Наочний огляд оптичних передавачів

Часто у знайомих системних адміністраторів, які не стикалися раніше з оптичним волокном, виникають питання, як і яке обладнання необхідне організації з'єднання. Трохи почитавши стає зрозуміло, що потрібен оптичний трансівер. У цій оглядовій статті я напишу основні характеристики оптичних модулів для прийому/передачі інформації, розповім основні моменти, пов'язані з їх використанням, і прикладу багато наочних зображень з ними. Обережно, під катом багато трафіку, робив купу своїх фотографій.

передавачів

Що й навіщо

Сьогодні практично будь-яке мережеве обладнання передачі даних в мережах Ethernet, що надає можливість підключення через оптичне волокно, має оптичні порти. Вони встановлюються оптичні модулі, у яких може підключатися волокно. У кожен модуль вбудований оптичний передавач (лазер) та приймач (фотоприймач). При класичній передачі даних з їх використанням передбачається використовувати два оптичні волокна - одне прийому, інше передачі. На зображенні знизу представлений комутатор із оптичними портами та встановленими модулями.

наочний

Ось про ці маленькі електронні штуковини далі й йтиметься.

Види оптичних модулів

Періодично виникають питання, який оптичний приймач потрібен у конкретній ситуації. Якщо перед очима виявляється прайслист якийсь, то просто розбігаються очі від великої кількості різноманітних найменувань. Спробую прояснити, що ж означають різні літери та цифри в назві модулів і що з них вам може знадобитися. Оптичні модулі відрізняються формфактором (GBIC, SFP, X2.), Типом технології («прямі», CWDM, WDM, DWDM.), Потужністю (у дицебелах), роз'ємами (FC, LC, SC).

Різніформфактори

Насамперед модулі відрізняються своїми формфакторами. Трохи розповім про різні види.

GigaBit Interface Converter, активно використовувався у 2000-х. Перший промислово стандартизований формат модулів. Найчастіше застосовувався під час передачі через многомодовые волокна. Зараз практично не використовується в силу своїх розмірів. У мене залишилася одна стара циска 3500, ще без підтримки CEF, в якій можна скористатися цими модулями. На зображенні знизу два GBIC-модулі 1000Base-LX і 1000Base-T:

огляд

Small Form-factor Pluggable, спадкоємець GBIC. Напевно найпоширеніший на сьогоднішній день формат, набагато зручніший через менші розміри. Такий формфактор дозволив значно збільшити густину портів на мережному обладнанні. Завдяки таким розмірам можна реалізувати до 52 оптичних портів на одній залізці в один юніт. Використовується передачі даних на швидкостях 100Mbits, 1000Mbits. На зображенні знизу комутатор з оптичними портами та пара модулів 1000Base-LX та 1000Base-T.

огляд

Enhanced Small Form-factor Pluggable. Мають ідеальний розмір SFP. Такий обсяг дозволив створити обладнання з портами, що підтримують стандартні SFP і SFP+. Такі порти можуть працювати у режимах 1000Base/10GBase. Лише далекобійні CWDM-модулі мають більшу довжину через радіатор. Використовуються для передачі на швидкості 10 Gbits. Мінімальні розміри надали деякі особливості - для далекобійних модулів бувають випадки занадто сильного нагріву. Тому для передачі більш ніж на 80 км таких модулів поки що немає. На малюнку знизу два модулі SFP+ - CWDM і звичайний 10GEBase-LR:

передавачів

10 Gigabit Small Form Factor Pluggable. Також, як і SFP+, використовуються передачі даних на швидкостях 10Gbits. Але на відміну від попередніх, трохи ширше. Збільшений розмір дозволив використовувати їх для прострілу на велику відстань по стравнуванню з SFP+. Знизу додаткова плата для Huawei з встановленими XFP та пара таких модулів.

передавачів

Модулі, які використовуються переважно в обладнанні Cisco. Використовуються для передачі на швидкості 10 Gbits. Сьогодні вже рідко можна знайти їм застосування, рідко можна зустріти в старих лінійках маршрутизаторів. Також такі модулі бувають для підключення мідного дроту 10GBase-CX4. На жаль, у мене знайшовся лише один XENPAK-модуль 10GEBase-LR і стара Ciscoвська плата WS-X6704-10GE під них.

наочний

Подальший розвиток модулів формату XENPAK. Часто в роз'єми X2 можна встановити модуль TwinGig, який вже можна встановити два модулі SFP… Це потрібно у випадку, якщо на обладнанні немає 1GE оптичних портів. В основному X2-формфактор використовує Cisco. У продажу є адаптери X2-SFP+ (XENPACK-to-SFP+). Цікаво, що такий комплект (адаптер + SFP + модуль) виходить дешевше одного X2 модуля. На жаль, на руках у мене знайшовся лише адаптер, але щоб зрозуміти, як виглядають ці модулі і якого розміру цього цілком вистачить. На малюнку знизу адаптер X2-SFP+ із вставленим SFP+ модулем.

огляд

Але якщо комусь цікаво, ось тут можна подивитися більше картинок і можливостей цього роз'єму.

Так, я не торкався щодо нових формфакторів (QSFP, QSFP+, CFP). Нині вони ще дуже поширені.

Різні стандарти

Як відомо, комітетом 802.3 прийнято безліч різних стандартів Ethernet. Відповідно, оптичні модулі підтримують один із них. Непогана шпаргалка за стандартами Ethernet є тут. В основному зараз поширені такі типи:

  • 100Base-LX - 100 мегабіт по волокну на 10км
  • 100Base-T - 100 мегабіт по міді на 100 м
  • 1000Base-LX - 1000 мегабіт по волокну на 10 км.
  • 1000Base-T - 1000 мегабіт по міді на 100 м
  • 1000Base-ZX - 1000 мегабіт по одномодовому волокну на 70 км.
  • 10GBase-LR - 10GE по одномодовому волокну на 10 км.
  • 10GBase-ER - 10GE по одномодовому волокну на 40 км.

Звичайно ж, оптичні модулі є і під інші стандарти, у тому числі 40GE і 100GE. Я перерахував основні типи, які використовуються в провайдерських мережах. Зазвичай у назві чи специфікації написано, за яким стандартом працюватиме той чи інший модуль. Але ще важливо подивитися, чи цей стандарт підтримує порт обладнання, куди буде встановлений модуль. Наприклад, 100Base-LX не заведеться в порту комутатора, що підтримує лише 1000Base-LX. Цю особливість також треба враховувати.

З використанням спектрального ущільнення

Описані вище оптичні модулі передають сигнал переважно на довжині хвилі 1310 нм або 1550 нм на двох волокнах (одне для передачі, інше для прийому). Вони мають широкосмуговий фотоприймач (приймають усі) та лазер, що випромінює на певній довжині хвилі (грубо звичайно). Але є можливість використовувати ущільнення по довжині хвилі. Це дає можливість використовувати меншу кількість волокон для організації кількох каналів, тим самим збільшуючи пропускну здатність одного волокна.

Такі модулі працюють у парі, з одного боку, сигнал передається на довжині хвилі 1310 нм, з іншого 1550 нм. Це дозволяє замість двох волокон для організації одного каналу використовувати одне. Приймач на таких модулях так і залишається широкосмуговим. Бувають як для 1GE, так і для 10GE. Знизу фотографії пари WDM-модулів зрізними роз'ємами для підключення патчкордів LC та SC.

оптичних

У більшості випадків краще використовувати WDM-модулі для малих відстаней. Їхня ціна невелика (по 1 тис рублів за модуль проти 500 рублів за звичайний). Причина — ви заощаджуєте ціле волокно, на ньому можна буде потім ще один канал прогнати. Хоча, звичайно, є й інші способи економії волокон.

Подальше продовження технології WDM. З її використанням можна досягти до 8 дуплексних каналів по одному волокну. Для цих цілей використовуються CWDM-мультиплексори (пасивні пристрої з призмою всередині, що дозволяє ділити сигнал кольорів з кроком 20нм в діапазоні від 1270нм до 1610нм). Для цього також використовують спеціальні CWDM-модулі, в народі їх називають «кольорові», вони передають сигнал на певній довжині хвилі. У той самий час приймач ними широкосмуговий. Крім того, такі оптичні модулі часто роблять передачі на великі відстань (до 160 км). На малюнку нижче представлений малий комплект CWDM-SFP, де з використанням мультиплексорів можна підняти 2GE на одному волокні.

оптичних

Як можна помітити, дужки у всіх різні. Залежно від довжини хвилі модуль має своє забарвлення. На жаль, у всіх виробників вони різні.

Тут з'являється поняттяоптичний бюджет. Щоправда, його розрахунок виходить за рамки цієї статті. Коротше, чим більше доступних портів, тим більше ви зможете мультиплексувати каналів, тим більше буде згасання. Крім того, різні довжини хвиль дають різні загасання на 1 кілометр сигналу, що передається. А ще потрібно враховувати тип волокна.

Можна багато писати про методики підбору таких модулів, про перетин довжин хвиль, про небажані довжини, про ADD/DROP-модулі. Але це окрема тема.

Це темісце, куди ви підключатимете оптичний патчкорд. На оптичних модулях зараз використовуються переважно два типи райомів – SC та LC. Грубо та жаргонно – великий та дрібний квадрати. Зрозуміло, що маючи патчкорд з роз'ємом SC, ви не приєднаєте його до роз'єму LC. Потрібно або міняти патчкорд, або ставити перехідник-адаптер. Найчастіше SFP-модулі мають роз'єм LC, тоді як X2/XENPAK — SC. Вище на зображенні вже були модулі з різними роз'ємами.

наочний

В основному ви зустрічатимете наступне позначення шнурів -ШО-2SM-SC/UPC-SC/UPC-3.0. Це розшифровується в такий спосіб: Шнур Оптичний Дуплексний Одномодовий (Single-Mode) з роз'ємами SC та поліруванням UPC з одного боку та SC-UPC з іншого довжиною 3.0 метра. Відповідно, наприклад,ШО-SM-LC/APC-SC/APC-15.0— одномодовий дуплексний шнур з роз'ємами LC-LC та гравіюванням APC довжиною 15 метрів.

Деякі особливості

Оптичні модулі – активне обладнання, вони споживають електроенергію та виділяють тепло. Це слід враховувати при підключенні обладнання до електромережі. Також комутатор, заповнений потужними модулями під зав'язку може вимагати додаткового охолодження.

Не варто забувати, що в оптичні модулі вбудовані лазери, і з ними необхідно дотримуватися певної техніки безпеки. Звичайно в більшості випадків ніякої загрози вони не надають через слабку потужність, але траплялися випадки, далекобійні потужні 10GE модулі можуть цілком випалити сітківку ока або залишити опік, якщо використовувати палець як атюніатор.

Ряд виробників мережного обладнання забороняють використовувати сторонні модулі в їхньому обладнанні. Принаймні раніше Cisco не давала їх запускати, вони просто не працювали. Зараз же у вузьких колахвідомі команди, що відкривають можливість використовувати сторонні пристрої, та й Cisco стала не так трепетно ​​ставитись до цього питання. Втім, за бажання будь-які модулі можна перепрошити, у продажу є спеціальні програматори. Я ж прихильник

Порт на обладнанні (у більшості випадків) спалахує, якщо на модуль надходить сигнал достатньої потужності. Якщо з'єднати два двоволоконні модулі одинарним патчкордом (просто прийом з передачею), з одного боку порт загориться, але працювати при цьому нічого не буде.

Так, потужність може бути не лише слабкою. Якщо сигнал надходить надто сильним, можна спалити фотоприймач. Зазвичай це стосується далекобійних потужних модулів з дистанцією > 80 км. Для зменшення потужності використовують спеціальні атенюатори. Хоча якщо робимо в лабораторних умовах, можна просто намотати пару витків патчкорду на якусь ручку чи олівець.

На закінчення

Ну от і все. Наведеної тут інформації достатньо для того, щоб не заблукати при виборі потрібного вам модуля. Важливо не забувати основні характеристики:

  1. формфактор
  2. стандарт (швидкість)
  3. спектральне ущільнення та потужність
  4. роз'єми

Якщо тема когось зацікавила, пораджу подивитись таке: