Bidi sfp что такое
Рост трафика приводит не только к увеличению скоростей передачи, но и повышает требования к плотности портов. Общая тенденция наглядно представлена в таблице 1. Самый многочисленный объем оборудования и оптических модулей, это уровень доступа и агрегации.
Ядро сети строят сразу с запасом, так что модернизация его происходит эпизодично и потому появление новинок высокоскоростных модулей отслеживают немногие. Но информация эта нужна и важна, поэтому мы решили собрать данные о новинках в одном месте.
Скорость передачи 1/10G
- Самый безобидный этап оптимизации производства – изготовление модулей из б/у-компонентов. В целом, кроме сокращения срока эксплуатации, это ничем не грозит. Средний RMA для таких модулей до 0.1%
- Следующая категория – изготовление новых модулей из отбракованных компонентов. Такие модули успешно эксплуатируются, если не проходится использовать оборудование в режимах, приближенных к максимальным. RMA для таких модулей до 0.3%
- Далее, "оптимизация" требует отказа от выходного тестирования и использования ручной сборки. Такой вариант влечет самое большое число рисков для конечного пользователя. Кроме выхода из строя самого модуля, не редки случаи повреждения также и порта коммутатора. Обычно, это происходит из-за плохого внутреннего монтажа, что может приводить к короткому замыканию. Средний RMA 0.5%.
Наиболее дешевые модули, которые массово хлынули на рынок, совмещают в себе "оптимизацию" цены 2 и 3 этапа. В начавшейся гонке демпинга цен, приняли участие и основные игроки рынка. К "оптимизации" производства, которую мы рассмотрели ранее, серьезные производители прибегать не стали, но качество используемых компонентов снизилось. Что, в целом, сказалось на запасе "прочности" для модулей.
Отличия SFP+ от XFP
- Миниатюризация корпуса, в следствии которой увеличилась удельная емкость портов на лицевой панели устройств 1 RackUnit. В тоже время из-за уменьшения размеров корпуса ухудшились показатели пассивного охлаждения трансивера из-за уменьшения площади корпуса.
- Отсутствие ограничений скорости передачи. В трансиверах форм-фактора XFP по умолчанию устанавливается чип CDR, который определяет скорость передачи трансивера, как следствие смена прошивки EEPROM не изменит скорости передачи трансивера. Трансиверы SFP+ же не оснащаются чипами CDR (кроме специальных модификаций) в связи с чем, смена скорости возможна путем простой смены микрокода EEPROM.
Цветовая маркировка SFP+ модулей
В трансиверы SFP+ так же перекачивала цветовая маркировка на язычках толкателей модулей, но указаний в спецификации SFF-8432 о ней нет, поэтому она является не регламентированной и цвет SFP+ модуля определяется производителем.
Напомним, что цветовая маркировка трансиверов значительно облегчает идентификацию типа установленного в сетевое оборудование трансивера, без необходимости извлечения его из порта.
Маркировка SFP+ модулей реализуется одним из двух вариантов в зависимости от особенностей корпуса трансивера:
- производитель надевает на скобу для изъятия трансивера цветную втулку;
- наносит метку краской.
Фото с примерами реализации цветовой маркировки SFP+ трансиверов
Каждой длине волны присвоен свой цвет см. таблицу ниже. Более подробно ознакомиться с маркировкой оптических трансиверов Вы можете по ссылке.
OSFP(Octal Small Form factor Pluggable)
Модули OSFP чуть больше по размерам QSFP. Это позволяет улучшить охлаждение и повысить допустимое потребление до 15 Вт (для QSFP-DD допустимое потребление 12 Вт). Для нужд интерконнект и METRO-соединений QSFP-DD более привлекателен. За счет своей компактности и обратной совместимости с QSFP. В связи с чем, OSFP-модули широкого распространения не получат. OSFP будет набирать популярность по мере появления DCO-модулей в этом формате.
В краткосрочной перспективе (2020-2021 годы) основное развитие направления 200/400G – это interconnect (соединение двух устройств на небольшом расстоянии). При этом, важно не столько соединять два устройства на такой скорости, сколько повысить плотность портов для нужд ЦОД. Именно этим обуславливается появление таких форматов как FR и DR, обеспечивающих передачу на короткие расстояния. Поскольку в качестве конечных устройств могут выступать коммутаторы или серверы, то применяются скорости передачи: 2x100G, 4x100G, 8x25G, 8x50G. Полный список доступных сейчас вариантов приведен в таблице 5.
ассмотрим назначение каждого из стандартов:
CR8 - модули соединенные медным кабелем. Для 10/25G подобные модули назывались DAC. Основное назначение стекирование оборудование в рамках одной стойки.
DR4 - пришел на смену PSM4, предназначен для подключения оборудования 100G к портам 400G.
FR4 - соединение оборудование на коротких дистанциях на скорости 400G по SM кабелю.
SR8 - соединение оборудование на коротких дистанциях на скорости 400G по ММ, а также подключение оборудование со скоростями 50G с использование Break-out-кабеля.
2FR4 - данные модули используют для передачи четыре SM-волокна. Передача ведется на длинах волн 1270-1330 нм.
Пример подобного модуля приведен на рисунке ниже.
Обратите внимание, что для подключения используется новый тип коннектора – CS. Данные коннекторы разработаны компанией Senko и предназначены для повышения плотности портов. Как видно из представленного ниже рисунка, разъем стал не только уже, но и ниже. За счет этого стандартный QSFP форм-фактор обеспечивает подключение четырех волокон. В свою очередь, это позволяет передавать не 8 длин волн за раз, а два раза по 4. Использование четырехканального мультиплексора дает меньше оптическое затухание, что, в свою очередь, позволяет снизить требования к оптическим компонентам. Это не только делает оптические модули более дешевыми, но и снижает тепло, выделяемое модулями, что важно в условиях высокой плотности портов.
Виды модулей SFP модулей
С момента публикации первой версии спецификации INF-8074i в 2001 году появилось множество видов и модификаций трансиверов на базе форм-фактора SFP. Ниже мы рассмотрим основные типы и разновидности:
SFP MSA – наиболее распространённый вид трансиверов. Они изготавливаются в соответствии с соглашениями MSA. Это означает, что они соответствуют всем требованиям спецификации и удовлетворяют требованиям стандарта.
Оптические модули SFP можно разделить по технологии передачи на следующие типы:
- Двухволоконные SFP трансиверы – для организации связи используется два оптических волокна, одно для передачи, второе для приема оптических сигналов;
- Одноволоконные (WDM, BiDi) SFP модули – простейший вид системы спектрального уплотнения, так как для передачи и приема оптических сигналов используется одно оптическое волокно, а принимаемый (Rx) и передаваемый (Tx) сигналы имеют разную длину волны;
- CWDM SFP модули – это оптические трансиверы рассчитанные для формирования оптических сигналов в системах грубого спектрального уплотнения CWDM, визуально они ни чем не отличаются от двухволоконных аналогов, но за счет специальных передатчиков – лазеров и CWDM мультиплексоров позволяют создавать многоканальные системы передачи в рамках одного или нескольких волокон;
- DWDM SFP приемо-передатчики – модули используемые в системах спектрального уплотнения DWDM.
Подавляющее большинство используемых сейчас модулей использует двухволоконную схему работы – выделенные порты передатчика и приемника. При этом наибольшую востребованность в Metro-сетях получили CWDM SFP трансиверы, в связи с тем, что при значительно малых первоначальных вложениях при помощи CWDM можно создать достаточно большую и в тоже время отказоустойчивую сеть в рамках города. В то время как, одноволоконные модули прочно заняли позицию в городских сетях на уровне доступа в условиях дефицита волокон и сетях FTTx, одними из самых популярных моделей WDM SFP трансиверов можно назвать одноволоконные модули с дальностью работы 3 км (арт. MT-SFP-G-WDM-03) и дальностью 20 км (арт. MT-SFP-G-WDM-20).
Виды SFP модулей
SFP CWDM-BIDI – это одноволоконный трансивер предназначенный для использования в CWDM системах. Приём и передача, в котором осуществляется по одному волокну на одной волне. Такое решение позволяет вдвое увеличить пропускную способность системы CWDM. Эти модули всегда просто отличить, т.к. вместо разъёма Duplex LC-мама из корпуса выходит пигтэйл с коннектором LC/APC. Дело в том, что внутри модуля установлен оптический циркулятор, для его нормальной работы необходима косая полировка – APC, линейного порта.
Большого распространения данный вид модулей не получил, ввиду сложности изготовления и ограниченности сферы применения – максимальный оптический бюджет таких модулей не превышал 24 дБ.
VideoSFP (SDI-SFP) – решение для передачи видео сигналов. Используется в студийном и вещательном оборудовании.
SDI (последовательный цифровой интерфейс) – это стандарт цифрового видеоинтерфейса, разработанный организацией SMPTE. Два основных вида 3G-SDI, 6G-SDI, 12G-SDI отличаются скоростью передачи, соответственно это 3 Гбит/с, 6 Гбит/с и 12 Гбит/с. Модули 3G-SDI разработаны для паттернов SMPTE 259M, SMPTE 344M, SMPTE 292M и SMPTE 424M, они используются в телевещании и реже в видеонаблюдении. Тогда как 6G-SDI поддерживает паттерн SMPTE 2081 и используется для сервисов 4K/HDTV.
Передача видеоизображения для широкого вещания — это однонаправленная связь. Ввиду этой особенности передаваемого трафика, отличают VideoSFP transmitter (передатчик) и VideoSFP receiver (приёмник). Для организации соединения необходима пара разных модулей. Кроме того, модули VideoSFP могут оснащаться двумя приёмниками или двумя передатчиками, в зависимости от задачи.
Зная эти особенности необходимо подбирать VideoSFP очень внимательно. Ввиду специфичной области применения данный вид SFP мало распространён.
SmartSFP – данный вид модулей отличается не стандартной функциональностью. Обычные трансиверы предназначены для приёма и передачи информации, на этом их функционал заканчивается. Название SmartSFP означает, что модуль несёт дополнительный функционал, либо вообще не предназначен для передачи информации, а выполняет специфические функции. Например это может быть, измерение оптических характеристик линии или измерение качественных характеристик канала передачи. Необходимо отметить, что подобные решения достаточно нишевые и узкоспециализированные, но могут стать идеальным решением задачи.
На нашем сайте представлены модули SmartSFP семейства «Network Migration», они позволяют передавать SDH трафик по IP/MPLS сетям. К примеру, можно перенести каналы STM-1/4/16 в сеть пакетной коммутации или агрегировать потоки Е1 в единый STM-1 канал. Преимуществами использования данного семейства модулей, является возможность освободить оптические волокна, активное оборудование и сократить затраты на электроэнергию.
Copper SFP – широко распространённый вид SFP модулей. Отличительной особенностью является оснащение электрическим интерфейсом RJ45, вместо оптического. Благодаря этому к порту коммутатора можно подключить обычную витую пару. «Медные» SFP изготавливаются с использованием двух интерфейсов SGMII (10/100/1000M) и SerDes (1000M). Соответственно при выборе модуля нужно учитывать особенности сетевого оборудования.
Модуль Copper SFP
CSFP (compactSFP) – необычный вид трансиверов. По сути, это два одноволоконных WDM трансивера в стандартном корпусе SFP. Такой трансивер позволяет организовать два канала по 1G по двум волокнам, используя при этом только один порт в коммутаторе. Разумеется, сам коммутатор должен поддерживать трансиверы такого типа.
Принцип работы SFP модулей
SGMII – данные оптические модули называются в честь интерфейса на котором построены. Они разработаны для согласования портов по скорости. SGMII-SFP позволяют конвертировать порт GigabitEthernet (GE) в порт FastEthernet (FE). Таким образом, к коммутатору порты которого поддерживают только гигабитное подключение можно подключить устройства работающие на меньшей скорости – 100Мбит/с.
xPON – специализированные трансиверы предназначенные для работы в пассивных оптических сетях, с топологией «дерево». Их можно разделить на два вида: OLT (Optical Line Terminal) и ONU (Optical Network Unit). Модули OLT используются в головном оборудовании, до абонентских устройств сигнал передаётся на волне 1490нм (2.5G) и принимается на волне 1310нм (1.25G). Существует несколько классов: B+, C+, C++, которые отличаются оптическим бюджетом.
ONU – трансивер для абонентских устройств, предназначен для установки в пакетные Ethernet коммутаторы и бытовые роутеры оснащенные SFP портом. Для согласованной работы класс ONU должен соответствовать классу OLT. Трансиверы SFP ONU не отличаются большой популярностью, т.к. технология PON рассчитана на массовое применение, в то время как бытовые устройства редко оснащаются SFP портами. В основном ONU это отдельно стоящее устройство, работающее от сети 220В.
Съемный приемо-передающий трансивер форм-фактора SFP+ (Enhanced Small Form factor Pluggable) представляет собой компактное устройство в металлическом корпусе. Так как модуль форм-фактора SFP+ является эволюцией стандарта SFP – основные компоненты остались те же: с одно стороны, трансивер оснащен контактной группой для подключения к SFP+ порту сетевого устройства, а с другой стороны оптическим интерфейсом или электрическим интерфейсом RJ-45 (разъем 8Р8С) для подключения к линии передачи.
Оптические модули SFP+ предназначены для передачи и приёма оптических сигналов между сетевыми устройствами, соединенными между собой волоконно-оптическими линиями связи со скоростью передачи данных от 1.25 Гбит/с до 11.3Гбит/с. «Медные» SFP+ модули используются для приема и передачи электрических сигналов по витой паре по протоколам 10Gbase-T / 5Gbase-T / 2.5Gbase-T / 1000base-T. Наибольшую популярность на телекоммуникационном рынке России получили модификация SFP+ модулей со скоростью передачи 10 Гб/с, причем, как простые двухволоконные SR/LR, так и более «сложные» DWDM SFP+.
Спецификация SFF-8432 описывает конструкцию и размеры корпуса, устройство электрического интерфейса SFP+ трансиверов, а так же конструкцию и размеры SFP+ порта. Существует ряд спецификаций, которые описывают отдельные модификации и скорости передачи, основные документы можно найти на этой странице. Отраслевой стандарт SFF-8472 в свою очередь описывает работу управляющего интерфейса модулей SFP+.
Варианты подключения низкоскоростных модулей к более скоростным
How Many BiDi Module Types?
The common types of BiDi transceivers used in today's networks are 1G/10G BiDi SFPs. The most common optical wavelengths for this transceiver are 1310/1490 nm, 1490/1550 nm, and 1310/1550 nm. They are designed for 1/10 GB deployment and can reach up to 80km distance. BiDi variants are also available for the form factor XFP X2 for 10G, GBIC for 1G.
The 25G SFP28 BiDi transceiver supports connections up to 10km over single-mode fiber and uses LC connectors. The wavelengths are 1330TX/1270RX and 1270TX/1330RX.
The 100G QSFP28 BiDi CWDM4 transceiver supports connections up to 2km over single-mode fiber and uses LC connectors. The wavelengths are 1271 nm, 1291 nm, 1311 nm, and 1331 nm.
The 40GBase QSFP+ BiDi has two 20G channels that support connections up to 100 meters on OM3 MMF and up to 150 meters on OM4 MMF. It uses an LC Duplex connector and the wavelength is 850nm. QSFP+ BiDi is a cost-effective solution for a 10G to 40G upgrade.
Частотная передача
Каналы передаются на разных длинах волн с использованием встроенного мультиплексора. Для передачи каналов используются длины волн 1270 - 1330 нм. Оптический модуль имеет разъем двойной LC. Для соединения используется одномодовый кабель. Возможные варианты модулей представлены таблице 3.
Среди 40G-модулей хочется обратить внимание на нижеследующие модели:
Параллельная передача
Для передачи используют 4/8 пар волокон. Для этого применяются патчкорды MPO, которые могут иметь 8/12/24 волокон. При этом, для передачи 40/100G используется только 8, а для 400G – 16 волокон. Для совместимости оптические модули имеют MPO-разъемы формата MPO-12 или MPO-24 (рисунок 1). Схема распределения оптических волокон показана на рисунке 2.
Рисунок 1. Разъем MPO оптического модуля 40/100G
Рисунок 2. Схема распределения каналов для MPO
При выборе патчкорда следует учитывать, что он должен быть типа "мама". Для SR4 модулей используется мультимодовый, кроссовый, патчкорд с полировкой UPC. Визуально он должен иметь цвет экстрактора голубой (aqua) и цвет кабеля голубой (OM3) или фиолетовый (OM4).
Для PSM4-модулей используются одномодовые патчкорды с разъемами типа "мама" и полировкой APC. Визуально патчкорд должен иметь зеленый экстрактор и желтый кабель.
Why BiDi Module?
This single fiber BiDi transmission gradually becomes a popular and cost-effective solution for today's data center and IT infrastructure because of its unbeatable advantages:
Double Your Network Capacity – One benefit of BiDi is that it allows you to make full use of all your fiber strands and can therefore double your network capacity. This is because one strand is used to carry information in both directions, for example, if you have a six-strand cable you would be able to utilize all six stands rather than three for one direction and three for the other.
Reliability – Another benefit is increased reliability, single strand solutions are less prone to connection errors due to fewer connections and endpoints.
Cost – With the reduction of fiber strands by half, the number of patch cords and patch panel ports can be reduced accordingly, as well as reducing the amount of tray space dedicated to fiber management.
Принцип работы SFP+ трансиверов
Так как SFP+ можно считать эволюцией форм-фактора SFP, основные компоненты в модуле остались те же. На схеме ниже изображено устройство SFP+ модуля.
Устройство sfp модуля
- Передатчик (Tx) — лазер
- Приемник (Rx) — широкополосный фотоприемник
- Оптический/е разъем/ы
- Печатная плата
- Плата EEPROM
- Контактные дорожки
- Металлический корпус
- Механизм крепления
Одним из основных параметров любого оптического модуля является оптический бюджет, именно от этой характеристики зависит максимальная дальность передачи. Оптический бюджет зависит от чувствительности приёмника и мощности излучения лазера, его легко вычислить по формуле:
где AR – оптический бюджет, Pmin — минимальная выходная мощность передатчика, Smax — максимальное значение чувствительности фотоприемника. Чем выше значения Pmin и ниже значение Smax, тем больше оптический бюджет, а значить больше дальность работы данного трансивера и attenuation range.
Для трансиверов со скоростью передачи 10 Гбит/с и выше так же важной характеристикой является – допустимая дисперсия (Dispersion Tolerance). Этот параметр указывает максимальное значение хроматической дисперсии, которое допускается в линии передачи без существенного ухудшения качества передаваемой информации. Допустимая дисперсия специфицируется только для трансиверов, предназначенных для работы по одномодовым волокнам.
Скорость передачи 200G – 400G
Ключевыми факторами для достижения подобных скоростей стало использование PAM4-модуляции и увеличение количества каналов с четырех до восьми.
Модули выпускаются в форм-факторах QSFP-DD и OSFP. Поскольку ранее таких форм-факторов не встречалось, остановимся на них более подробно.
Where BiDi Modules Are Used?
BiDi modules are usually deployed in applications like access PON networks deployment P2P (point-to-point) connection, Digital Video, and Closed Circuit Television (CCTV) applications. They can be installed on servers, switches, routers, OADM to provide high speed and stability optical transmission systems, and Metropolitan Area Networks (MAN). In addition, 25/50G BiDi transceivers are welcomed by 5G networks since they can save fiber resources and support high bandwidth, ultra-low latency, and high reliability for data transmissions.
Двунаправленная технология относится к режиму связи, который может обрабатывать данные в двух направлениях (отправка и получение) через оптические волокна. В отличие от традиционных модулей, которые используют два волокна для передачи данных (одно для отправки, и одно для приема), технология WDM BIDI позволяет модулям передавать и получать данные в/из взаимосвязанных сетевых устройств (таких как сетевые коммутаторы или маршрутизаторы) через одно волокно (как показано на рисунке 1), которая позволяет пользователям упростить свою кабельную систему, увеличить пропускную способность сети и сократить расходы. Благодаря этим преимуществам оптоволоконные модули WDM BIDI представляют интерес для применений 5G..
Мониторинг параметров SFP+ модулей
Для контроля рабочих параметров в SFP+ модулях, как и в трансиверах других форм-факторов используют систему цифрового мониторинга – Digital Diagnostics Monitoring сокращенно DDM. DDM — это функция цифрового контроля параметров производительности трансиверов форм-фактора SFP, SFP+ и XFP она позволяет получать в реальном времени рабочие параметры трансивера.
При помощи функции Digital Diagnostics Monitoring можно получить информацию о:
- Подаваемое на трансивер напряжение,
- Температура трансивера,
- Ток смещения лазера,
- Исходящая оптическая мощность TX,
- Принимаемая оптическая мощность RX.
При анализе данных полученных при помощи DDM обязательно необходимо учитывать погрешность измерения любой характеристики, это указано в спецификации SFF-8472. Более подробно ознакомиться с функцией DDM можно по ссылке.
How Does BiDi Module Work?
BiDi modules are equipped with WDM couplers/diplexers to combine or separate data transmitted over a single fiber using the different wavelengths of the light. Like traditional transceivers, BiDi transceivers should be deployed in pairs. However, for BiDis, we should use two modules: one for the upstream ("U") direction and another for the downstream ("D")—each part transmits at an opposite wavelength. For example, from point A we have installed a transceiver that transmits TX on 1310nm towards point B on a single fiber. In point B there is a transceiver that receives RX on 1310 nm and transmits back to point A on 1490nm on the same fiber. In point A the RX frequency is listening on 1490nm.
Принцип работы SFP модулей
Оптические модули SFP состоят из нескольких основных компонентов:
- Передатчик (Tx) — лазер;
- Приемник (Rx) — широкополосный фотоприемник;
- Оптический/е разъем/ы;
- Печатная плата;
- Плата EEPROM;
- Контактные дорожки;
- Металлический корпус;
- Механизм крепления.
Устройство SFP модуля
Получая информацию от коммутатора в виде электрических сигналов, трансивер преобразует её в оптический сигнал, который излучает лазер. И наоборот, принимаемый фотодиодом оптический сигнал преобразуется в электрический. Таким образом, информация проходит через съемный оптический приемо-передетчик в современных ВОЛС.
Одной из основных характеристик оптических модулей является оптический бюджет трансивера, именно от неё зависит максимальная дальность передачи. Оптический бюджет зависит от чувствительности приёмника и мощности излучения лазера, его легко вычислить по формуле:
где AR – оптический бюджет, Pmin — минимальная выходная мощность передатчика, Smax — максимальное значение чувствительности фотоприемника. Чем выше значения Pmin и Smax, тем больше оптический бюджет, а значит больше дальность работы данного трансивера. Этот параметр крайне важен при выборе трансиверов для систем уплотнения или на протяжённых участках.
Скорость передачи 100G -112G
Вообще, с появлением 100G многие столкнулись с ранее неизвестными для себя понятиями, такими как: Cogerent, OTU, CWDM4, DR, FR, PAM4 и прочими. Рассмотрим каждое понятие в отдельности.
CWDM4
- LR4: 1295.56/1300.05/1304.58/1309.14 нм
- CWDM4(WDM4): 1270/1290/1310/1330 нм
- оптический бюджет модуля;
- низкий уровень OSNR, из-за уменьшения шага между состояниями сигнала;
- низкая устойчивость к дисперсии.
Для снижения влияния перечисленных проблем, PAM-модули используются совместно со встроенным FEC, что отрицательно сказывается на стоимости.
Параллельная передача четырех каналов на длине волны 1310 нм, аналогично модели 40G.
Данный стандарт пришел на смену 100G PSM4 и относится к третьему поколению. Благодаря использованию PAM4-модуляции, модули обеспечивают передачу 50G или 100G по одной длине волны. Стандарт передачи 100GBASE-DR обеспечивает дальность работы до 500 м. Модули рассчитаны на работу с одномодовым волокном, на длине волны 1310 нм. При этом передача четырех 100G происходит параллельно.
Модули FR предназначены для работы на расстояние до 2 км. При передаче используется PAM4-модуляция, за счет чего 50G передается всего по одной длине волны. Для передачи используются CWDM-лазеры из диапазона 1270-1330 нм.
В отличии от 40G-модулей для 100G SR2 предполагает использование четырех ОВ. По каждой паре волокон происходит передача 50G с длиной волны 1310 нм, с использованием PAM-модуляции. Основная цель данного решения - использовать существующую кабельную инфраструктуру в ЦОД.
Полный список возможных вариантов 100G-модулей представлен в таблице 4.
*При использовании совместно с EDFA
**При использовании совместно с EDFA и DCM.
Виды SFP + модулей
В настоящий момент производятся следующие разновидности SFP+ модулей:
SFP+ MSA – это модули произведенные в соответствии со спецификациями SFF, предназначенные для работы в активном сетевом оборудовании. Такие трансиверы работают по стандартам 1 GBase – X Ethernet,10 GBase – X Ethernet, FibreChannel 8G, FibreChannel 10G, InfiniBand.
Их можно разделить на четыре подвида:
- Двухволоконные SFP+ – данный тип трансиверов позволяет организовывать канал передачи данных по двум оптическим волокнам, до 300 м – по многомодовым, и от 200 м до 80 км – по одномодовым волокнам.
- Одноволоконные SFP+ модули (WDM, BiDi) используются для организации двунаправленного канала передачи данных по одному одномодовому волокну на расстояние от 2 км до 80 км.
- CWDM SFP+ – оптические трансиверы позволяющие организовать многоканальную (до 9 каналов) передачу данных в рамках спектральной системы уплотнения CWDM.
- DWDM SFP+ трансиверы используются для организации канала связи в многоканальных системах плотного спектрального уплотнения DWDM с максимальной дальностью передачи до 300 км.
SFP+ DAC кабели – это медный твинаксиальный кабель с обоих концов оконеченный электрическими разъемами трансиверов форм-факторов SFP+. DAC кабели используются для организации локального соединения и могут рассматриваться, как экономически выгодная альтернатива «коротким» съемным трансиверам, к примеру, SFP+ 10G – T, SFP+ 10G – SR, SFP+ 10G – LRM.
SFP+ DAC кабель
SFP+ AOC кабели – это многомодовый OM3 n-волоконный кабель с жестко закрепленными SFP+ трансиверами на обоих концах. AOC кабели позволяют организовывать локальное соединение на расстояние до 300 метров, избавляя пользователя от проблем с неправильными кроссировками патч-кордов, грязных коннекторов или адаптеров при подключении.
SFP+ AOC кабель
Copper SFP+ – набирающий популярность вид SFP+ трансиверов. Отличительной особенностью является оснащение электрическим интерфейсом RJ45, вместо оптического порта. Благодаря этому к порту коммутатора можно подключить обычную витую пару. В зависимости от необходимости пользователя или удаленности стыкуемого оборудования при помощи «медного» SFP+ модуля можно организовать канал по протоколам 10Gbase-T/5Gbase-T/2.5Gbase-T / 1000base-T.
Медный SFP+ модуль
SFP+ DWDM Tunable – уникальной особенностью данной модификации является функция изменения рабочей длины волны передачи по запросу. В трансиверах SFP+ tunable используется лазер Маха-Цендера, способный работать на длинах волн в диапазоне 1528,77-1565,5нм. Модули поддерживают системы уплотнения DWDM с частотной сеткой 50ГГц и 100ГГц. Перестроение осуществляется при помощи программатора или через систему управления хост-системы, при условии поддержки такой функции. Перестраиваемые DWDM SFP+ модули оптимальное решение для создания аварийного резерва оборудования (ЗИПа), так как являются универсальной заменой стандартным DWDM SFP+.
В нашем ассортименте представлены настраиваемые модули с дальностью 40км и 80км.
SmartSFP+ – как и в форм-факторе SFP, приставка «Smart» означает дополнительный функционал, не связанный с непосредственной передачей данных съемным приемо-передающим модулем.
Наиболее ярким примером является эрбиевый усилитель EDFA в корпусе модуля SFP+. По задумке южнокорейского производителя, данный усилитель предназначен для работы в диапазоне C-band и подойдёт для работы в системах Metro-DWDM и сетях 5G.
В ассортименте нашей компании представлен трансивер TSoP для прозрачной передачи канала STM-16 по пакетным сетям IP/MPLS. Решение является уникальным. Он позволяет освободить оптические волокна и расширить возможности построения сетей. Так же даёт возможность операторам предложить своим клиентам новую услугу, либо решить насущную задачу.
SFP+ CWDM-BIDI – весьма экзотичный вид трансиверов. Это одноволоконный трансивер, предназначенный для использования в CWDM системах. Главным отличием от обычных CWDM SFP+ трансиверов является то что приём и передача осуществляется на одной волне и при этом используется только одно волокно. Такое решение позволяет вдвое увеличить пропускную способность системы CWDM. Эти модули всегда просто отличить, т.к. вместо разъёма Duplex LC из корпуса выходит пигтэйл с коннектором LC/APC. Дело в том, что внутри модуля установлен оптический циркулятор, для его нормальной работы необходима косая полировка APC для линейного порта.
Большого распространения данный вид модулей не получил, ввиду сложности изготовления и возросшей доступности технологии DWDM.
SFP+ CWDM-BIDI модуль
SFP+ dual CDR – модули оснащённые CDR чипами. Clock Data Recovery – восстановление тактовой частоты импульса. В данных трансиверах реализована 3R регенерация. С восстановлением формы и амплитуды сигнала помогает встроенный усилитель, а за восстановление синхронизации отвечают два специализированных чипа. Один чип обрабатывает исходящий сигнал, второй чип работает с входящим сигналом. Таким образом, модули с CDR чипами могут эффективно работать только в паре. Так же необходимо знать, что наличие этой функции влияет на скорость передачи, она может составлять от 9.8 Гбит/с до 11.3 Гбит/с.
Данная функция актуальна для организации высокоскоростных соединений на большие расстояния от 80 км. Разумеется, модули с CDR чипами дороже, но при необходимости организовать один-два канала такое решение может быть экономически эффективнее, по сравнению с использованием 3R-транспондеров 10GE.
SFP+ DWDM FEC – данный тип оснащён функцией упреждающей коррекции ошибок FEC (Forward Error Correction). Как и в случае с CDR функционал реализован на борту модуля. Эта функция позволяет увеличить расстояние передачи до 120км. На скорости 10G хроматическая дисперсия становится большой проблемой, чем оптический бюджет. Функция FEC позволяет скомпенсировать её влияние.
MPO - 4xLC, кабель SМ, дальность передачи до 10 км
Такая схема очень популярна у магистральных операторов, совместно с DWDM-макспондерами. Также, данная схема подходит для использования с QSFP-DD DR4-модулями, для передачи 4 х 100G.
Bi-Directional (BiDi) Transceiver is a compact optical transceiver module that uses WDM (wavelength division multiplexing) technology and is compliant with the SFP multi-source agreement (MSA). Bi-Directional technology means a communication mode that processes data in both directions (send and receive) over optical fiber, which allows transceiver modules to transmit and receive data to/from the interconnected network devices (like network switches or routers) via a single optical fiber.
Скорость передачи 16G – 32G
В данной нише используется форм-фактор SFP в модификациях SFP16 и SFP28. Конструктивно они почти не отличаются от модулей 10G. И, благодаря относительной простоте технологии, "старшие" модули активно будут вытеснять своих "младших" собратьев. Уже с 2020 года появятся коммутаторы для уровня распределения, имеющие нисходящие порты на 2.5G (клиентские) и восходящие на 25G (uplink).
Также, под уровень агрегации появятся коммутаторы с нисходящими 25G-портами и восходящими на 100G. Наиболее востребована данная ниша для корпоративного сектора, операторов ЦОД и контент-провайдеров. Это, в первую очередь, подключение серверов и систем хранения данных. Возможные варианты модулей сведены в таблицу 2.
Скорость передачи 40G – 56G
Наращивать скорость передачи можно за счет увеличения частоты сигнала и способа модуляции. Современная элементная база позволяет обеспечить передачу в один поток не более 25 Гбит/с (при кодировке NRZ). Более высокие скорости уменьшают стабильность и резко увеличивают стоимость. Для решения данной проблемы было решено передавать одновременно нескольких каналов, что привело к появлению новых форм-факторов оптических модулей, таких как CFP и QSFP+ (Quad SFP+).
В настоящее время CFP 40G крайне непопулярен и практически не используется. Поэтому, рассуждая о 40G-модулях, мы будем иметь ввиду именно QSFP+. Такие модули используются в агрегации и ядре сети, для стекирования коммутаторов. Также, формат 40G популярен среди операторов ЦОД, использующих сервера с сетевыми картами 10G.
В зависимости от дальности, на которой должны работать модули, используют параллельную и частотную способы передачи.
Одноволоконный модуль WDM BIDI
Как правило, большинство модулей WDM BIDI имеют один порт и используют LC simplex одномодовое волокно для передачи данных, например модули 1G SFP WDM BIDI, 10G SFP+ WDM BIDI, 25G SFP28 WDM BIDI и 50G QSFP28 (смотрите таблицу данных WDM BIDI, чтобы узнать больше).
В настоящее время эти одноволоконные модули WDM BIDI обычно используются в таких приложениях, как сети ISP, FTTX или линии связи ЦОД, которые требуют модуль 1/10/25/50 Гбит/с. Они могут быть установлены на коммутаторах, медиаконвертерах, конвертерах OEO для обеспечения высокой скорости и стабильности систем оптической передачи. В качестве примера возьмём FS SFP+ WDM BIDI модули, чтобы продемонстрировать применение трансиверов BiDi.
Сценарий 1: Пара модулей 10G WDM BIDI соединена через одиночый LC simplex оптический патч-корд для создания прямого соединения 10G двух коммутаторов 10G.
Модули SFP+ WDM BIDI работают на сетевых коммутаторах.
Сценарий 2: пара модулей SFP+ WDM BIDI подключается к двум оптоволоконным медиаконвертерам через SMF, а затем кабель Ethernet используется для подключения медиаконвертера и коммутатора. Таким образом, передача Ethernet в оптоволокно осуществляется.
SFP+ модуль WDM BIDI был развернут в медиаконвертере.
Сценарий 3: SFP+ WDM BIDI может использоваться для преобразования двух волокон в одно волокно с OEO конвертером. Соединения показаны на рисунке 4.
SFP+ модули WDM BIDI используются с конвертерами OEO.
Кроме того, сети 5G приветствуют модуль WDM BIDI 25/50G, поскольку они могут экономить оптоволоконные ресурсы и поддерживать высокую пропускную способность, сверхнизкую латентность и высокую надежность при передаче данных.
Мониторинг рабочих параметров SFP (DDM)
Для контроля рабочих параметров в SFP модулях, как и в трансиверах других форм-факторов используют систему цифрового мониторинга – DDM. Digital Diagnostics Monitoring сокращенно DDM — функция цифрового контроля параметров производительности трансиверов форм-фактора SFP, SFP+ и XFP. Позволяет отслеживать в реальном времени рабочие параметры трансивера, такие как: подаваемое напряжение, температура трансивера, ток смещения лазера, и сходящая оптическая мощность TX, принимаемая оптическая мощность RX.
Устройство и работа этой системы описаны в спецификации SFF-8472. Более подробное описание DDM можно найти по ссылке.
Отличия от других форм-факторов
Трансиверы форм-фактора SFP пришли на смену промышленному стандарту съемных приемо-передатчиков GBIC. Вначале трансиверы форм-фактора SFP в профессиональной среде называли miniGBIC. Основным преимуществом по сравнению с аналогичными модулями GBIC являются его малые размеры и как следствие малая занимаемая площадь на лицевой панели сетевого устройства. Вследствие этого со временем SFP вытеснили GBIC, так как именно на их основе можно было делать активные сетевые устройства с высокой плотностью портов. На данный момент это наиболее компактный форм-фактор, обеспечивающий наибольшую плотность размещения портов на лицевой панели устройства. Благодаря этому качеству форм-фактор SFP получил развитие в виде SFP+ (10G), SFP28 (25G) SFP DD (100G).
Типы и применения модулей WDM BIDI
На рынке модуль WDM BIDI имеют два различных дизайна интерфейса: одноволоконные и двухволоконные типы.
Cogerent (Когерентный)
- Позволяет математическим способом компенсировать хроматическую дисперсию (CMD) и поляризационную дисперсию (PMD). Благодаря чему, можно не использовать внешние компенсаторы дисперсии, что существенно экономит OSNR и увеличивает дальность передачи, без необходимости в регенерации сигнала.
- Обеспечивает передаваемый сигнал механизмом коррекции ошибок (FEC). В зависимости от версии DSP, версии FEC могут изменяться. Все современные системы применяют версию SD-FEC.
DSP-модуль может устанавливаться в самом оптическом модуле (в этом случае модуль называется DCO), либо на коммутаторе (в этом случае модуль называется ACO). В настоящее время оптические модули DCO доступны в форм-факторах CFP/CFP2, ACO в форм-факторе CFP4 (CFP и CFP2 сейчас мало распространены. В основном, выпускаются Finisar).
Специально под нужды магистральных операторов был разработан стандарт ITU G.709, также известный, как OTN (Optical Transport Network - оптическая транспортная сеть). Это механизм протоколонезависимого транспорта. В котором вся информация передается в рамках контейнеров, имеющих разную скорость и упаковывающихся один в другой по принципу матрешки. Так, четыре самых маленьких контейнера OTU1 (2.5G) помещается в один OTU2 (10G). Четыре OTU2 помещаются в один OTU3, и т.д.
Кроме скорости самого потока добавляется служебная информацию и данные FEC.
Приблизительное отличие реальной скорости от OTU составляет 11%. Таким образом, скорость для оптического модуля OTU2=11,09 Гбит/с, OTU4=112 Гбит/с. Это важно понимать, когда вы подключаете свое оборудование к магистральному. Например, при соединении маршрутизатора с макспондером. Для данных соединений требуются оптические модули поддерживающие OTU4.
Заключение
Модуль WDM BIDI является идеальным и выполнимым решением, которое может помочь конечным пользователям упростить подключение к сети и увеличить пропускную способность сети. Кроме того, 25/50G модуль WDM BIDI полностью подготовлен для обеспечения более высокой скорости и более надежной передачи данных в сети 5G.
Съемный приемо-передающий модуль форм-фактора SFP (Small Form factor Pluggable) представляет собой компактное устройство в металлическом корпусе. С одной стороны, SFP модуль оснащен контактной группой для подключения к SFP-порту активного сетевого устройства, а с другой стороны оптическим интерфейсом для подключения к линии передачи. Оптические модули стандарта SFP предназначены для передачи и приёма оптических сигналов между сетевыми устройствами, соединенными между собой волоконно-оптическими линиями связи. Приемо-передатчики форм-фактора SFP поддерживают передачу данных на скоростях от 100 Мбит/с до 4.25 Гбит/с, наибольшей популярностью обладает модификация SFP модулей со скоростью передачи 1.25 Гб/с.
Спецификация INF-8074i впервые, опубликованная MSA в 2001 году, подробно описывает конструкцию и размеры корпуса, устройство электрического интерфейса SFP трансиверов, а так же конструкцию и размеры SFP-порта. Существует ряд спецификаций, которые описывают отдельные модификации и скорости передачи, основные документы можно найти на этой странице.
В спецификации INF-8074i, есть не большой пункт указывающий на необходимость цветовой маркировки на язычках толкателей модулей. В самой спецификации есть указания лишь на два варианта этой маркировки: черный цвет – многомодовой трансивер, синий цвет – одномодовый; в дальнейшем модификаций SFP трансиверов стало значительно больше и новые модели получали свою цветовую маркировку. Цветовая маркировка SFP модулей необходима для облегчения идентификации типа установленного в сетевое оборудование трансивера. Маркировка SFP модулей реализуется одним из двух способов в зависимости от особенностей корпуса трансивера:
- производитель надевает на скобу для изъятия трансивера цветную втулку;
- наносит метку краской.
Каждой длине волны присвоен свой цвет см. таблицу ниже. Сама идея подобной маркировки очень хороша и удобна для пользователей, но в реализации этой идеи есть определенные сложности, а именно производители SFP модулей используют не стандартизированные цвета, как следствие в некоторых случаях цвета маркировки от производителя к производителю сильно отличаются.
Наиболее ярким примером являются CWDM трансиверы, у которых каждая «пара» волн маркируется своим цветом, но цвета в зависимости от производителей не всегда совпадают.
Примеры цветовой маркировки
Самым простым выходом из подобного положения было бы закрепление за определенными моделями SFP трансиверов определенных цветовых маркеров на уровне спецификации или рекомендации, но к сожалению, подобного документа нет.
Отличия SFP+ от X2 и XENPAK
- Миниатюризация корпуса, в следствии которой увеличилась удельная емкость портов на лицевой панели устройств 1 RackUnit. В тоже время из-за уменьшения размеров корпуса ухудшились показатели пассивного охлаждения трансивера из-за уменьшения площади корпуса.
- Широкий спектр поддерживаемых протоколов передачи: Ethernet, FiberChannel, InfiniBand против Ethernet у форм-факторов X2/Xenpak. Следует заметить, что существуют модификации трансиверов X2 FiberChannel 8G.
- Трансиверы X2, являются специализированными форм-фактором разработанным компанией Cisco под свои нужды, в то время как SFP+ является международным стандартом используемым всеми производителями сетевого оборудования.
Для сравнения, ниже представлена таблица с техническими характеристиками трансиверов разных форм факторов.
SFP | SFP+ | XFP | |
Скорость (мин) | 100 Мбит/с | 1.25 Гбит/с | 9.95 Гбит/с |
Скорость (макс) | 4.25 Гбит/с | 11.3 Гбит/с | 11.3 Гбит/с |
Дальность | до 160 км | до 100 км | до 120 км |
Наличие DDM | да | да | да |
Типы модулей | Одноволоконные, двухволоконные, CWDM, DWDM | Одноволоконные, двухволоконные. CWDM. DWDM | Одноволоконные, двухволоконные, CWDM, DWDM |
Оптический бюджет, максимальный | 38 дБ | 25 дБ | 25 дБ |
Размеры | 57 х 13,3 х 8,5 (мм) | 57 х 13,3 х 8,5 (мм) | 78 х 18,3 х 7,1 (мм) |
Сферы применения | Уровень доступа, подключение абонентов, небольшие локальные сети | Уровень агрегации, ядро сети, серверный уровень | Системы транспорта CWDM/DWDM, ядро сети |
QSFP+ PSM4 (Parallel Single Mode 4)
Модуль, предназначен для разбиения 40G на 4 х 10G и передачи сигнала на расстояние до 10 км. Модуль использует четыре лазера, с длиной волны 1310 нм (+-50 нм), при этом имеет разъем MPO/APC. Данную сборку можно представить как четыре 10GBase-LR модуля в одном QSFP+ форм-факторе. Для разбиения на 10G используют одномодовый кабель MPO/APC - 8xLC.
Отличия SFP+ от SFP
- Увеличенная скорость передачи: от 100Мбит/с – 4,25 Гбит/с (SFP) до 1,25 Гбит/с – 11,3 Гбит/с (SFP+).
- Расширение модельной линейки: появились модификации DAC и AOC.
Скорость передачи 2.5/5G
В период с 2020 по 2022 год планируется выход на массовый рынок коммутаторов с портами 2.5G. Самыми массовыми потребителями данного сегмента станут операторы мобильной связи, которым придётся обеспечивать работу 5G-сетей. За ними потянется корпоративный сектор с коммутаторами для ЛВС и подключениями Wi-Fi-устройств стандарта 802.11ax.
Использование клиентских портов 2.5G операторами фиксированной связи в ближайшие годы будет незначительным. Переход на них стоит ожидать по мере массового распространения видео в формате 8К и 16K. Оптические модули под данный сегмент выпускаются в форм-факторе SFP. К уже существующим модулям добавятся SFP с медными портами 2.5GBASE-T с дальностью передачи до 100м. Анонсирован выход и модулей 5G, но пока ни один производитель не анонсировал оптических модулей с данной скоростью.
Модуль WDM BIDI будет процветать в применении 5G
В области 5G передача front/mid/back-haul требует передачи данных с высокой скоростью, низкой латентностью и высокой надежностью для поддержки таких услуг, как телемедицина, автономное вождение и так далее. С учетом экономии ресурсов волокна и затрат, модули 25/50G WDM BIDI являются подходящим выбором для доставки данных на физическом уровне связи 5G.
При передаче 5G front-haul каждый AAU (Active Antenna Unit) и DU (Distribute Unit) достигается посредством оптического соединения точки-точки, которое требует большого количества волокон. Кроме того, 5G требует как минимум 10x улучшения скорости загрузки по сравнению с 4G, это означает, что необходима более высокая скорость передачи. Согласно двум аспектам, модули 25G WDM BIDI являются привлекательными решениями.
В 5G midhaul and backhaul передачах, высокоскоростные модули WDM BIDI 50G с модулей PAM4 хорошо подготовятся к скорости 100/200G, применяемой на уровнях конвергенции и ядра, чтобы удовлетворить требования нагрузки 5G bearer для большой емкости и нарезки сети.
MPO - 4xLC, кабель ММ, дальности передачи до 150 м
Для подключения используется breakout-кабель. С одной стороны MPO12/UPC, с другой – 4 кабеля duplex LC. Данная схема включения очень популярна среди операторов ЦОД, а также совместно с DWDM-макспондерами, которые имеют клиентские порты QSFP+/QSFP28.
QSFP-DD
Внешне модуль сопоставим с привычным QSFP28. Для обеспечения возможности работы с восемью каналами, контактная площадка стала длиннее и получила второй ряд контактов (показано на рисунке 3). Именно благодаря этому, модуль получил название DD (Double Density). Особенность подобного решения – в сохранении обратной совместимости. Так, в порт коммутатора QSFP-DD можно устанавливать обычные QSFP28. Наличие восьми потоков позволяет обеспечивать передачу в самых разных комбинациях: 8x25Gbe, 8x50Gbe, 4 x 100Gbe, 2 x 200Gbe, 1x400Gbe.
Рисунок 3. Форм-фактор QSFP-DD
Структурная схема устройства модуля, представлена на рисунке 4.
Рисунок 4. Структурная схема устройства модуля
Как видим, модуль принимает 8 потоков 25/50G с электрического порта. В случае необходимости выполняет преобразование для нужной скорости при помощи Gearbox. Далее происходит передача на оптический блок, который отличается в зависимости от задач.
Отличия SFP+ от других форм-факторов
Форм-фактор SFP+ является эволюционным развитием форм-фактора SFP и вторым компактным типом оптических трансиверов со скоростью передачи 10 Гбит/с после XFP.
QSFP+ ER4
Модуль использует длины волн 1270-1330 нм. Передача 40G-канала с использованием данных модулей потребует наличие двух оптических волокон. В текущий момент использование таких модулей дороже, чем организация четырех каналов 10G, на базе CWDM в нижнем диапазоне. При этом, если использовать 10G SFP+ модули, то вам потребуется только одно волокно.
QSFP28 PAM4 50G
- Совместно с QSFP56-DD, для обеспечения передачи 50G Ethernet(IEEE P802.3cd) на расстояние до 10 км:
- Для соединения двух точек на расстояние до 40 км:
Таблица цветовых маркировок трансиверов
QSFP+ SR2
В предложениях поставщиков можно встретить название QSFP+ BiDi. В отличие от классического 40G-модуля, в данной модели передача происходит на скорости 20G. Для передачи используются длины волн 850/900 нм. В зависимости от производителя, длины волн могут изменяться в диапазоне от 800 до 920 нм. Структурная схема модуля представлена на рисунке ниже.
Двухволоконый модуль WDM BIDI
Модуль 40G QSFP+ WDM BIDI использует дуплексный интерфейс LC. Как показано на рисунке 5, они поддерживают два канала 20 Гбит/с, и каждый канал одновременно передает и принимает на двух длинах волн (850 нм и 900 нм) по дуплексному многомодовому волокну LC. Эта передача 40G достигнет расстояния 100 м на OM3 и 150 м на оптоволокне OM4.
Принцип работы QSFP WDM BIDI
Модуль 40G QSFP+ WDM BIDI - это экономичное решение обновления от 10G до 40G. Как показано на рисунке 6, обычно пользователи должны использовать кабель MTP для подключения 40G QSFP+ , установленного на обоих концах. Но соединения 10G обычно достигаются путем LC волокна. Если пользователи решают обновить систему 10G до 40G, им необходимо обновить кабельную систему. Но теперь, с модулем QSFP+ WDM BIDI, технические специалисты могут повторно использовать существующие 10G LC существующую оптическую кабельную систему, что приводит к миграции кабельной системы с нулевой стоимостью при обновлении от 10G до 40G.
Внимание, что модули WDM BIDI должны работать в парах. Это означает, что длины волн TX и RX взаимосвязанных модулей WDM BIDI должны совпадать. Например, модуль SFP+ WDM BIDI с 1310 нм TX и 1490 нм RX может использовать только с модулей SFP+ WDM BIDI с 1490 нм TX и 1310 нм RX.
Читайте также: