Kuitua ja kuparia
Lauri Suoranta • Kuva: Timo simpanen
Kuitua ja kuparia
Langattomien verkkojen yleistymisestä huolimatta kaapelointi pitää pintansa.
Kaapelointi voidaan jakaa karkeasti kolmeen mittakaavaan etäisyyden ja liikennemäärän mukaan. Lähiverkkojen kaapelointi rajoittuu tyypillisesti muutamien satojen metrien säteelle. Vaadittu siirtonopeus on noin gigabitti sekunnissa.
Seuraava mittakaava on muutama kilometri, eli etäisyys palveluntarjoajalta asiakkaan kotiin tai toimistoon. Dsl- ja kaapelimodeemit ovat tässä skaalassa tavanomaisia laitteita, ja ratkaisujen nopeus jää yleensä pariin kymmeneen megabittiin. Tätä kutsutaan toisinaan myös viimeisen mailin ongelmaksi.
Kolmas skaala eli palveluntarjoajien runkoverkot poikkeavat huomattavasti kahdesta edellisestä. Päätelaitteiden välinen etäisyys vaihtelee kymmenistä kilometreistä tuhansien kilometrien valtamerikaapeleihin. Siirtonopeudet ovat suurimmillaan terabittejä.
Parikaapeli on halpa verkottaja
Kuparikaapelia on käytetty puhelinverkoissa jo paljon ennen lähiverkkoja. Signaali moduloidaan kaapeliin nousevana ja laskevana jännitteenä. Kuparikaapelin sähköiset ominaisuudet määräävät erityisesti sen, kuinka korkeita taajuuksia se kykenee siirtämään. Suuret taajuudet merkitsevät lisää siirtokapasiteettia.
Kaapelien ominaisuudet ovat vuosien varrella parantuneet huomattavasti. Tärkeimpiä kaapelityyppejä ovat lähiverkoissa käytetyt cat5, cat5e ja cat6. Kaksi jälkimmäistä soveltuvat nopeasti suosiotaan kasvattaviin gigabitin ethernet-verkkoihin. Sadan megabitin verkkojen cat5 on nopeasti väistymässä. Uusin verkkoihin cat6 on miltei aina järkevin valinta, sillä se ei ole huomattavasti kalliimpaa kuin laadultaan heikompi cat5e.
Kuparikaapelin johtimet kierretään pareiksi, joita ethernet-kaapeleissa on yleensä neljä – johtimia on siis yhteensä kahdeksan. Pareiksi kiertäminen pienentää ulkoisten magneettikenttien kaapeliin indusoimia häiriöitä. Tavallisen suojaamattoman utp-kaapelin (unshielded twisted pair) lisäksi on myös stp- (shielded twisted pair) ja ftp-kaapeleita (foiled twisted pair), joissa johdinpareja suojaa metallivaippa. Suojausta käytetään yleensä vain kiinteästi asennetuissa kaapeleissa.
Ristiinkytketyssä kaapelissa lähettävät ja vastaanottavat parit on vaihdettu päittäin. Tällaista kaapelia on perinteisesti käytetty yhdistämään keskenään kaksi verkkokorttia tai kytkintä. Nykyisin halvimmatkin kytkimet tunnistavat kaapelin kytkentätyypin, joten ristiinkytkettyä kaapelia voi käyttää kuin tavallista.
Viimeinen maili
Adsl-tekniikkaa käytetään asiakkaan ja palveluntarjoajan väliseen tiedonsiirtoon puhelinverkossa. Puhelut kulkevat samassa kaapelissa, mutta käyttävät matalampaa taajuutta kuin data. Tästä syystä modeemin ja puhelinpistokkeen väliin on kytkettävä dsl-suodatin. Suodattimesta huolimatta kohina puhelinlinjalla tyypillisesti kasvaa.
Nykyinen adsl2+-tekniikka kykenee parhaimmillaan 24 megabitin vastaanottoon ja kolmen megabitin lähetysnopeuteen. Vanhemmat adsl1-modeemit pystyvät vain kolmasosaan tästä. Syyllinen vaatimattomiin nopeuksiin on puhelinverkko, jonka kaapelointi ei ole kyllin korkealaatuista nopeaan datasiirtoon.
Dsl-tekniikka paikkaa kaapeloinnin puutteita edistyneellä signaalin moduloinnilla. Todelliset siirtonopeudet laskevat nopeasti etäisyyden ylittäessä kaksi kilometriä. Viimeistään neljän kilometrin etäisyydellä puhelinjakamosta linja on vaimennut käyttökelvottomaksi. Saavutettavaan siirtonopeuteen vaikuttaa myös onni – kaapeloinnin laatu vaihtelee eri paikoissa.
Valo kulkee kuidussa
Valokuitukaapelit valmistetaan optisesti tiheästä materiaalista. Kuidun ja eristeen rajapinnassa tapahtuu kokonaisheijastus – säde pysyy kuidussa. Yksittäiset säikeet ovat ohuimmillaan alle kymmenen mikrometrin paksuisia, joskin edulliset multi-mode-kuidut ovat huomattavasti paksumpia.
Näkyvän valon sijasta kuituverkoissa käytetään yleensä hieman pidempiaaltoista lähi-infrapuna-aluetta. Valo tuotetaan useimmiten ledeillä eli valoa lähettävillä puolijohteilla. Yksittäinen kuitu voi kuljettaa rinnakkain useita signaaleja eri aallonpituuksilla. Tätä kutsutaan wdm-tyypin multipleksaukseksi.
Valokuidulla on kiistattomia etuja. Valo vaimenee kuidussa huomattavasti hitaammin kuin sähköisillä signaaleilla, ja valopulssit ovat immuuneja ulkoisille häiriökentille. Nämä tekijät mahdollistavat kymmenien tai satojen kilometrien yhteydet ilman tarvetta vahvistimille.
Valon suuri taajuus mahdollistaa erittäin suuret siirtonopeudet. Nopein vakiintunut kaapelityyppi eli stm-256 siirtää 40 gigabittiä per aallonpituus, joka voidaan tarvittaessa satakertaistaa multipleksauksella. Teknologian kehitys on edelleen nopeaa.
Kuidulla on toki heikkoutensakin. Esimerkiksi ”optiset kytkimet” ovat hankalia toteuttaa, joten monimutkaisia verkon topologioita kuidulla ei luoda.
Kuoleeko kupari?
Viimeksi kuluneen vuoden aikana palveluntarjoajat ovat ryhtyneet myymään suurehkoille taloyhtiöille sadan megabitin kuituyhteyksiä. Huoneistoihin yhteys jaetaan olemassa olevalla puhelin- tai lähiverkkokaapeloinnilla. Tämä on mainio ratkaisu, mikäli taloyhtiössä on vähintään cat5-tason kaapelointi. Muutoin asukkaan on tyytyminen adsl-yhteyteen, joskin hyvälaatuiseen sellaiseen.
Valokuitu tekee tuloaan myös talojen sisäiseksi kaapelointiratkaisuksi. Yleistymistä vauhdittaa Viestintäviraston tuore määräys, joka edellyttää kaikkiin uusiin asuinkiinteistöihin valmiutta kuidun asennukseen. Vietetäänkö pian kuparikaapelin hautajaisia?
Tuskin. Parikaapeli on vielä pitkään käytännöllinen ja edullinen ratkaisu lyhyillä etäisyyksillä. Kuitu itsessään ei ole kovin kallista, mutta elektroniikka maksaa. Isojen kuitukytkinten toteuttaminen on teknisesti vaativaa, joten hinnat tuskin putoavat nopeasti.
Toisaalta nykyisen gigabitin ethernetin nopeus on yhä kymmenkertainen nopeimpiin nettiyhteyksiin nähden. Kymmenen gigabitin ethernet yleistynee viidessä vuodessa. Dvd-levyllinen tietoa siirtyy tällä nopeudella neljässä sekunnissa, joten kupari tuskin muodostuu pullonkaulaksi aivan lähitulevaisuudessa.
Kotikuidun asettaa outoon valoon myös samaan aikaan käytävä keskustelu runkoverkkojen tukkeutumisesta ja operaattoreiden kaavailemista siirtorajoituksista. Verkkoihin pätee lopulta sama totuus kuin ahmimiseen: ei pidä syödä enempää kuin jalat kantavat. Monet operaattorit ovat viime vuosina tehneet suuria investointeja verkkoihinsa. Uudelle kierrokselle tuskin lähdetään kovin pian, mikäli asiakkaat eivät halua maksaa lisäkapasiteetista.
Sanasto
Atm (Asynchronous Transfer Mode)
Multipleksaus, jota käytetään joissain dsl- ja kuituyhteyksissä. Soveltuu huonosti lähiverkkoihin.
Multipleksaus
Usean datasignaalin siirtäminen samassa mediassa. Signaalit voidaan erottaa aallonpituudella (wdm), taajuudella (fdm) tai aikajaksoilla (tdm).
Sdh (Synchronous Digital Hierarchy)
Optisissa runkoverkoissa käytetty eurooppalainen teknologia. Yhdysvalloissa käytetään Sonetia, joka on lähes identtinen.
Kaapeloitujen verkkojen ominaisuuksia
Verkkotekniikka Kaapeli Enimmäistaajuus Siirtonopeus Suurin välimatka
Adsl2+ Cat3 (kupari) 16 MHz 24 Mbit/s < 3 km
Ethernet 100Base-TX Cat5 100 MHz 100 Mbit/s (1 100 m
Ethernet 1000Base-T Cat6 250 MHz 1 Gbit/s (1 100 m
Ethernet 10Gbase-T Cat6a 500 MHz 10 Gbit/s (1 100 m
Ethernet 10GBASE-SR Om3 (kuitu) 353 THz (850 nm) 10 Gbit/s 300 m
Sdh Stm-256 200 THz (1500 nm) > 1 Tbit/s (2 vaihtelee
1) Molempiin suuntiin, 2) Multipleksattuna
