Кратко ръководство: Какво е 10GBASE SFP+?

 

Това изчерпателно ръководство ще ви преведе през всичко, което трябва да знаете за 10GBASE SFP+ - от фундаментални концепции и технически стандарти до типове модули, приложения и съображения за закупуване.

 

Разбиране на основите

 

Какво е 10GBASE?

10GBASE-R е сериен интерфейс, използващ 64B/66B кодиране, с поток от данни от 10 000 Gbit/s, което води до тактова честота от 10,3 Gbit/s. От гледна точка на скоростта и разстоянието на връзката, 10 Gigabit Ethernet представлява естествен еволюционен етап в Ethernet технологията. Той не само увеличава скоростта на предаване до 10Gbps, но също така значително разширява разстоянията на предаване, което го прави приложим отвъд локалните мрежи до градските и широкообхватните мрежи.

 

Какво е SFP+?

SFP+ означава Small Form{1}}factor Pluggable Plus, представляващ подобрена версия на оригиналния SFP модул. Стандартът SFP+ беше пуснат през 2006 г. с допълнителна актуализация през 2011 г. SFP+ модулите поддържат скорости до 16 Gbps. В сравнение с по-ранните SFP модули, SFP+ осигурява 10 пъти по-голяма способност за предаване на данни, като същевременно поддържа същия компактен форм фактор.

10GB SFP+ модулите предлагат същата производителност от 10Gbps като XFP, но в по-малък, по-енергийно{3}}ефективен форм-фактор. За съвременните мрежи XFP обикновено се счита за остарял, освен в наследените системи.

 

Дефиниране на 10GBASE SFP+

Комбинирайки тези концепции, 10GBASE SFP+ се отнася до оптични или електрически приемо-предавателни модули в SFP+ опаковка, които поддържат 10Gbps Ethernet предаване. Тези компактни-модули с възможност за горещо включване преобразуват електрическите сигнали в оптични сигнали (или обратно), за да позволят високо{6}}пренос на данни между мрежови устройства.

 

Основни разлики между SFP и SFP+

Разбирането на разликата между SFP и SFP+ е от решаващо значение за мрежовото планиране:

SFP поддържа 10/1000Mbps Ethernet скорост, докато SFP+ е актуализирана версия, която поддържа по-високи скорости до 10Gbps - това е основната разлика между SFP и SFP+.

По отношение на съвместимостта, SFP+ портовете често приемат SFP оптика, но с намалена скорост от 1Gbps. Не можете обаче да включите SFP+ трансивър в SFP порт, защото SFP+ не поддържа скорости под 1Gbps. Тази обратно{7}}съвместима, но не и предна-съвместима характеристика изисква специално внимание по време на мрежовите надстройки.

 

Рамка на техническите стандарти

 

Оперативната съвместимост и надеждността на 10GBASE SFP+ модулите зависят от цялостна система от индустриални стандарти. Разбирането на тези стандарти помага при вземането на информирани решения по време на доставката и внедряването.

 

Стандарт IEEE 802.3ae

IEEE 802.3ae е основният стандарт за 10 Gigabit Ethernet, одобрен през 2002 г. Той определя спецификациите на физическия слой за 10G Ethernet, включително технически изисквания за различни оптични и медни интерфейси. Стандартът обхваща множество спецификации на физическия слой, включително 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER.

 

Стандарт SFF-8431

SFF-8431 е Споразумението за много-източници (MSA), дефиниращо 10 Gb/s високоскоростен електрически интерфейс между хост системите и SFP+ оптичните приемо-предаватели. Този стандарт гарантира, че модулите и оборудването от различни производители могат да работят заедно безпроблемно.

SFF-8431 изчерпателно обхваща дизайна на хардуера, механичната структура и комуникационните протоколи, което го прави основен референтен материал за разработчиците на оптични трансивъри и инженерите на приложения. Съответствието с този стандарт гарантира оперативна съвместимост и съвместимост на продукта.

Ключовите технически точки на този стандарт включват:

Спецификацията дефинира маски за очи, очаквания за изравняване и граници на трептене, намалявайки честотата на бит-грешка (BER) и гарантирайки стабилност на връзката при скорости от 10G

Определяне на спецификациите на интерфейса на хост платката и конектора на модула

Установяване на изисквания за цялост на сигнала за високоскоростни диференциални двойки-

Осигуряване на насоки за контрол на EMI и управление на топлината

 

Стандарт SFF-8432

SFF-8432 определя механичните спецификации за SFP+ модули, включително размери на модула, дизайн на съединителя и термични изисквания, като гарантира, че модулите могат да бъдат правилно инсталирани в различно оборудване.

 

Стандарт SFF-8472

SFF-8472 дефинира цифрови диагностични функции, осигуряващи достъп в реално време до температура, напрежение, TX/RX оптична мощност и други чрез 2-проводен I²C интерфейс. Този стандарт позволява на мрежовите администратори дистанционно да наблюдават работното състояние на модула и да откриват проактивно потенциални повреди.

 

 

SFF-8431 положи основите за еволюция с по-висока скорост. Архитектурата му беше разширена до SFP28, който поддържа същия форм фактор, но поддържа 25 Gb/s на лента. Тази обратна съвместимост гарантира, че съществуващите мрежови инфраструктури могат да се мащабират безпроблемно.

 

Видове модули по разстояние на предаване

 

10GBASE SFP+ модулите са категоризирани в няколко типа въз основа на среда за предаване и разстояние, като всеки тип е оптимизиран за конкретни сценарии на приложение.

 

10GBASE-SR (с малък обхват)

 

SR=Къс обхват

Оптичните модули 10G SFP+ SR отговарят на спецификациите на 10GBase-SR Ethernet. SR означава късо разстояние, а максималното разстояние на предаване с многомодово влакно може да достигне 300 метра. Дължината на вълната е 850 n, включваща ниска цена, ниска консумация на енергия, малък размер и висока плътност.

10GBase-SR използва един евтин-твърдотелен{3}}лазерен компонент и е най-евтиният оптичен модул, наличен на 10GbE платформи.

Технически спецификации:

Дължина на вълната: 850nm

Тип влакно: многомодово влакно (MMF)

 

Разстояние на предаване:

1. OM1 влакно (62.5μm): 33m
2. OM2 влакно (50 μm неоптимизирано): 82 m
3. OM3 влакно (50 μm оптимизирано): 300 m
4. OM4 влакно (50 μm усъвършенствано оптимизирано): 400 m

 

Сценарии за приложение:Връзки на къси-разстояния в рамките на съоръженията на центъра за данни, като връзки-към-ToR превключватели и вътрешни-междусистемни връзки на стелажи.

 

10GBASE-LRM (многомодов с дълъг обхват)

 

LRM=Многомодов с дълъг обхват

LRM означава „Многомодов с дълъг обхват“. Тези приемо-предаватели поддържат разстояния до 220 м по многомодово влакно и използват 1310 nm лазери. 10GBase-LRM е заместител на 10GBase-LX4.

Оптичните модули 10G SFP+ LRM могат да се използват с многомодови влакна OM1, OM2 и OM3, главно за FDDI мрежи и 10G комуникации на данни. Тяхната ниска консумация на енергия и отлична EMI производителност напълно отговарят на стандартите MSA SFF-8431.

 

Технически спецификации:

• Дължина на вълната: 1310nm
• Тип влакно: многомодово влакно (MMF)
• Разстояние на предаване: До 220м

Сценарии за приложение:Подходящ за сценарии, изискващи по-дълги разстояния за предаване през наследена многомодова оптична инфраструктура, особено в среди със съществуващи FDDI мрежи.

 

10GBASE-LR (дълъг обхват)

 

LR=Далечен обсег

Оптичните модули 10G SFP+ LR отговарят на спецификациите на 10GBase-LR Ethernet. LR означава дълги разстояния, с максимално разстояние на предаване от 10 км по едно-модово влакно при 1310 nm дължина на вълната, което всъщност достига до 25 км. Те се отличават с миниатюризация, ниска консумация на енергия и голямо разстояние на предаване.

LR няма минимално разстояние, така че е подходящ и за къси връзки на едно-модово влакно. Тази гъвкавост прави LR модулите универсален избор в среди с едно-модово влакно.

 

Технически спецификации:

• Дължина на вълната: 1310nm
• Тип влакно: едно-модово влакно (SMF)
• Разстояние на предаване: 2m до 10km (може да достигне 25km)

Сценарии за приложение:Използва се за изграждане на кабели в големи кампуси, дори за установяване на градски мрежи (MAN).

 

10GBASE-ER (разширен обхват)

 

ER=Разширен обхват

Оптичните модули 10G SFP+ ER отговарят на спецификациите на 10GBase-ER Ethernet. ER означава разширен обхват, с две опции за дължина на вълната: 1550nm и 1310nm. Разстоянието на предаване може да достигне 40 км с едно-модово влакно, което го прави много{10}}рентабилен-оптичен модул с разширен{11}}обхват, който в момента е популярен в центрове за данни и корпоративни кампуси.

10GBASE-ER инженерните връзки могат да достигнат 40 километра, със стандартните връзки до 30 километра. Поради мощността на лазера връзките, по-къси от 20 километра, изискват затихване.

 

Технически спецификации:

• Дължина на вълната: 1550nm (основен поток) или 1310nm
• Тип влакно: едно-модово влакно (SMF)
• Разстояние на предаване: 2m до 40km

Сценарии за приложение:Мрежови връзки в градски район, между-междусистемни връзки между кампуси,-междусистемни връзки на центрове за данни.

 

10GBASE-ZR (Максимален обхват)

 

ZR=Ze най-добър обхват (максимален обхват)

Оптичните модули 10G SFP+ ZR се характеризират с ZR, което означава максимален обхват, с максимално разстояние на предаване от 80 км по едно-модово влакно при 1550 nm дължина на вълната. Те се използват широко в различни приложения.

Поради много високата мощност на предаване е необходимо значително затихване за по-къси връзки. Преди да използвате ZR оптика, трябва да се извърши тестване на оптичната мощност на въпросния участък от влакна, за да се гарантира-безпроблемно разполагане. Интересното е, че въпреки че повечето доставчици предлагат опцията ZR, 10GBase-ZR всъщност не е стандарт на IEEE.

 

Технически спецификации:

• Дължина на вълната: 1550nm
• Тип влакно: едно-модово влакно (SMF)
• Разстояние на предаване: До 80 км

Сценарии за приложение:Широкообхватни мрежови връзки, телекомуникационни опорни мрежи на дълги-разстояния, между-междуградски центрове за данни.

 

Тип	Дължина на вълната	Тип влакна	Максимално разстояние	Относителна цена	Типични приложения
SR	850 nm	Многомодов	300-400m	Най-нисък	В рамките на съоръженията
LRM	1310 nm	Многомодов	220m	ниско	Наследени многомодови мрежи
LR	1310 nm	Единичен-режим	10-25км	Среден	Сграда на Campus/Inter-
спешна помощ	1550 nm	Единичен-режим	40км	По-високо	Столични мрежи
ZR	1550 nm	Единичен-режим	80км	Най-високо	Глобални мрежи

 

 

Специални типове модули

Освен стандартните модули,-базирани на влакна, фамилията 10GBASE SFP+ включва различни специални типове, за да отговори на различни мрежови изисквания.

 

10GBASE-T медни модули

10GBASE-T е 10 Gigabit Ethernet решение, използващо кабели с медна усукана-двойка. 10G медни модули използват RJ45 интерфейси, отговарят на стандартите за 10 Gigabit Ethernet и стандартите SFP MSA, с разстояния на предаване до 80 метра с помощта на кабели Cat6a/7. Те поддържат скорости на предаване 100M/1000M/2,5G/5G/10G и са съвместими с хостове на различни марки.

Базирани на стандартни RJ45 интерфейси, тези продукти са съвместими с традиционните мрежи и могат да увеличат скоростта на Ethernet предаване, без да променят съществуващото окабеляване.

 

Предимства:

Използвайте повторно съществуващата медна кабелна инфраструктура

Обратно съвместим с множество скорости

Стандартният интерфейс RJ45 опростява окабеляването

Недостатъци:

По-висока латентност и консумация на енергия, използвани главно там, където съществуващите медни кабели трябва да се използват повторно

Типична консумация на енергия от 1,6 W при предаване на 10G на 30 метра, 2,0 W на 80 метра

Ограничено разстояние на предаване

 

CWDM модули (грубо мултиплексиране по дължина на вълната)

Оптичните модули 10G SFP+ CWDM са модули за мултиплексиране с грубо разделяне на дължината на вълната, обикновено използвани с едно-модово влакно. Използвайки CWDM технологията за спестяване на ресурси от оптични влакна, те могат значително да подобрят гъвкавостта, икономичността и надеждността на мрежата с много ниска консумация на енергия.

Технологията CWDM позволява множество оптични сигнали с различни дължини на вълната да бъдат предавани през едно влакно, като всяка дължина на вълната е отдалечена на 20nm една от друга, което ефективно подобрява използването на влакното.

 

DWDM модули (мултиплексиране с плътно разделяне по дължина на вълната)

10G SFP+ DWDM оптичните модули са високо{2}}скоростни, с голям-капацитет модули за мултиплексиране с плътно разделяне по дължина на вълната, използвани с едно-модово влакно, с разстояния на предаване до 80 км. Тези модули могат максимално да отговорят на изискванията за ултра-голям капацитет и ултра-предаване на дълги разстояния, осигурявайки стабилна поддръжка за много-сервизна работа и бъдещи мрежови надстройки и разширяване.

DWDM има по-малко разстояние на дължината на вълната (обикновено 0,8 nm или 0,4 nm), което позволява повече канали на едно влакно, подходящо за опорни мрежи с изключително високи изисквания за честотна лента.

 

BiDi модули (двупосочни)

10G SFP+ BiDi оптичните модули са едно-влакнести двупосочни модули, използващи WDM технология, изискващи използване в двойка за правилна работа. Предимството на тези модули е намаляването на използването на оптични влакна при мрежови внедрявания, което значително намалява разходите за внедряване.

BiDi модулите постигат двупосочно предаване по едно влакно, като предаването и приемането се използват с различни дължини на вълната (като 1270nm/1330nm), особено подходящи за среди с ограничени ресурси от влакна.

 

DAC/AOC кабели за директно свързване

В допълнение към сменяемите модули, SFP+ интерфейсите също поддържат кабели за директно свързване:

 

DAC (Кабел за директно свързване) Директно свързване на мед:Сглобките от медни кабели за директно свързване SFP+ осигуряват ценово-ефективно решение спрямо оптични влакна в приложения с малък обхват. Дизайнът позволява серийно предаване на данни до 10Gbps във всяка посока. Ниската консумация на енергия помага да се направи модулът от меден кабел SFP+ икономично решение за приложения в стелаж или шкаф-към-рак.

AOC (Активен оптичен кабел):Оптични кабели с оптични модули, предварително-инсталирани в двата края, подходящи за средни разстояния, изискващи по-добро качество на сигнала.

Основни технически характеристики

 

Гореща-включваема функционалност

Дизайнът с възможност за горещо включване на SFP+ модулите позволява модулите да бъдат вмъквани или премахвани от съвместими портове, без да се изключва захранването на устройството. Предимствата на тази функция включват:

Бързо отстраняване на повреда, намаляване на времето за престой

Гъвкави надстройки и разширяване на мрежата

Удобна ежедневна поддръжка и тестване

 

Цифров диагностичен мониторинг (DDM/DOM)

Модерните SFP+ модули обикновено поддържат цифров диагностичен мониторинг:

Модулите имат вградена-цифрова диагностика, съответстваща на SFF-8472, осигуряваща наблюдение в реално време на температура, напрежение, оптична мощност на предаване/приемане.

 

Проследяваните параметри обикновено включват:

• Температура на модула
• Захранващо напрежение
• Оптична мощност на предаване (TX мощност)
• Получаване на оптична мощност (RX мощност)
• Ток на отклонение на лазера
• Прагове за аларма и предупреждение

Тези диагностични данни се четат чрез I²C интерфейс, което позволява на системите за управление на мрежата да прилагат проактивен мониторинг и превантивна поддръжка.

 

Консумация на енергия и управление на топлината

Типичните SFP+ SR модули консумират по-малко от 1,05 вата, имат ниски електромагнитни смущения (EMI) и добрата топлопроводимост увеличава експлоатационния живот.

Модулите с висока-мощност изискват по-добър топлинен дизайн, което е особено важно при внедряване с висока-плътност.

 

Индустриален срещу търговски клас

Въз основа на изискванията на работната среда, SFP+ модулите се класифицират в различни степени:

 

Търговски клас:

Работна температура: 0 градуса до 70 градуса

Подходящо за среди-с контролирана вътрешна температура

 

Индустриален клас:

Обхват на работна температура от -40 градуса до 85 градуса, способен да издържа на високи температури, ниски температури и драматични температурни колебания, далеч надхвърляйки възможностите на модула за търговски клас. Подходящ за промишлени обекти или сценарии на открито без контрол на температурата.

Корпусите използват устойчиви на корозия-материали и преминават тестове за промишлена-устойчивост на вибрации (10-2000 Hz) и устойчивост на удар (1500 G/0,5 ms), подходящи за среди с висока вибрация като мини и железопътни линии.

 

Видове влакна и съвместимост

Правилният избор на тип влакно е ключов фактор за осигуряване на производителност на 10GBASE SFP+ модул.

 

Многомодово влакно (MMF)

Многомодовото влакно има по-голямо ядро ​​(50 μm или 62,5 μm), което позволява едновременното предаване на множество светлинни режими. Въз основа на производителността на честотната лента те се класифицират в следните степени:

 

За поддържане на 300 m предаване е необходимо оптимизирано 50 μm сърцевина OM3 влакно (неоптимизирано 50 μm сърцевина влакно се нарича OM2 влакно, докато 62,5 μm сърцевина влакно се нарича OM1 влакно).

Тип влакна	Диаметър на ядрото	Широчина на честотната лента @850nm	10G SR разстояние
OM1	62.5μm	200 MHz·km	33m
OM2	50μm	500 MHz·km	82m
OM3	50μm	2000 MHz·km	300m
OM4	50μm	4700 MHz·km	400m
OM5	50μm	28000 MHz·km	400m+

 

 

Едно-модово влакно (SMF)

Едно-модовото влакно има много малка сърцевина (приблизително 9 μm), позволяваща предаване само в единичен светлинен режим, подходящо за приложения на дълги-разстояния с висока-честотна лента. Основният тип е стандартно влакно G.652 (OS2).

Едномодовото-оптично влакно, съчетано с модули LR, ER и ZR, може да постигне разстояния на предаване от няколко километра до 80 километра.

 

Видове конектори

LC е типът интерфейс и 90% от SFP модулите използват LC интерфейси.

LC конекторите са миниатюризирани фиброоптични конектори, използващи 1,25 mm керамични накрайници със следните характеристики:

Малък размер, подходящ за-разгръщане с висока плътност

Бутане-издърпване заключващ механизъм за удобна работа

Дуплексните LC конектори са стандартната конфигурация за SFP+ модули

 

Сценарии за приложение

 

Центрове за данни

В облачните центрове за данни 10GBASE SFP+ се използва за свързване на горни -оф-ракови (ToR) и гръбначни превключватели.

Типичните приложения включват:

Сървър към ToR превключва връзки нагоре (обикновено с помощта на SR модули)

ToR към превключватели на ниво агрегиране

Връзки с мрежа за съхранение (SAN).

vMotion трафик във виртуализирани среди

Въпреки наличието на по--скоростни технологии, 10 GB SFP модули продължават да играят жизненоважна роля в съвременните мрежи поради предвидимата производителност и безпроблемната интеграция със съществуващата оптична инфраструктура.

 

Enterprise Campus Networks

SFP-10G-LR се използва за изграждане на кабели в големи кампуси, дори за установяване на градски мрежи (MAN).

 

Сценарии на приложение:

• Опорни връзки между сградите
• Взаимна връзка на основния превключвател
• Връзки към сървърен клъстер
• Връзки с точки за агрегиране на мрежата

 

Телекомуникационен гръбнак

В телекомуникационните опорни мрежи 10GBASE SFP+ поддържа системи SONET и Fibre Channel.

С добавена поддръжка за CPRI/eCPRI протоколи, те могат да се използват директно за -предни връзки на дълги разстояния между базови лентови модули на 5G базова станция (BBU) и радио модули (RRU), отговарящи на изискванията за безжична комуникация за ниска латентност и висока устойчивост на смущения.

 

Индустриални мрежи

Индустриалните-модули са подходящи за среда с висока-вибрация като мини и железопътни линии. Дизайнът с ниска консумация на енергия е подходящ за външни кутии без активно охлаждане или внедряване на промишлени комутатори с висока-гъстота.

 

Типични приложения:

• Интелигентни производствени мрежи
• Комуникационни системи за железопътен транзит
• Мрежи за петрохимичен мониторинг
• Комуникации в електроенергийната система

 

Мрежи за съхранение

10GBASE SFP+ се използва широко в мрежи за съхранение:

 

 

Ръководство за закупуване

 

 

Изберете подходящи типове модули въз основа на действителното разстояние на предаване:

Изискване за разстояние	Препоръчителен модул	Тип влакна
<100m	SR	Многомодов OM3/OM4
100-300m	SR (OM3/OM4) или LRM	Многомодов
300м-10км	LR	Единичен-режим
10-40км	спешна помощ	Единичен-режим
40-80км	ZR	Единичен-режим

 

 

Съображения за съвместимост

Съвместимостта е един от най-критичните{0}}и често неразбрани-аспекти при разполагането на 10GB SFP модули. Докато много трансивъри SFP+ споделят идентични физически размери и електрически интерфейси, не всички модули ще функционират надеждно в различни мрежови платформи.

Препоръки за закупуване:

Изберете MSA-съвместими продукти, за да осигурите съвместимост с масово оборудване на доставчици, включително Cisco, Huawei, Meraki, Ubiquiti, H3C, HPE и Netgear

Потвърдете, че модулите отговарят на стандартите SFF-8431, SFF-8432 и IEEE 802.3ae

Помислете дали са необходими-специфични за доставчика кодирани модули

 

Съвпадение на оптична инфраструктура

 

Фактори на околната среда

Изберете подходящите степени въз основа на средата за внедряване:

• Стандартна среда за център за данни: Търговски клас (0-70 градуса)
• Външна или тежка среда: Индустриален клас (-40 до 85 градуса)
• Среда с висока-вибрация: Изберете продукти, които преминават тестове за устойчивост на-промишлени вибрации

 

Изисквания към функциите

Помислете дали са необходими следните функции:

DDM/DOM цифров диагностичен мониторинг

Поддръжка на специфичен протокол (като CPRI/eCPRI)

Специфично кодиране за съвместимост на доставчика

 

Съображения за разходите

Разликите в разходите между видовете модули са значителни:

SR модулите имат най-ниската цена, подходящи за-разгръщане в голям мащаб

LR модулите имат умерена цена с добра стойност

ER/ZR модулите имат по-висока цена, изберете според нуждите

Разлики в цените между OEM модули спрямо модули, съвместими-на трети страни

 

Съображения за внедряване-на дълги разстояния

Ако разстоянието на предаване надвишава 80 км или когато се използва G.652 влакно с висока дисперсия в прозореца от 1550 nm, са необходими допълнителни модули за компенсиране на дисперсията (DCM), за да се избегне изкривяването на сигнала от дисперсията, което води до увеличени нива на битова грешка.

Преди да внедрите модули за-разстояния като ER/ZR:

Тествайте общото затихване на оптичната връзка

Изчислете бюджета за оптична мощност

Помислете дали са необходими оптични усилватели или компенсация на дисперсията

 

 

Заключение

 

Като основен компонент на 10 Gigabit Ethernet, 10GBASE SFP+ се превърна в незаменима част от съвременната мрежова инфраструктура чрез своя стандартизиран дизайн, разнообразни типове и широка поддръжка на приложения. От свързване на сървъри на къси-разстояния в рамките на центрове за данни до предаване на дълги-разстояния в телекомуникационни опорни мрежи, модулите 10GBASE SFP+ отговарят на нуждите на различни мрежови сценарии със своята гъвкавост и надеждност.

 

Разбирането на техническите стандарти, типовете модули, съвместимостта на влакната и съображенията за закупуване на 10GBASE SFP+ ще помогне на мрежовите инженери и ИТ мениджърите да вземат по-информирани решения за изграждане на ефективна, надеждна и мащабируема мрежова инфраструктура. Тъй като мрежовата технология продължава да се развива, архитектурната основа на SFP+ също напредва към по-високи скорости, полагайки солидна основа за мрежи от следващо-генерация, включително 25G и 100G.