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Optisches Netzwerk

Mitarbeiter: John Burke

Ein optisches (photonisches) Netzwerk überträgt Informationen mit Licht und nicht mit elektrischen Strömen/Signalen, um Daten zu übertragen.

In einem wirklich optischen Netzwerk würde jeder Router, Switch und Repeater nur mit Licht arbeiten und die Umwandlung von und zu elektrischen Impulsen würde nur am Ursprungs- sowie Zielort eines Netzwerkpakets erfolgen.

Gegenwärtige kommerzielle Netzwerke vermischen optische und elektronische Netze. Datensignale werden mehrfach von Licht in elektronische oder elektronische in Licht umgewandelt. Sie durchlaufen lange Strecken und Verbindungen mit hoher Kapazität innerhalb von Datenzentren und auf dem Campus. Die Backbones verwenden zwar Licht zu Datenübertragung, aber in allen Routern und Netzwerkgeräten wird in elektrische Signale umgewandelt.

Warum optische Netzwerke verwenden?

Optische Netzwerke haben drei wichtige Eigenschaften: Geschwindigkeit, Reichweite und Kapazität.

Optische Netzwerke reduzieren die Latenzzeit zwischen den Endpunkten im Netzwerk. Wo ein elektrisches Signal die Daten mit etwa 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bewegt (etwa 30.000 Kilometer pro Sekunde), laufen optische Signale in Glasfaserkabeln zehnmal schneller mit Lichtgeschwindigkeit, also 300.000 Kilometer pro Sekunde.

Optische Netzwerke können auch mehr Daten über ein Kabel über größere Entfernungen übertragen: Unter Verwendung von Elektronik und Kupfer werden Geschwindigkeiten über kurze Entfernungen bis zu 100 GBit/s erreicht. Glasfaser kann Daten mit 100 GBit/s über einen einzigen Datenkanal und über Entfernungen von mehreren Kilometern übertragen. Mit Verstärkung sind auch größere Distanzen möglich. Noch höhere Geschwindigkeiten lassen sich durch die Aufteilung eines einzelnen optischen Kabels in mehrere Datenkanäle erreichen.

Da sich die Lichtstrahlen nicht gegenseitig stören, kann ein einziger Strang eines Glasfaserkabels optische Signale auf mehreren Wellenlängen gleichzeitig übertragen, wobei jeder Lichtstrahl seinen eigenen Dateninhalt trägt. Dies wird als Wellenlängenmultiplexing (WDM) bezeichnet. WDM-Netzwerke können ein einzelnes Kabel mit zwei (als grobes Wellenlängenmultiplexen oder CWDM bezeichnet) oder bis zu 160 Kanälen (dichtes Wellenlängenmultiplexen oder DWDM genannt) mit Spitzenkapazitäten von über 10 Terabit pro Sekunde (TBit/s) verwenden.

Optische Vernetzung für Agilität

Die dynamische Bereitstellung, bei der neue optische Kanäle auf einer vorhandenen Glasfaser beleuchtet werden, ermöglicht es Netzwerkmanagern, die Kapazität ihres optischen Netzwerks schnell zu erhöhen. Die Anwender können innerhalb von Tagen oder sogar Stunden mehr Bandbreite erhalten, anstatt der Wochen oder Monate, die ein Dienstanbieter für die Verlegung von Kupferkabeln benötigen würde.

Eine andere optische Netzwerktechnologie, die Freiraumoptik (Free Space Optics, FSO) oder optischer Richtfunk, verwendet Laser ohne Glasfasern und überträgt Daten durch die Luft. Obwohl sie eine geringere Kapazität als optische Netzwerke auf Glasfaserbasis hat und Störungen durch bestimmte Niederschlagsarten (etwa Regen, Schnee, Nebel) ausgesetzt ist, kann das FSO drahtlose Verbindungen hoher Kapazität mit sehr kurzer Vorlaufzeit bereitstellen. Der optische Richtfunk kann auch Daten über größere Entfernungen als WLAN übertragen. In einigen Anwendungsfällen kann es dies für weitaus weniger Geld tun, als wenn Glasfasern gezogen werden müssen.

Optische Netzwerke für die Sicherheit

Während es relativ einfach ist, Kupferkabel anzuzapfen und die über sie laufenden Daten zu mitzulesen, sind optische Signale, die über Glasfaser laufen, schwieriger zu entziffern. Viele Organisationen, die sichere Netzwerke benötigen, wie beispielsweise Regierungs- und Verteidigungseinrichtungen, machen ausgiebigen Gebrauch von optischen Netzwerken und verbinden diese manchmal direkt mit Desktop-Computern. Neuere Generationen von Quantennetzwerken werden es Angreifern unmöglich machen, unbemerkt optische Signale abzuhören.

Wer nutzt optische Netzwerke?

Jeder – oder zumindest jede Art und Größe von Unternehmen.

Leistung, Kapazität, Agilität und Sicherheit machen Glasfaser zu einer weitverbreiteten Wahl für Netzwerk-Backbones auf dem Campus und sogar innerhalb von Gebäuden. Dort sind die Anforderungen an die Bandbreite am höchsten. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit elektromagnetischer Störungen durch andere Gebäudetechnik am größten, beispielsweise durch Hochspannungsstromkabel, die oft in der Nähe der Netzwerkverkabelung verlaufen.

Glasfaser ist auch für Netzwerkdienstanbieter zunehmend attraktiv für die Konnektivität auf der letzten Meile. Zusätzlich zu höheren Kapazitäten und Geschwindigkeiten ermöglicht die Glasfaser problemlos Dienste mit dynamischer Bandbreite, so dass Dienstanbieter ein Portal einrichten können, über das ihre Kunden die Möglichkeit haben, die Menge der benötigten Bandbreite selbst zu bestimmen.

Diese Definition wurde zuletzt im Mai 2020 aktualisiert

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