Выбор 100G QSFP28: SR4, LR4, CWDM4, PSM4

SR4, PSM4, CWDM4, LR4, ER4 - пять вариантов одного и того же модуля QSFP28, пять различных оптических механизмов и решение о закупках, из-за которого возникает больше проблем, чем следовало бы. Корпус модуля у всех одинаков. Электрический интерфейс (CAUI-4, формализованный вIEEE 802.3bm-2015) идентично. Отличие заключается в лазере, длине волны, разъеме и необходимом волокне. Если вы сделаете эту часть неправильно, ссылка либо не появится, либо -, что еще хуже, - выдаст ошибки, которые вы не сможете отследить по оптике в течение нескольких недель.

 

 

Основы QSFP28

Четыре электрических канала, каждый со скоростью примерно 25,78 Гбит/с, в корпусе, механически идентичном 40G QSFP+.. Потребляемая мощность составляет менее 3,5 Вт на модуль. Коммутатор высотой 1U может содержать 36 или более портов QSFP28, поэтому форм-фактор исключает CFP и CFP2 для большинства приложений 100GbE - эти старые пакеты потребляли 6–24 Вт каждый и занимали гораздо больше места на лицевой панели.

 

 

Краткое сравнение вариантов

Параметр	СР4	ПСМ4	CWDM4	LR4	ER4
Стандарт IEEE/MSA	IEEE 802.3bm 100GBASE-SR4	100G ПСМ4 МСА	100G CWDM4 MSA	IEEE 802.3ba 100GBASE-LR4	IEEE 802.3ba 100GBASE-ER4
Длина волны	850 нм	1310 нм	1271/1291/1311/1331 нм	1295,56/1300,05/1304,58/1309,14 нм	~1295–1310 нм (LAN-WDM)
Тип лазера	ВКСЭЛ	ДМЛ	ДМЛ (DFB)	ЕМЛ	ЕМЛ + APD Rx
Тип волокна	ОМ3/ОМ4 ММФ	ОС2 SMF	ОС2 SMF	G.652 SMF	G.652 SMF
Разъем	МТП/МПО-12	МТП/МПО-12	Дуплекс ЛК	Дуплекс ЛК	Дуплекс ЛК
Количество волокон на канал	8 (4 передачи + 4 приема)	8 (4 передачи + 4 приема)	2 (1 передача + 1 прием)	2 (1 передача + 1 прием)	2 (1 передача + 1 прием)
Макс. охват	70 м (ОМ3) / 100 м (ОМ4)	500 m	2 км	10 км	40 км
Типичная мощность	~2.0 W	~2.5 W	~2.5 W	~3.5 W	~4.5 W
Относительная стоимость модуля	Самый низкий	Низкий–средний	Середина	Средний–высокий	Высокий
Лучшее соответствие	Внутри-стойки, сервера-до-листа	Перекрестное-здание (существующие 8-волоконные магистрали SMF)	Расстояние между-зданиями, от позвоночника-до-хребта Меньше или равно 2 км	Агрегация кампуса/метро	Магистральная сеть метро, ​​каналы DR

 

 

Топология: где находится каждый вариант

Core / WAN (магистральная магистральная сеть метро) ER4 - 40 км, дуплекс LC, SMF LR4 - 10 км, дуплекс LC, SMF Spine Switches (кампус/комплекс нескольких-зданий) CWDM4 - 2 км дуплекс LC, SMF CWDM4 / PSM4 500 м – 2 км, SMF Leaf Switch (корпус A) Leaf Switch (корпус B) SR4 - 100 MTP/MPO, OM4 SR4 - 100 MTP/MPO, Серверы OM4/Серверы хранения/Хранилище

 

SR4 находится на нижнем - сервере,-до-листе, внутри одного зала. CWDM4 или PSM4 обрабатывает сегмент от листа-до-позвоночника между зданиями. LR4 охватывает от позвоночника-до-ядра в масштабе кампуса. ER4 на расстоянии более 10 км.

 

SR4: Короткий-многомодовый диапазон действия

SR4 управляет четырьмя параллельными каналами VCSEL длиной 850 нм по многомодовому оптоволокну OM3 или OM4 со скоростью 25,78125 ГБбод на полосу (IEEE 802.3bm). MTP/MPO-12 разъемов, восемь активных волокон, дальность действия 70 м на OM3 и 100 м на OM4. VCSEL — самый дешевый лазер в семействе QSFP28, многомодовая оконечная нагрузка стоит меньше, чем одномодовая, а Cisco QSFP-100G-SR4-S потребляет менее 2,5 Вт. Здесь особо нечего раздумывать — если длина вашего канала меньше 100 м и у вас есть OM4 в земле, SR4 — очевидный выбор.

 

Решение PSM4 против CWDM4

Именно здесь живут настоящие дебаты о закупках. И PSM4, и CWDM4 рассчитаны на диапазон 100 м–2 км по одномодовому оптоволокну, и оба существуют потому, что исходные стандарты IEEE 100G оставляли пробел - SR4 достиг максимального значения в 100 м в многомодовом режиме, а LR4 на расстоянии 10 км в одномодовом-моде обходится слишком дорого для поперечного-здания длиной 300 м. MSA PSM4 и CWDM4 были написаны специально для заполнения этого пространства, но они заполняли его совершенно по-разному.

 

PSM4 – это параллельный подход: четыре независимых канала DML длиной 1 310 нм, каждый по отдельному волокну, через разъем MTP/MPO-12. Восемь волокон на канал, максимальная дальность действия 500 м. CWDM4 — это мультиплексирование по длине волны-: четыре канала по 25 Гбит/с, упакованные в четыре грубые длины волн (1271, 1291, 1311, 1331 нм согласно ITU-T G.694.2), передаваемые через один дуплексный разъем LC. Два волокна на канал, максимальная дальность действия 2 км, бюджет канала примерно 5,0 дБ по CWDM4 MSA.

 

Цена модуля на PSM4 обычно ниже. Но каждое соединение PSM4 потребляет восемь волокон, и это быстро меняет математику. В заброшенном кампусе, где уже есть 12- или 24-оптоволоконные магистрали SMF, заканчивающиеся разъемами MTP, PSM4 представляет собой чистую модернизацию 40G QSFP+ - тех же кабелей, тех же патч-панелей, просто замените оптику. Это настоящее преимущество. Но при строительстве с нуля или в любом другом месте, где между зданиями используются экономичные двухволоконные патч-панели LC, предоставление новых восьмиволоконных магистралей MTP добавляет сотни долларов за канал, которые никогда не отображаются в строке трансивера. А100Г КСФП28это стоит на 30 долларов меньше за модуль, но требует на 400 долларов больше кабелей на канал, это не экономия.

 

CWDM4 позволяет избежать проблемы с подсчетом-волокон. Патч-корды Duplex LC дешевы. На большинстве объектов уже есть две-оптические линии SMF, оставшиеся после развертывания 1G или 10G. А дуплексный LC в одномодовом-режиме представляет собой тот же физический интерфейс, который используется в оптике 400G FR4 и DR4, поэтому волокно, которое вы зажигаете сегодня дляссылка 100G CWDM4передает трафик 400G в следующем цикле обновления без переподключения кабеля. Для любого канала длиной от 100 м до 2 км, где еще нет магистралей MTP, CWDM4 почти всегда является вариантом с более низкой общей-стоимостью.

 

LR4: 10 км кампуса и метро

LR4 мультиплексирует четыре канала LAN-WDM (1295,56, 1300,05, 1304,58, 1309,14 нм согласно IEEE 802.3ba) в дуплексное одномодовое соединение LC. Меньшее расстояние между каналами требует от передатчиков EML - лучшего коэффициента затухания и лучшей устойчивости к хроматической дисперсии, чем у DML в PSM4 и CWDM4.Технический паспорт Cisco QSFP-100G-LR4-Sподтверждает, что этот PHY работает без FEC, без затрат на исправление ошибок, чистое взаимодействие-поставщиков. Преимущество по сравнению с CWDM4 является значительным, поэтому LR4 имеет смысл только в том случае, если фактическая измеренная длина пути превышает 2 км: объединение кампусов в больничном комплексе или университете, передача-несущей связи в Коло и тому подобное. Если длина пути составляет 1,8 км, купите CWDM4 и потратьте разницу на определение характеристик OTDR.

 

 

ЭР4 и ЗР4

ER4 достигает 40 км с более мощными передатчиками EML и приемниками APD.100GBASE ZR4расширяет это расстояние до 80 км. Оба используют дуплексный LC в одиночном режиме G.652-в стандартном корпусе QSFP28. Мощность составляет 4–6 Вт. Магистральные модули Metro, а не оптика общего-центра обработки данных.

 

Типы лазеров и математика бюджета канала

Лазер — это то, что на самом деле определяет стоимость и охват всего семейства QSFP28, и понимание различий меняет то, как вы оцениваете технические характеристики.

 

SR4 использует массивы VCSEL. Низкая стоимость, малая мощность, хорошее соединение с многомодовым волокном, длина волны ограничена 850 нм и короткие расстояния. PSM4 и CWDM4 используют передатчики DML на длине волны 1310 нм -, инжекционный ток непосредственно модулирует свет, что приводит к появлению чирпа (дрейфа длины волны при модуляции), но это остается допустимым на расстоянии от 500 м до 2 км одномодового волокна. LR4 и ER4 приближаются к передатчикам EML. ЭМЛ отделяет лазер от модулятора - внешний электро-поглощающий слой модулирует выходной сигнал независимо от резонатора лазера, создавая более чистый оптический глаз с меньшей остаточной дисперсией. Благодаря этому более чистому сигналу вы получаете радиус действия 10–40 км, не полагаясь на FEC.

 

В технических характеристиках указано значение «максимального расстояния», но это число предполагает заводскую установку-чистого волокна. Реальные установки имеют потери на сращивании, потери на вставку разъемов, затухание в патч-панелях, крутые изгибы в кабельных лотках. Цифры, которые на самом деле говорят вам, будет ли соединение работать, — это выходная мощность передатчика, чувствительность OMA (амплитуда оптической модуляции) приемника и разница между ними - бюджет мощности. Если бюджет превышает измеренные потери вашего оптоволоконного пути, соединение работает. Если оно незначительное, вы получаете повышенный уровень битовых ошибок, который может быть исправлен или не исправлен с помощью FEC, в зависимости от того, насколько далеко вы превысили пороговое значение. Проведение рефлектограммы на каждом пути перед установкой оптики занимает около часа. Этот час исключает большинство задач по устранению неполадок в первый день -, когда вы меняете три трансивера, прежде чем кто-нибудь, наконец, измерит волокно и обнаружит потери в соединении в 1,5 дБ, которые никто не задокументировал.

 

 

Полярность MTP/MPO - стоит в отдельном разделе

И SR4, и PSM4 используют разъемы MTP/MPO-12, и ошибки полярности являются причиной непропорционального количества сбоев канала 100G, которые ошибочно диагностируются как неисправная оптика.

 

Стандартной конфигурацией для центров обработки данных с параллельной-оптической оптикой является полярность типа-B (прямая-сквозная). Разъем «папа» на стороне трансивера, «мама» на багажнике. Адаптеры -класса с низкими-потерями на длинных магистралях -, а не стандартные-детали с потерями, которые съедают и без того-ограниченный бюджет канала SR4. Любая ошибка не обязательно приведет к уничтожению ссылки. Чаще всего трафик проходит с низкой загрузкой, но количество ошибок CRC возрастает под нагрузкой. Симптомы имитируют неисправность трансивера или загрязненный разъем, поэтому обычная последовательность устранения неполадок такова: очистите разъем, никаких изменений; поменяй оптику, без изменений; поменяй оптику на другом конце, без изменений; наконец кто-то достаёт визуальный локатор повреждения, отслеживает волокна и понимает, что полярность перепутана. Эта последовательность может сжечь все окно обслуживания. Проверка полярности во время установки, а не во время устранения неполадок, полностью позволяет избежать проблемы.

 

Для развертываний с высокой-плотностьюМагистральные и кассетные системы на базе MTP-помогают стандартизировать управление полярностью в большом количестве соединений. CWDM4, LR4 и ER4 позволяют избежать этой проблемы - они используют дуплексные разъемы LC с полировкой UPC на одномодовом волокне OS2-. Наконечники APC несовместимы и приводят к высоким обратным потерям.

 

 

Прорыв и обратная совместимость

SR4, PSM4 и CWDM4 поддерживают режим коммутационного соединения 4×25G -: один порт 100G разделен на четыре независимых соединения 25G через коммутационный кабель или кассету MTP. Полезно для подключения серверных сетевых карт 25G к листовому коммутатору 100G. Не каждая версия NOS активирует коммутацию на каждом порту ASIC, поэтому сверьтесь с матрицей совместимости поставщика коммутатора. QSFP28 механически вписывается в порты QSFP+, но не согласовывает 100G с модулем QSFP+ на другом конце.

 

 

Будущая-проверка

100G QSFP28 в ближайшее время никуда не денется.рынок оптических трансиверовпродвигает 400G и 800G на магистральных сетях, но 100G на конечных уровнях и уровне доступа все еще имеет многолетнюю перспективу в корпоративных кампусах, кол-кросс-соединениях и центрах обработки данных среднего-размера. Самое полезное, что вы можете сделать сегодня, — это сместить новое волокно в сторону одномодового OS2 с дуплексным LC. Сейчас этот завод несет CWDM4, FR4 на 400G в следующем цикле и, вероятно, 800G после этого. Потолки многомодовых расстояний уменьшаются с каждым поколением скорости. Любой, кто планирует400G QSFP-ДДмиграция в ближайшие три года должна осуществляться в едином-режиме везде, где это практически возможно.