家庭 10GbE 布线指北

家庭 10GbE 布线指北

速度很重要,比快更快。

前段时间在装修,笔者花了点时间了解其弱电系统的部署,草草整理记录之。

真的有必要部署万兆(10GbE)局域网吗?

除非明确自己有需求,否则大多数没必要。

家庭中使用 1GbE 局域网已经普及快十年了,然而 10GbE 依然是 power user 在吃螃蟹的阶段。面向个人或家庭的万兆设备少得可怜,因此在家庭中布置 10GbE 局域网仍没有成熟的解决方案。现阶段(二零二零年末)的组网方向大概分两类:

  • 预算较为充裕,优先考虑入门级企业产品,统一使用大厂的设备一般能获取最好的兼容性,成本也高
  • 动手能力和学习能力较强,投入足够的时间,能自行解决兼容/匹配性问题,能动手冷接光纤,在闲鱼选购二手设备,以降低采购成本

所以在二零二零年末,如果不是有明确的需求,并不是一个升级 10GbE 的好时机。

光?电?我全都要

既然要在家居布置 10GbE 网络,首先遇到的抉择就是,用光纤还是传统双绞线?

回顾过去二十年,从 100MbE 到 1GbE 过渡十分平稳,不过是双绞线从四芯升级到八芯,100MbE 路由器(实际是交换机)升级到 1GbE,大多数 1GbE 设备无缝向下兼容 100MbE。使用双绞线的优点不言而喻:近十年来装修的房屋都基本预埋八芯的双绞线,而实际上部分超五类的双绞线已经可以在短距离的情况下支援 10GbE 网络1。此外,双绞线一般都比光纤有更好的线缆强度。

但实际情况是,双绞线在 10GbE 网络部署上并不是主流。

1GbE 到 10GbE 的升级并没有这么简单,随着速率越来快,电路传输受电磁环境干扰的缺点越来越明显,而光纤传输则克服了上述缺点,在长距离、高速率传输上越来越普及。因此,光纤成为了 10GbE 网络主要的传输介质。此外,另一个反直觉的事实是,相比利用光纤传输,使用双绞线布置 10GbE 网络总成本反而更高。在部署 10GbE 网络时,不仅要考虑传输介质的成本,交换机,网卡的成本都需要纳入考量范围。10GbE RJ45 的交换机、网卡由于双绞线的不普及,它们的价格都是使用光纤的 SFP 设备的数倍。按标准,部署 10GbE 网络需要使用 Category 6A(超六类)双绞线,相比之前光纤的单价也更低。所以,综合来看仍然是布置光纤成本低。

那既然如此,笔者想起那句中国古话:

小孩子才做选择题,成年人当然是全都要。

因此选择了全屋部署超六类双绞线,重点区域部署光纤的方案。

关于线材与介质

SFP(Small form-factor pluggable transceiver)

很多商业产品上,将 SFP 称为光口,其实是不恰当的,使用 SFP 接口与使用光纤传输并没有绝对的关系。那究竟 SFP 是何方神圣?

维基百科是这样介绍的:

The small form-factor pluggable (SFP) is a compact, hot-pluggable network interface module used for both telecommunication and data communications applications. An SFP interface on networking hardware is a modular slot for a media-specific transceiver in order to connect a fiber-optic cable or sometimes a copper cable.[1] The advantage of using SFPs compared to fixed interfaces (e.g. modular connectors in Ethernet switches) is that individual ports can be equipped with any suitable type of transceiver as needed.

正如上文提到,在 1GbE 时代双绞线已经足够好用了,但是步入 10GbE 时代,双绞线的缺点被放大之时,通信行业希望能灵活选择使用不同的介质进行通信,在不同的场景下选择不同的介质去规避它们的弱点。例如,在超短距离使用电信号进行通信,在稍长距离的时候希望使用光信号进行通信,在不同的距离,他们还希望使用不同波长的光信号进行通信。传统通信设备将端口(传输介质)和设备绑定的设计无法实现他们的想法,于是他们引入了一个中间层(interface) SFP,向设备隔离了传输介质。SFP 的引入使得同一台设备可以支持多种传输介质,SFP 负责把设备的电信号进行 modulation 到物理介质上,或者是把物理介质上的信号进行 demodulation,成为网络设备能处理的电信号。这种解耦的设计在软件工程领域也是十分常见的。

program to interfaces, not implementations.

实际上,市面上仍存在面向 RJ45 接口的 SFP 模块,这类型模块可以使得 SFP 接口的设备也可以使用传统的双绞线通信,这类模块一般价格不菲。

另外值得一提的是,10Gbps 传输的 SFP 标准称为 SFP+,这是本次搭建 10GbE 的讨论重点。

光纤

接头

通常地,在光纤通信的情况下,两个 SFP 模块之间使用光纤连接,两个 SFP 模块插在两端设备上,共同组成一条完整的通信链路。光纤的两端的接头有多种规格,在局域网中最常见是 LC 接头,也俗称小方头。一般来说,使用 LC 接口的 SFP 模块上 LC 接口会成对出现,一个接口负责接收,一个接口负责发送,换言之,连接两个 SFP 模块之间需要一对光纤(商品规格一般称双芯)。

单模与多模

此外,根据光纤承载光的波长不同,分为单模(Single Mode)与多模(Multi-Mode),单模与多模之间并不兼容。换言之单模 SFP 模块必须配合单模光纤使用,多模 SFP 模块必须配合多模光纤使用,混合使用无法工作,更可能会损坏设备。

单模与多模的区别,一个简单的对比如下:

模式 波长 传输距离 光纤直径 光纤成本 光源 SFP 模块成本
单模 较长 较长 较细 较低 激光 较高
多模 较短 较短 较粗 较高 LED 光源 较低

一般来说,在家庭布线(不超过 100m)中,SFP 模块成本占总成本比重较大,组网优先考虑使用多模光纤。

另外需要注意的是,SFP 模块与设备存在兼容性问题,可以购买前和商家确认。

线材类型与接续

众所周知光纤十分脆弱,而且容易折断,一旦折断只能通过熔接进行修复。为了将光纤拉到各种恶劣的环境里,和双绞线一样,市面上大多数成品光纤都在光导纤维外覆盖了保护层,并在线缆上增加了抗拉的钢丝。一般成品光纤分三种类型:

  • 光纤跳线/尾纤:在在光导纤维外覆盖了一层 PVC,线径较细,线材柔软,保护能力较差。一般附带了接头,适合作为室内超短距离连接,在机房里面十分常见。
  • 皮线光缆:通常由两条或更多的钢丝夹着光导纤维,用 PVC 护套固定,比起跳线有一定的抗拉能力。一般散装售卖,不带接头,需要自己进行熔接或冷接。
  • 铠甲光纤:比起皮线光缆,增加了抗腐蚀,抗日照,抗咬等特性,以满足更恶劣环境部署的要求。一般接受定制,成品无法自行熔接。

在家庭布线中,如果所有设备位于同一房间,使用光纤跳线是最简单的。但如果需要将光纤预埋在墙里面,通过走管等方式连接各个房间,皮线光缆或者是铠甲光纤的抗拉能力更优秀。皮线光缆成本更低,布线灵活,但需要自行熔接光纤接头;铠甲光纤需要预先测量每一条线的长度,向商家定制,成本较高。

如果选择皮线光缆布线,则需要考虑熔接的问题,即接光纤接头熔接在皮线两端。常见的方法有热熔接和冷接。热熔接光纤需要昂贵设备,在家庭布线中难以实施。更常见的是冷接,难度和成本较低,普通个人在购买冷接子与冷接工具后可自行操作。冷接的光损会比热熔接高,但在家用场景下,没有体验上的区别。

DAC / AOC

前面提到,一条完整的通信链路是

设备A <--> SFP <--> 光纤 <--> SFP <--> 设备B

而一对 SFP 模块加上光纤的价格普遍在 200 人民币以上,但是也有 SFP 模块与光纤一体的产品,称为 AOC 跳线。对比起单独购买 SFP 模块与光纤跳线,在超短距离上是十分具有性价比的选择。另外也有 SFP 模块与铜线一体的产品,称为 DAC,AOC 与 DAC 使用上并没明显的差异。

DAC / AOC 只适合 10 米以内的传输,而且 SFP 模块与线体无法拆卸更换,灵活性较低,只适合特定的场景使用。

目前装修有必要埋光纤吗?

nice to have。

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