光纤
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光纤（Optical Fiber）通过光脉冲传输数据，以玻璃或塑料纤芯为介质，利用全内反射原理将光约束在纤芯中传播。是现代互联网骨干网和家庭宽带的物理基础。
工作原理
全内反射（Total Internal Reflection）：
纤芯（高折射率）
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包层（低折射率）
光从高折射率介质射向低折射率介质，
入射角超过临界角时发生全反射，光始终在纤芯内传播。
数据传输过程：
电信号 → 激光器/LED → 光脉冲（1=有光，0=无光）→ 光纤 → 光探测器 → 电信号
单模 vs 多模光纤
| 特性 | 单模（SMF） | 多模（MMF） |
|---|---|---|
| 纤芯直径 | 8~10 μm | 50~62.5 μm |
| 光源 | 激光（LD） | LED 或 VCSEL |
| 传输距离 | 数十~数百公里 | 数百米~2km |
| 带宽 | 极高 | 较高 |
| 成本 | 较高（激光器贵） | 较低 |
| 颜色标识 | 黄色 | 橙色（OM1/2）/ 水绿色（OM3/4）/ 浅绿色（OM5） |
| 典型应用 | 运营商骨干、城域网、FTTH | 数据中心内部、园区网 |
多模光纤分类（OM 等级）
| 等级 | 纤芯 | 10GbE 最大距离 | 典型场景 |
|---|---|---|---|
| OM1 | 62.5μm | 33m | 早期遗留 |
| OM2 | 50μm | 82m | 早期遗留 |
| OM3 | 50μm | 300m | 主流数据中心 |
| OM4 | 50μm | 550m | 高密度数据中心 |
| OM5 | 50μm | 550m（40/100GbE） | 新建数据中心 |
光纤接口（连接器）
| 连接器 | 外观特征 | 常见场景 |
|---|---|---|
| LC | 小型，卡扣式 | 数据中心、服务器、SFP 模块 |
| SC | 正方形，推拉式 | 企业网络、家用 ONU |
| FC | 圆形，螺纹锁紧 | 电信机房、仪器测试 |
| ST | 圆形，卡口式 | 早期园区网（已逐渐淘汰） |
| MPO/MTP | 多芯（8/12/24 芯） | 高速数据中心并行传输 |
家庭宽带光猫（ONU）入纤口一般为 SC/APC（绿色研磨面，斜 8°，减少反射）。
光纤 vs 铜缆
| 维度 | 光纤 | 铜缆（超六类） |
|---|---|---|
| 最大带宽 | 数 Tbps（DWDM） | 10 Gbps |
| 最大距离 | 数十公里（单模） | 100m |
| 信号衰减 | 极低（0.2 dB/km） | 较高 |
| 抗电磁干扰 | 完全免疫 | 易受干扰 |
| 安全性 | 极难窃听 | 可感应窃听 |
| 重量/柔性 | 轻，直径细 | 较重，弯折受限 |
| 成本（材料） | 较高 | 低 |
| 供电（PoE） | ❌ 不支持 | ✅ 支持 |
| 典型应用 | 骨干网、长距离、机房主干 | 接入层、桌面到交换机（100m 内） |
家庭宽带接入（FTTH）
FTTH（Fiber To The Home）是主流家庭宽带接入方式：
运营商机房（OLT）
│ 光纤（单模）
│ PON（无源光网络）：一根主干纤分给多户
分光器（Splitter）1:32 或 1:64
│ │ │
ONU ONU ONU（光猫，每户一台）
│ │
家庭路由器 家庭路由器
│
终端设备（Wi-Fi 或有线）
| 术语 | 全称 | 说明 |
|---|---|---|
| OLT | Optical Line Terminal | 运营商机房端设备 |
| ONU/ONT | Optical Network Unit | 用户侧光猫 |
| PON | Passive Optical Network | 无源光网络，分光器无需供电 |
| GPON | Gigabit PON | 下行 2.5Gbps，上行 1.25Gbps |
| XGS-PON | 10G symmetric PON | 上下行均 10Gbps，新建小区主流 |
骨干网与 WDM
骨干网单根光纤通过 WDM（波分复用）同时传输多个波长的光，大幅提升容量：
单根光纤
├── λ1（1270nm）→ 100 Gbps 数据流 A
├── λ2（1290nm）→ 100 Gbps 数据流 B
├── λ3（1310nm）→ 100 Gbps 数据流 C
└── ...（DWDM 可复用 80+ 个波长）
总容量：80 × 100 Gbps = 8 Tbps（单根光纤）
| 技术 | 说明 | 信道间距 |
|---|---|---|
| CWDM | 粗波分复用，低成本 | 20nm |
| DWDM | 密集波分复用，超大容量 | 0.8nm（约 100GHz） |
光模块（SFP）
服务器、交换机通过光模块将电信号转换为光信号：
| 规格 | 速率 | 外形 |
|---|---|---|
| SFP | 1 Gbps | 小型可插拔 |
| SFP+ | 10 Gbps | 同 SFP，升级版 |
| QSFP+ | 40 Gbps | 四路 SFP+ |
| QSFP28 | 100 Gbps | 四路 25G |
| QSFP-DD | 400 Gbps | 八路 50G |
数据中心服务器到 ToR（Top of Rack）交换机一般用 DAC 铜缆（1m 以内）或 SFP+ 多模光纤（数据中心内 300m 以内）。
光纤施工与维护
光纤熔接（Fusion Splicing）：
用熔接机将两段光纤端面熔合，损耗 < 0.1 dB，永久连接
光纤冷接（机械接续）：
快速对接，损耗 0.3~0.5 dB，临时或应急使用
OTDR（光时域反射仪）：
向光纤注入光脉冲，分析反射信号，检测断点位置和接头损耗
类似"光纤界的 traceroute"