Виды SFP модулей
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.
Таблица цветовых маркировок трансиверов
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.
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.
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).
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).
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.
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.