光ファイバー SFP モジュールはデータを効率的に処理します

 

 

誰も語らない変換プロセス

 

その小さな金属製ハウジングの中で実際に何が起こっているかは次のとおりです。レーザー ダイオードまたは VCSEL が、通常 850nm ～ 1550nm の波長で光子をファイバーに発射します。受信側の光検出器はそれらの光子を捕らえ、電子に戻します。紙の上では十分シンプルです。

しかし、効率の向上は、起こらないことからもたらされます。距離が伸びると電磁干渉によって信号の完全性が低下する銅線伝送とは異なり、ガラスファイバーを通過する光は最小限の抵抗にさらされます。 1000BASE-LX モジュールは、リピータなしでシングルモード ファイバー経由で 10 キロメートルまでデータを送信します。-。 Cat6 ケーブルで試してみてください。

マルチモード モジュールの VCSEL 送信機は動作中に約 150-300mW を消費します。 DFB レーザーを備えたシングルモード ユニットは、-さらに多くの電力を消費します。-場合によっては 500mW 以上を消費しますが、銅線が決して選択肢になかったキャンパス ネットワークや地下鉄リンクを介して信号を伝送します。

 

 

波長の選択はベンダーが認めている以上に重要です

 

ほとんどのネットワーク管理者は何でも手に入れますSFP代理店に在庫があります。それは機能しなくなるまで機能します。

850nm モジュールはマルチモード ファイバと組み合わせてラック間接続を実現します。{1}}-波長の選択は任意ではありません。-短い波長は、マルチモードのより大きな 50 ミクロンまたは 62.5 ミクロンのコアでのモード分散の影響を受けますが、850nm は LED および VCSEL 光源のコスト効率が維持されるスイート スポットに当たります。-これらには SX というラベルが付いています。

1310nm は、シングルモード ファイバの低分散ウィンドウ内にあります。-この波長を使用する LX モジュールは、リンク バジェットを費やすことなく 10 km に到達します。一部の拡張-到達距離バリエーション-EX および ZX 指定-は 1550nm で 40km または 80km まで到達し、ファイバの減衰は 1 キロメートルあたり約 0.2dB に低下します。

ここで BiDi モジュールについて言及する価値があります。シングルファイバー双方向 SFP は、ある波長 (1310nm など) で送信し、別の波長 (1490nm) で受信します。ポイントツーポイント リンクのファイバー数を半分に削減します。{6}明らかなコスト削減ですが、エンド間でモジュールを交換できない場合、トラブルシューティングは複雑になります。

 

 

ホットスワップ機能とそれが実際に役立つ理由

 

私は技術者がひるむことなくライブスイッチから SFP を引き抜くのを見てきました。ホットプラグ可能な設計は、まさに-電源を切る必要がない-ことを意味します。-モジュールの EEPROM は、挿入後数ミリ秒以内にホスト デバイスに対して自身を識別します。

その EEPROM には識別データ以上のものが含まれています。 DOM- 対応モジュール（デジタル光モニタリング、DDM とも呼ばれる）は、送信電力、受信電力、温度、レーザー バイアス電流、供給電圧をリアルタイムで報告します。-午前 3 時にリンクがバタつき始めると、これらのメトリクスによって、問題がレーザーの切れなのか、コネクタの汚れなのか、それとも誰かがラックの後ろでパッチ ケーブルを急激に曲げすぎたのかがわかります。

ギガビット モジュールの場合、一般的な TX 電力の範囲は -9.5dBm ～ -3dBm です。受信感度の下限は約 -20dBm ～ -24dBm です。そのしきい値よりも弱いものはすべて、光検出器が信号とノイズを確実に区別できません。

 

SFP+ が 10 ギガビットにジャンプ

 

SFP+ モジュールは、以前のギガビットと同じ物理フットプリントを占有しますが、10Gbps のライン レートを処理します。機械的な互換性は意図的に-同じケージ、同じガイド レール-でしたが、より高い周波数に対応するには電気インターフェースの再加工が必要でした。

ここで効率の話が面白くなります。 10G-SR モジュールは、0.8W を消費する 1G-SX モジュールの 10 倍のデータを移動する際に、おそらく 1W を消費します。これは、帯域幅の線形増加に対する電力の線形増加ではありません。シリコン製造の改善とエンコーディングの変更 (ライン効率を向上させるために 8b/10b が 64b/66b に取って代わられました) は、世代を重ねるごとに重なります。

1 つの特徴: 多くの SFP+ ポートは、低速でレガシー SFP モジュールを受け入れます。スイッチは遅いモジュールを認識し、それに応じてレート制限を行います。-移行シナリオには便利ですが、誰かが誤って間違った光ファイバーを取り付けて、なぜ 10G リンクが 1G でネゴシエートされたのか疑問に思った場合は混乱します。

 

 

ベンダー ロック-は依然として不快なまま

 

Cisco、Juniper、HP などは、SFP のベンダー ID バイトをチェックするようにスイッチをプログラムしています。認識されないモジュールは点灯を拒否したり、管理コンソールに永続的な警告を表示したりする場合があります。

サードパーティ メーカーは、OEM 仕様に一致するように EEPROM をコーディングすることでこの問題を回避しています。信頼できるサプライヤーが提供する MSA- 準拠の SFP は、数分の 1 の価格でブランドのユニットと同様に機能します。ネットワークは、光子が 500 ドルの OEM モジュールから来たのか、それとも 80 ドルのサードパーティの同等-同じ波長、同じ出力レベル、同じコネクタから来たのかを知りませんし、気にしません。

一部の企業では、サポート契約上の理由から、OEM 光学製品を必須としています。それは技術的な決定ではなく、調達上の決定です。

 

繊維の種類が一致しないと頭痛が生じる

 

シングルモード SFP をマルチモード ファイバーに接続しますか?-ギガビット速度でのモード調整パッチケーブルを使用すると技術的に可能です。アダプターは、限られた数のモードを励起するためにオフセット位置で光を発射します。 IEEE 802.3z は、従来のマルチモード プラント上の 1000BASE-LX に対してこれを指定します。

逆{0}}シングルモード ファイバー-上のマルチモード光学系-は機能しません。 VCSEL の発散ビームはシングルモードの 9 ミクロン コアにあまり結合しません。-。リンク フラップ、CRC エラーが発生したり、まったく接続されなかったりします。

覚えておいてください: マルチモード ファイバーは、OM4 ケーブル上の 10G- SR で最大約 550 メートルです。長時間の実行には、予算に関係なく、シングルモードのインフラストラクチャが必要です。-

 

 

温度と環境要因

 

商用グレードの SFP は 0 度から 70 度まで動作します。-これにより、気候制御されたデータセンターとほとんどの屋内環境が問題なくカバーされます。{4}}

産業用の導入-変電所、製造現場、屋外キャビネット-では、定格が -40 度から 85 度までの拡張温度モジュールが必要です-。その範囲にわたって安定した出力を維持するには、内部レーザーおよびドライバー回路を強化する必要があります。コストプレミアムは市販同等品と比べて 2 ～ 3 倍になります。

湿気が SFP を直接破壊することはほとんどありませんが、コネクタのフェルールに結露が生じると大惨事が発生します。汚染によりインターフェースで光が散乱し、挿入損失が急増し、リンクが切断される可能性があります。使用しないときは、コネクタにキャップをしたままにしてください。嵌合前に清掃してください。どういうわけか人々から逃れられる基本的な衛生状態。

 

CWDM および DWDM によるファイバー容量の拡張

 

粗い波長分割多重化により、1270nm ～ 1610nm の 20nm 間隔で 8 つのチャネルが配置されます。各 SFP は専用の波長で送信します。パッシブ マルチプレクサ/デマルチプレクサは、それらを 1 つのファイバ ペアに結合します。新しいケーブルを引くことなく、容量が 8 倍になります。

高密度 WDM は、チャネルを-0.8nm または 0.4nm 間隔-で 1 本のファイバーに 40、80、または 96 個の波長を詰め込みます。 SFP には、相当なコストに見合った温度安定化レーザー（調整または固定）が必要です。{9}}メトロおよび長距離通信事業者は、DWDM を広範囲に導入しています。企業ネットワークは通常、帯域幅の需要が投資に見合うものでない限り、CWDM を使い続けます。

効率の観点: 多重化により、インフラストラクチャのコストが複数のサービスにわたって償却されます。 1 本のストランドは、以前は 8 本必要だったものを運びます。取り付け作業は1回のみです。

 

仕様の実際の意味

 

リンク バジェットは、送信機の電力から受信機の感度を差し引いた総損失に等しくなります。 -6dBm TX 感度と -20dBm RX 感度を持つモジュールは、14dB の予算を提供します。コネクタ損失 (各 0.3dB)、接続損失 (各 0.1dB)、およびファイバ減衰 (1310nm シングルモードの場合 0.35dB/km) を差し引きます。残ったものはあなたのマージンです。

モジュールを注文する前に計算を実行します。 20km のリンクには、20km 対応の光学系が必要です。明らかですね。人々はまだそれを台無しにしています。

分散ペナルティは、10G 以上の速度に比べてギガビット速度ではあまり問題になりません。波長分散と偏波モード分散は距離とともに蓄積され、最終的には信号が不鮮明になり、回復不能になります。長距離の 10G および 25G リンクでは、分散-シフト ファイバーまたは電子補償が必要になる場合があります。-

 

成熟したテクノロジーの静かな効率性

 

SFP モジュールがニュースの見出しを占めることはもうありません。技術は成熟しました。しかし、その成熟度は、予測可能なパフォーマンス、安定した価格設定、第 2 のソースの可用性、ベンダー間の互換性を確保する大規模なインストール ベースを意味します。{2}}効率とは必ずしも画期的なイノベーションを意味するわけではありません-場合によっては、改良、標準化、そしてただ機能するコンポーネントの退屈な信頼性を意味することもあります。

光トランシーバーは高速化と低消費電力化を目指して進化し続けます。 SFP28 は 25G を処理します。 QSFP バリアントは、4 つのレーンをボンディングすることで 40G および 100G に取り組みます。 Cat8 の開発について銅支持者がどのような主張をしていても、基本的な物理学-光子が距離を超えて電子を打ち負かす-という効率上の利点は依然としてあり、光ファイバーの関連性は維持されています。

物理層が目に見えない形で仕事をすることで、ネットワークはデータを効率的に処理します。 SFP モジュールはまさにそれを実現します。