Ein Lichtwellenleiter (LWL), oft kurz Glasfaser genannt, überträgt Daten als Lichtimpulse in einem dünnen Glasfaden. Weil Licht im Glas extrem verlustarm läuft, erreicht diese Technik Bandbreiten und Reichweiten, an die kein Kupferkabel herankommt: 100 Gbit/s und mehr über viele Kilometer sind Standard, im Weitverkehr sind es mehrere Terabit über eine einzige Faser.
Wie das Licht geführt wird
Der Faden besteht aus einem Kern mit höherem Brechungsindex und einem Mantel mit niedrigerem. Beim Übergang wird das Licht nach innen gebrochen, und flache Strahlen werden an der Grenzfläche vollständig reflektiert (Totalreflexion). Sie bleiben so im Kern gefangen und folgen dem Kabel auch durch enge Bögen, solange der Biegeradius eingehalten wird.
Multimode und Singlemode
- Multimode hat einen Kern von 50 oder 62,5 Mikrometern. Viele Lichtwege laufen gleichzeitig; sie kommen unterschiedlich schnell an, was das Signal zeitlich auseinanderzieht (modale Dispersion). Multimode ist für kurze Wege gemacht — im Rechenzentrum, im Gebäude — und arbeitet meist mit 850 Nanometern. Gebräuchlich sind OM3 und OM4 (Mantel farbig türkis).
- Singlemode hat einen Kern von rund 9 Mikrometern; hier läuft praktisch nur ein einziger Lichtmodus, deshalb gibt es keine modale Dispersion. Mit Lasern bei 1310 und 1550 Nanometern sinkt die Dämpfung auf etwa 0,2 bis 0,4 dB pro Kilometer, und es sind Strecken von Dutzenden Kilometern ohne Zwischenverstärker möglich. Der Mantel ist gelb (OS1/OS2) — Singlemode ist die Technik für Stadtnetze, Carrier und Glasfaser bis ins Haus.
Stecker und Bauteile
Verbindungen entstehen über präzise geschliffene Stecker: LC (klein, der Standard im Rechenzentrum), SC (rechteckig, klassisch in Stadtnetzen) und MTP/MPO für Bündel von 12 oder 24 Fasern. Kleine Einschübe wie SFP, SFP+ und QSFP wandeln zwischen Glas und Elektronik und stecken in Switches und Routern. Für das Senden und Empfangen braucht man zwei Richtungen: Meist liegen zwei Fasern parallel — eine je Richtung, deshalb ist eine Glasfaserstrecke von Natur aus vollduplex-fähig, während Kupfer die Richtungen über getrennte Adernpaare oder Echokompensation trennen muss. Mehrere Signale auf einer Faser bündeln die Wellenlängenmultiplex-Verfahren.
Vorteile und Kosten
- Riesige Bandbreite und sehr geringe Leitungsdämpfung über Kilometer statt Meter.
- Keine elektromagnetischen Störungen: Glas leitet keinen Strom, es gibt weder Einstrahlung noch Rauschen durch Fremdfelder und kein Übersprechen zwischen Fasern. Das erschwert auch das Abhören.
- Keine galvanische Verbindung — ein Blitzschlag auf der Leitung beschädigt nicht beide Enden.
- Gegenüber Twisted Pair und Koaxialkabel kostet Glas mehr: Steckverbinder müssen staubfrei verarbeitet und gespleißt werden, der Biegeradius ist begrenzt, und die Sende- und Empfangselektronik war lange teurer.
Wegen dieser Eigenschaften trägt der Lichtwellenleiter praktisch alle Backbones: zwischen Rechenzentren, in Stadt- und Weitverkehrsnetzen, für Glasfaser bis ins Haus und für Übertragungsmedien im Speichernetz wie Fibre Channel. Die Grenze der nutzbaren Bandbreite setzt nicht mehr das Medium, sondern die Sende- und Empfangstechnik.
Verwandte Grundlagen: Ethernet, Dämpfung, Bitfehlerrate, Kanalkapazität, Kabel und Glasfaser.