схема для подсоединения к волокну методом изгиба

Пакеты собранные таким способом сохраняются в формате файла pcap (packet capture). Затем файл обрабатывается ПО Chaosreader, который реконструирует оригинальные файлы и создает индекс реконструированных файлов. Для обнаружения нашего захваченного видео, мы смотрим в каталоге и ищем *.DAT файлы большого размера. Затем этот файл открывается в плеере VLC и показывает перехваченную часть видеопотока.

C.Возможные действия при прослушке

Помимо проигрывания видео, экспериментальная система, описанная здесь, может быть использована для выполнения ряда задач по перехвату информации, такой например как сведения для атаки по IP-адресам, кражи паролей, прослушивания VoIP-переговоров, реконструкции сообщений электронной почты с помощью бесплатного, коммерческого или самодельного ПО.
V. ДАЛЬНЕЙШИЕ СЦЕНАРИИ ПОДСОЕДИНЕНИЯ.

Эксперимент, описанный здесь, выполнялся с использованием Ethernet компонентов, по причине их наибольшей доступности. Однако, некоторые сценарии, возможные в реальной жизни, вполне могут выглядеть так:


Рисунок 6 Сценарий подсоединения с удаленной обработкой.

А.Подсоединение к сети передачи данных
.

Ценная информация может быть получена из сетей передачи данных таких как SDH и SONET — двух основных стандартов передачи данных по оптоволокну через магистральные каналы связи и метросети.

Информацию из высокоскоростных сетей достаточно сложно сохранять и обрабатывать, но на рынке доступны высокотехнологичные анализаторы SDH-протоколов, которые могут быть использованы для получения низкоуровневых исходных сигналов[6].Частично это упрощает возможные сложности, связанные со скоростью передачи данных. Такие устройства могут быть впоследствии доработаны для получения различных типов трафика, проходящего через сеть. Например, можно извлекать ethernet поток, который сопоставлен некоторому потоку контейнера VC4.

Подсоединение с удалённой обработкой

Существует две важных стимула заниматься удаленной обработкой:
  • При подключении к дальним высокоскоростным (несколькоГбит/сек) каналам связи, роль хранилища становится крайне важной. Захваченные пакеты заполняют диск крайне быстро.
  • Привлечение сетевых экспертов для работы в полевых условиях может оказаться весьма затратным. Более удобно организовать им работу в удаленном центре обработки где присутствует любое необходимое оборудование, сложно выносимое в поле.

При использовании воображения, можно легко достроить все необходимые сценарии по работе с удаленными данными. Например:

1) Использование беспроводного интернета. При использовании Wi-Fi, прослушивающий компьютер может находиться в другой комнате или фургоне, за пределами здания, где установлено подключение. Эксперт может работать в относительной безопасности с возможностью доступа ко всем ресурсам.
2) Использование микрочастотного или спутникового канала. Наша экспериментальная схема была модифицирована и Ethernet трафик перенаправлялся на направленный спутниковый канал (рис.6).
3) Вставка сигнала.При помощи метода рассеяния, описанного ранее, теоретически возможно создать устройство, которое имеет возможность передавать сигнал внутрь волокна посредством видоизмененной технологии оптического каплинга (coupling)
Можно разработать технологии для постановки помех на волокно без разрыва в связи или даже внедрение зловредной информации.

VI. ЗАЩИТА ОТ ПОДКЛЮЧЕНИЙ.

Есть три основных категории методов предотвращающих или снижающих до минимума влияние посторонних подключений:
A. Наблюдение за кабелем и мониторинг.

1. Мониторинг сигналов вблизи волокна.

Производство оптоволокна с дополнительными волокнами, по которым передается специальный сигнал мониторинга. Использование такого метода увеличит стоимость кабеля, но любая попытка согнуть кабель вызывает потерю сигнала мониторинга, и вызывает срабатывание сигнала тревоги [7].
2) Электрические проводники

Другой метод состоит в интегрировании электрических проводников в кабель, и если оболочка кабеля нарушена, то изменяется емкость между электрическими проводниками и это может использоваться для срабатывания тревоги.
3) Мониторинг мощности мод.

Этот метод применим к мультимодовому волокну, в котором затухание – это функция от моды, в которой распространяется свет. Подсоединение влияет на определенные моды, но при этом затрагивает и другие моды. Это приводит к перераспределению энергии от проводящих мод к непроводящим, что меняет соотношение энергии в ядре волокна и его оболочке. Изменение энергии в модах может быть обнаружено на принимающей стороне соответствующим измерением, что будет являться информацией для принятия решения – есть подключение к кабелю или нет [8].
4) Измерение оптически значимой мощности

В волокне может осуществляться мониторинг уровня оптически значимой мощности. В том случае, если она отличается от установленного значения, срабатывает сигнал тревоги. Однако это требует соответствующей кодировки сигнала, так чтобы в волокне присутствовал постоянный уровень сигнала, не зависящий от наличия передаваемой информации [8].
5) Оптические рефлектометры

Поскольку подсоединение к волокну забирает часть оптического сигнала, для обнаружения подключений могут использоваться оптические рефлектометры. С их помощью можно установить расстояние по трассе, на котором обнаруживается падение уровня сигнала (рис.7) [8]


Рисунок 7. Поиск подключения на оптической трассе с помощью оптического рефлектометра

6) Методы с использованием пилотного тона:

Пилотные тоны проходят по волокну также как и коммуникационные данные. Они используются для обнаружения перерывов в передаче. Пилотные тоны могут использоваться для обнаружения атак, связанных с постановкой помех, но если несущие волновые частоты пилотных тонов не затрагиваются, то данный метод не является эффективным при обнаружении такого рода атак. О наличии подключения можно судить только по существенной деградации уровня сигнала пилотного тона [8]
B. Сильногнущееся волокно.

Эти виды волокна, обычно называемые волокном с низкими потерями и сильным радиусом изгиба, защищают сеть передачи данных, ограничивая высокие потери, возникающие при прокалывании волокна или его сгибании. Кроме того, для светового потока становятся менее повреждающими такие факторы как вытягивание, перекручивание и другие физические манипуляции с волокном. Существуют также другие типы волокна основанные на иных технологиях производства [9].
C. Шифрование

Хотя шифрование никак не препятствует подсоединению к волокну, она делает украденную информацию малополезной для злоумышленников. Шифрование обычно классифицируется по уровням 2 и 3.
1) Шифрование третьего уровня

Пример шифрования третьего уровня – протокол IPSec. Он реализуется на стороне пользователя, так что это вызывает определенные задержки в обработке. Протокол поднимается вначале сессии и общая реализация может быть весьма сложной если в работу вовлечено большое количество сетевых элементов. Рассмотрим, например, разработку мультимедийных подсистем. При первоначальной разработке, связь между различными узлами и элементами является незащищенной. Существенно позже IPSec был встроен в оригинальный дизайн, так как технологии нижнего уровня не предлагали никакого шифрования вообще.
2) Шифрование второго уровня.

Шифрование второго уровня освобождает элементы третьего уровня от любого бремени шифрования информации. Один из возможных источников шифрования второго уровня – это оптический CDMA, который считается относительно безопасным [10-12]. Данное допущение, в основном, базируется на методах расшифровки методом грубой силы и упускает из виду более продвинутые способы. Вероятность успешного перехвата данных является функцией нескольких параметров, включая отношение сигнал/шум, и дробление (fraction) доступной системной емкости. В [12] указывается что увеличение сложности кода может увеличить отношение сигнал/шум, требуемое для злоумышленника чтобы «сломать» кодирование всего лишь на несколько dB, в то время как обработка менее чем 100 бит со стороны злоумышленника может уменьшить отношение сигнал/шум на 12 dB. Перепрыгивание по длинам волн и распределение сигнала во времени в частности, и использование O-CDMA в общем, обеспечивают достаточный уровень секретности, но он высоко зависит от системного дизайна и параметров реализации.
БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарят Исследовательский Институт Продвинутых Технологий Принца Султана за предоставление его ресурсов и выполнение экспериментальной части работы.
VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подсоединение к оптоволокну является весьма осязаемой угрозой интересам национальной безопасности, финансовым организациям а также персональной приватности и свободам. После подключения, получаемая информация может быть использована многими способами в зависимости от мотивации злоумышленника и его технических возможностей. В данной работе мы предоставили концепцию как в виде симуляции, так и в виде физического эксперимента, используя подключение посредством ‘подключения методом сгиба’ и также продемонстрировали возможность существования разных сценариев, выполнимых при помощи доступных технологий. Помимо получения информации с оптоволокна, существует ряд методик, позволяющих вставлять информацию в неё, как в случае с разделением на неоднородных волнах и достигнуть постановки помех или вброса неверной информации. Явная легкость прослушивания оптоволокна требует определенных предосторожностей, что также описано в этой статье.
ССЫЛКИ

  1. Sandra Kay Miller, «Hacking at the Speed of Light », Security Solutions Magazine, April 2006
  2. Davis, USN, RADM John P.«USS Jimmy Carter (SSN-23): Expanding Future SSN Missions». Undersea Waifare, Fall 1999 Vol.2, No. I
  3. Optical Illusion by: Sandra Kay Miller Information security Issue: Nov 2006.
  4. Optical Network Security: Technical Analysis of Fiber Tapping Mechanisms and Methods for detection and Prevention, Keith Shaneman & Dr. Stuart Gray, IEEE Military Communications Conference 2004.
  5. R. Jedidi and R. Pierre, High-Order Finite-Element Methods for the Computation of Bending Loss in Optical Waveguides, lLT, Vol. 25, No. 9, pp. 2618-30, SEP 2007.
  6. FTB-8140 Transport Blazer — 40143 Gigabit SONETISDH Test Module, EXFO
  7. «Optical Fiber Design for Secure Tap Proof transmission», US Patent No. 6801700 B2, Oct. 5,2004.
  8. All Optical Networks (A ON), National Communication System, NCS TIB 00-7, August 2000
  9. DrakaElite, BendBright-Elite Fiber for Patch Cord, Draka Communications, July, 2010
  10. W. Ford, «Computer Communications Security», Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1994.
  11. D. R. Stinson, «Cryptography», Boca Raton, FL: CRC, 1995.
  12. N. Ferguson and 8. Schneier, «Practical Cryptography», Indianapolis, IN: Wiley, 2003.

Расстояния передачи Оптоволокно

ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА теория и практика

Производим и продаем металлорукав, оптом и в розницу, цены здесь: //msd.com.ua/production/proizvodim-i-prodaem-metallorukav/

Для простых дешевых оптоволоконных систем возможны расстояния между повторителями до 5 км. Для высококачественных коммерческих систем теперь без труда доступны расстояния между ‘повторителями до 300 км. Были разработаны системы (без использования повторителей) на расстояния до 400 км. В лабораторных условиях

достигнуты расстояния, близкие к 1000 км, но на рынке они пока недоступны. Одна европейская компания заявила, что в настоящее время разрабатывает оптоволоконный кабель, который можно проложить вдоль земного экватора и без всяких повторителей по нему можно будет передавать4сигнал с одного его конца на другой! Как такое возмож­но? При использовании слегка радиоактивной оболочки входящие фотоны с низкой энергией возбуждают в этой оболочке электроны, которые, в с^ою очередь, излучают фотоны с большей энергией. Таким образом возникает некоторая форма автоусиления. В следующих главах читателю будут разъяснены использованные термины.

Кдбєли

На рынке кабелей с витой парой на скорости передачи 4 Мбит/с доступны расстояния между повторителями до 2,4 км. В случае коаксиальных кабелей на скоростях менее 1 Мбит/с между повторителями возможны расстояния до 25 км.

].2.5. Размер и вес Оптоволокно

По сравнению со всеми другими кабелями для передачи жданных, оптоволоконные кабели очень малы в диаметре и чрезвычайно легки. Четырехжильный оптоволоконный кабель весит примерно 240 кг/км, а*36-основный оптоволоконный кабеле весит примерно лишь на 3 кг больше. Из-за своих небольших по сравнению с традиционными кабелями с такой же пропускной способностью размеров их обычно проще устанавливать в сущест­вующих условиях, а время установки и стоимость в общем ниже, поскольку они легки и с ними проще работать.

Кдбєли

Традиционный кабель может весить от 800 кг/км для кабеля с 36 витыми парами до 5 т/км для высококачественного коаксиального кабеля большого диаметра.

1.2.6. Использование в огнеопасных газовых средах Оптоволокно

Многорежимные волокна, работающие со светодиодными источниками света, подхо­дят для работы в огнеопасных зонах. До недавнего времени считали, что для использова­ния в огнеопасных зонах подходят все типы волокон; однако исследование показало, что определенные волоконные системы с мощными источниками света (лазерами) могут повышать температуру металлической поверхности, на которую они светят, до точки вос­пламенения горючих газов, а также могут при определенных условиях вызывать искры.

КдбЕЛИ

Если системы связи на традиционной кабельной основе не спроектированы очень строго и не придерживаются определенных внутренних стандартов безопасности, они не подходят для использования в огнеопасных зонах. Обычные кабели даже с малыми токами могут создавать между собой искры или дуги, если в передающих цепях не используются средства ограничения тока.

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны включают в себя комбинацию электрических и магнитных полей. Рассмотрим электрический заряд. Он создает вокруг себя электрическое поле. Если заряд движется, он создает магнитное поле. Было теоретически показано и …

Синхронная передача

Здесь передатчик и приемник устанавливают начальную синхронизацию, затем непрерывно передают данные, поддерживая ее на протяжении всего сеанса передачи. Достигается это посредством специальных схем кодирования данных, таких, как манчестерское кодирование (Manchester …

Асинхронндя передача

Здесь передатчик и приемник действуют независимо и обмениваются синхрони­зирующей комбинацией битов в начале каждого кодового элемента (кадра) сообщения. Между одним кадром сообщения и следующим нет фиксированной зависимости. Это анало­гично таким …

Leave a comment