광케이블
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1. 개요
데이터 전송을 위해서 광섬유로 만든 케이블이다. 레이저를 이용해서 통신하기 때문에 구리선과는 비교할 수 없을 만큼의 장거리 & 고속 통신이 가능하다. 현재 인터페이스는 광 케이블당 100Gbps 를 전송하며[1] 이러한 데이터를 파장으로 변환하여 RX/TX 두 가닥의 광케이블에 약 80개+의 파장을 실을 수 있다. 가시광선~단파 적외선 등의 여러 스펙트럼으로 데이터를 나누어 굉장히 빠른 스케줄링으로 데이터를 전송한다. 파장의 개수나 분류 등은 PON마다 스펙이 다르다. 즉 두 개의 광케이블에 어마어마한 용량의 데이터[2]가 오가고 있는 것.
2. 광케이블이 동축 케이블보다 빠른 이유
왜 광통신이 구리선을 쓰는 동축케이블 보다 빠를까? 구리선은 전기 신호를 보낸다. 전기가 지나가면서 자기장이 발생한다. 물리학에서 잘 밝혀져 있듯, 자기장은 전기장과 계속해서 상호작용을 한다. (이 상호작용은 전자, 전기, 무선, 반도체 계통의 사람들에게는 애증의 관계다)
만약에 우리가 ON(1) 신호와 OFF(0) 신호를 번갈아서 보내게 되면, 앞에 보낸 신호의 자기장 때문에 뒤쪽에 딸려오는 신호가 왜곡되게 된다. 즉, 111001001010... 으로 보냈지만, 전기-자기의 상호작용으로 인해 신호의 감쇄와 왜곡이 일어나고, 111000001110... 과 같은 식으로 받게 된다. 이것을 '''ISI (Intersymbol Interference)'''라고 한다. 랜선이 내부를 보면 구리선을 꼬아 놓은 형태인 이유도 이 때문이고, 이것도 근본적인 해결은 되지 못한다.
결과적으로, 송신측에서는 깔끔하게 0과 1을 구분하는 신호를 보냈는데, 수신측에서는 신호가 뭉개져서 판독이 불가능한 경우가 생긴다는 것이다. 이러면 '''재전송'''을 요청해야 한다. 1번 보내면 될 것을 2번 보내니, 속도는 절반으로 떨어진다. 만약에 운이 좋지 않아 3번 보내게 되면 속도는 1/3로 떨어진다.
그러면 최대한 빠르게 보내면 되지 않을까? 이러면 앞서 보낸 신호와 뒤따르는 신호 간의 영향(ISI)이 훨씬 커지기에, 1010101010... 이렇게 보내도 111111111111... 처럼 신호를 받을 가능성이 더 커진다! 이것은 더 많은 재전송을 요구하게 되어, 오히려 속도가 떨어지게 된다. (말을 빨리하는 친구가 무슨 말 하는지 못 알아 들으니, 다시 말해달라고 하는 것과 비슷하다)
결국 어느 정도 보내는 속도의 타협점이 필요하기 때문에, 일반 소비자용으로는 1Gbps, 기업용으로는 10Gbps 정도가 한계가 된다. 랜선 등급 중에서, Cat.5e와 Cat.6은 1Gbps 전송이 가능하지만, 10Gbps는 Cat.7 랜선을 사용하는 것이 권장되는 것도 Cat.7이 ISI에 대한 대책이 많이 마련되어 있기 때문에 가능한 것이다. 다만 항상은 아니다. IEEE 규격상 10GBASE-T는 Cat7을 사용하도록 되어 있으나, 가정과 같이 노드 간 거리가 짧은 사용 환경 등의 경우 Cat.5e도 풀 10G 속도를 사용하는 데 아무런 문제가 없기 때문.
다만, 기술의 발전에 따라서 구리선이 허용하는 최대 대역폭은 더 올라갈 수 있긴 하다. 예를 들어 슈퍼컴퓨터에서 쓰는 InfiniBand의 경우 EDR 스펙은 1레인당 25Gbps인데, 4레인을 묶어서 100Gbps를 낼 수 있다. 또한 12레인까지 늘여서 300Gbps가 가능하다. InfiniBand가 여러 레인을 사용하는 것처럼, 이더넷도 여러 회선을 묶어서 (Link aggregation) 대역폭을 늘리는 것이 가능한데, 최대 8회선을 묶어 8배의 대역폭을 가질 수 있다. 또한 40GBASE-T 규격이 나왔고, 이에 대응되는 Cat. 8 등급의 케이블은 40Gbps를 전송 가능하도록 규정되어 있다.
하지만 광케이블은 빛을 보내고, 전송되는 빛끼리는 아무런 상호작용이 없기 때문에, ISI가 (거의) 없다고 볼 수 있다. 따라서 '''매우 빠른 속도로 0과 1을 보낼 수 있고''', '''보낸 신호의 왜곡이 (거의) 없기 때문에''' 구리선과는 비교가 안 될 정도로 빠른 것이다. 광 통신 말단 장비의 속도만 받쳐준다면, 가느다란 광 케이블 하나로 수백, 수천 개 집에 인터넷을 공급할 수 있다. 게다가 빛 색깔로 frequency multiplexing까지 가능하니, 얼마나 좋은가?
추가적으로, 신호가 케이블을 통과하다 보면 케이블에서 에너지 손실이 일어나게 된다. 약해지는 신호를 증폭시키기 위해 리피터를 구간 구간마다 둔다. 이때 리피터도 하나의 장비이기 때문에, 지연이 발생할 수밖에 없고, 이는 네트워크의 응답성(latency)과 대역폭(bandwidth)을 떨어트린다. 광케이블은 케이블 자체에서의 에너지 손실이 랜선이나 동축케이블(coaxial)보다 낮기 때문에, 중간에 신호를 증폭시켜 주는 장비가 구리선보다 많이 들어갈 필요가 없다. 당연히 게임 등에서의 지연 시간(ping)이 낮아지는 건 말할 것도 없다.
참고로 알카텔-루슨트 벨 연구소에서는 광케이블을 이용해서 '''초당 100페타비트''' (100 Pbps = 100,000 Tbps = 100,000,000 Gbps)의 전송 시험에 성공한 바 있다. 관련정보
3. 단점
다만 이러한 광케이블에도 단점이 없는 것은 아닌데 대표적으로 다음과 같다.
- 보수가 힘들다. 구리선 같은 것과 다르게, 광케이블에 손상이 생긴 경우 선로 전체를 들어내고 새로 구축해야 한다. 구리선은 배선을 자르고 이어 붙이는 것이 가능하지만[3]광섬유는 그것이 어렵다. 그나마 파손 위치를 정확하게 알고 있다면[4] 손상된 케이블을 잘라내고 융착접속으로 이어 붙이는 방법이 있긴 하다. 하지만, 손상부분을 가늠하기 힘들 뿐만 아니라 융착접속을 하는 방법도 까다롭기 때문에 어지간해선 사용되지 않는다.
- 구부림에 약하다. 광섬유가 깨질 수도 있고, 일정 이상 휘게 되면 신호가 손실될 수 있다. 간혹, 창문틀에 광케이블이 들어갈 만큼의 구멍을 뚫어내는 꼼수로 FTTH를 설치해야 하는 경우, KT에서는 대부분의 주택에다가 기본적으로 FTTH 설치를 이 방식으로 하고있다 보니, 설치기사들에게 주의할 점으로 광케이블은 항상 느슨하게 꺾이도록 할 것이라 강조하며 교육한다.
- 전기 신호를 빛으로, 또 그 반대로 바꾸는 별도의 '트랜시버' 라고 부르는 장치가 필요한데, 트랜시버의 가격이 꽤 나간다.
4. 사용처
광케이블을 이용해서 통신하는 네트워크를 Optical Network라고 부르며, 이중 수동소자를 사용하는 것을 Passive Optical Network 라고 부른다. 능동소자를 사용하는 경우는 'Active Optical Network'라고 부르는데, 비용 문제로 백본망을 구성하는 용도에서나 사용된다.
이를 이용해서 가정집까지 광케이블을 가설하여 인터넷을 제공하는 서비스를 FTTH 라고 부르며, 집 근처까지 가는 경우는 FTTC 라고 부른다.
오디오 데이터를 전송하기 위해서 광케이블을 사용하기도 한다. SPDIF와 TOSLINK 항목 참조.
예전에는 해저 케이블을 동축 케이블 형태의 구리선을 사용했지만, 현재는 광케이블로 구성한다.
RF Over Fiber는 아날로그 라디오 신호를 광 케이블로 전달한다. CATV 전송과 같이 장거리 RF 전달에 사용된다.
산업기기 제어용도에서도 주력으로 사용된다. 특히 서보제어에서 약간의 딜레이나 신호오류가 발생하면 바로 사고로 이어지기 때문에 서보제어용 장비는 거의 다 광케이블을 사용한다고 보면 된다.
5. 같이보기
[1] 주황색에서 붉은색 사이의 레이저 사용. 파란색은 수명 문제와 전달거리 감소 문제가 있음. 블루레이가 얇은 이유를 잘 생각해 보자.[2] 100Gbps*80. 즉 약 1Tbps의 데이터가 두 가닥에 실린다.[3] KT 아현지사 화재 사고#s-5.1 문서에도 서술되어 있지만, 사실은 구리선도 두께가 두껍고 무거운 것을 써야하는 구간이라면 복구하는 데 소요시간이 길어질 수도 있음을 각오하는 수 밖에 없다.[4] 도로공사중 케이블 절단 사고 등