Трансиверы 10GBASE LR соответствуют стандартам оптоволокна

 

Почему волокно G.652 важнее, чем вы думаете

 

Слушайте, я видел множество случаев, когда кто-то хватал любой оптоволоконный кабель, оказавшийся на складе. Плохой ход. 10 гбаза лртрансиверв частности, требуется стандартное одномодовое волокно, соответствующее рекомендациям ITU-T G.652. Это не произвольная бюрократическая чепуха.-Характеристики хроматической дисперсии волокна G.652 напрямую влияют на целостность сигнала на скорости линии 10,3125 Гбит/с.

Волокно G.652 имеет конфигурацию сердцевина/оболочка 9/125 мкм. Узкий диаметр сердцевины заставляет свет распространяться в одной моде, устраняя проблемы с задержкой дифференциальной моды, которые мешают многомодовым установкам. Вы имеете в виду хроматическую дисперсию примерно 18 пс/(нм·км) на длине волны 1310 нм, с которой DFB-лазерный источник в вашем оптическом модуле 10G LR может справиться без необходимости внешней компенсации дисперсии. Попробуйте осуществить это с помощью кабеля OM3 на расстоянии более 300 метров.

Некоторые поставщики предлагают варианты оптоволокна «премиум-класса». В девяти случаях из десяти стандарт G.652D справляется со всем, что ему предлагает городское метро.

 

SFF-8431 и рукопожатие физического уровня

 

О чем вам не сообщает MSA: тепловые характеристики сильно различаются у разных производителей.

Плохо спроектированный корпус TO-может отводить тепло в воздушный поток хост-системы таким образом, что соседние порты могут подвергаться тепловому дросселированию. Законные поставщики указывают рабочие температуры от 0 до 70 градусов для устройств коммерческого-класса, а промышленные варианты, такие как SFP-10G-LR-I, расширяются до -40 градусов. Температура перехода внутри этого крошечного оптического узла может превышать температуру окружающей среды на 30 градусов. Рассеяние тепла не является обязательным — это разница между пятилетним сроком эксплуатации и гарантийной претензией через восемнадцать месяцев.

 

IEEE 802.3ae: основополагающий документ

 

Когда в 2002 году исчез стандарт 802.3ae, сетевой мир все еще был занят внедрением гигабитных сетей. Рабочей группе удалось сделать нечто действительно впечатляющее: они определили варианты физического уровня, охватывающие многомодовый диапазон 850 нм и одиночный режим с расширенным радиусом действия 1550 нм, причем все они используют общую схему кодирования 64b/66b на уровне PCS.

Раздел 49 описывает подуровень физического кодирования. В разделе 52 указаны характеристики PMD для модулей LR. Эффективность кодирования существенно улучшилась по сравнению со схемой 8b/10b, поскольку накладные расходы Gigabit Ethernet- упали с 25 % примерно до 3 %. Такое повышение эффективности частично объясняет, почему оптика 10G сохраняет разумный бюджет мощности, несмотря на десятикратное увеличение пропускной способности.

Минимальная длина кабеля, предусмотренная стандартом 802.3ae, составляет 2 метра. Кажется тривиальным, но за этим стоит оптическое обоснование. На очень коротких расстояниях мощность приема может превышать порог насыщения детектора. Выходная мощность лазера приемопередатчика 10gbase LR обычно составляет от -8,2 дБм до +0.5 дБм. Чувствительность приемника достигает -14,4 дБм. На 3-метровом патч-корде вы получите вносимые потери, возможно, 0,5 дБ — большой запас, прежде чем вы достигнете минимального уровня в -14,4 дБм, но потенциально проблематичный на верхнем уровне без надлежащего проектирования канала.

 

Реализация DOM: SFF-8472 на практике

 

Цифровой оптический мониторинг изменил процесс устранения неполадок трансивера. Спецификация SFF-8472 описывает двухпроводной последовательный интерфейс, по существу I²C, на контактах управления модуля. Ваш трансивер дальнего радиуса действия 10G сообщает о пяти критических параметрах: выходной мощности TX, входной мощности RX, токе смещения лазера, напряжении питания и внутренней температуре.

Реальная-мировая ценность? Во время недавнего развертывания кольца метрополитена показания DOM выявили аномалию тока смещения на одном узле до появления физических симптомов. Лазер ухудшался-компенсация смещения сместилась с типичных 25 мА до порога срабатывания сигнализации 70 мА. Мы заменили модуль во время планового технического обслуживания вместо того, чтобы ответить на звонок об отключении электроэнергии в 2 часа ночи.

Не все поставщики реализуют DOM одинаково. Некоторые сообщают об оптической мощности с точностью ±3 дБ; производители качества добиваются ±1 дБ. Разница имеет значение, когда вы пытаетесь определить, связана ли проблема с производительностью с передатчиком, приемником или оптоволоконной установкой. Данные калибровки хранятся в EEPROM модуля.-дешевые клоны иногда поставляются с общими значениями, которые мало связаны с реальным поведением компонента.

 

 

Вопрос о длине волны: почему 1310 нм

 

Инженерные решения, лежащие в основе выбора длины волны 1310 нм, основаны на характеристиках затухания кварцевого волокна. Одномодовое волокно имеет два окна передачи: примерно 1310 нм и 1550 нм. Оба находятся в области низкого-затухания, но длина волны 1310 нм совпадает с длиной волны нулевой-дисперсии для стандартного SMF.

Варианты 10GBASE-ER и 10GBASE-ZR используют длину волны 1550 нм, поскольку для большей длины требуется меньшее затухание (около 0,2 дБ/км против 0,35 дБ/км на длине волны 1310 нм). Компромисс заключается в управлении хроматической дисперсией: передача на длине волны 1550 нм по волокну G.652 длиной 40 км приводит к значительному расширению импульса без механизмов компенсации.

Для линий длиной 10 км расчет оказывается в пользу 1310 нм. Ваш модуль приемопередатчика 10gbase lr позволяет избежать-требований к смещению оптоволокна, сохраняя при этом приемлемый запас по потерям. Магистральные сети кампусов, сети хранения данных, кольца доступа в метро-эти приложения редко оправдывают дополнительные затраты на оптику с увеличенным радиусом действия 1550 нм-.

 

Практические сценарии развертывания

 

Центр обработки данных соединяет соседние здания. Объединение корпоративных кампусов. Они представляют собой хлебные-и-приложения 10GBASE-LR. Расстояния связи обычно составляют от 500 метров до 5 километров-что вполне соответствует техническим характеристикам, но выходит за пределы многомодового диапазона.

Я веду электронную таблицу с расчетами бюджета ссылок для распространенных сценариев. Пробег длиной 6 км с использованием оптоволокна OS2 (0,4 дБ/км при длине волны 1310 нм) с четырьмя патч-панелями LC (0,3 дБ на сопряженную пару) обеспечивает:

Затухание в оптоволокне: 6 × 0.4=2.4 дБ Потери в разъеме: 4 × 0.3=1.2 дБ Допуск на сращивание: 0,5 дБ Всего: 4,1 дБ

При бюджете мощности модуля 10G LR, составляющем примерно 6,2 дБ (минимум передатчика -8,2 дБм до чувствительности приемника -14,4 дБм), вы сохраняете запас в 2 дБ. Подходит для большинства условий окружающей среды, хотя я бы хотел ближе к 3 дБ, если волокно проходит через места с переменной температурой, такие как парковочные конструкции.

 

Реалии совместимости в сетях разных-поставщиков

 

Предполагалось, что SFP+ MSA будет гарантировать совместимость по принципу «подключай-и-plug». Реальность оказывается более запутанной.

Модули Cisco содержат собственные идентификационные данные, которые некоторые прошивки коммутаторов проверяют перед включением портов. Для прохождения этих проверок трансиверам-10gbase-lr sfp+ сторонних производителей требуется кодирование специального поставщика. Универсальные модули отлично работают на платформах Juniper, Arista или Ubiquiti, на которых не действуют ограничения OEM.

Тестирование имеет значение. Авторитетные альтернативные производители поддерживают лаборатории совместимости с оборудованием крупных поставщиков. Они укажут, какие модели коммутаторов и версии встроенного ПО они проверили,-а не просто заявят о совместимости с Cisco без доказательств. Разница в цене между OEM и сторонними-сторонними производителями может превышать 80 %. Эта экономия позволяет сэкономить много запасных частей, при условии, что вы сначала проверили эксплуатационную совместимость.

Я лично запускал модули FS.COM и StarTech вместе с оптикой Cisco-в производственных средах. Функционально идентичны. Отчеты DOM работают. Сетевое оборудование не может заметить разницу во время нормальной работы. Гарантийные последствия зависят от политики поставщика оборудования.

 

 

Температурные и экологические аспекты

 

Стандартные модули SFP+ коммерческого-класса имеют рабочий диапазон 0–70 градусов. Промышленные варианты простираются от -40 до +85 градусов. Это различие важно для удаленных развертываний, телекоммуникационных хижин или любых установок без климат-контроля.

Внутри оптического приемопередатчика 10G пороговый ток DFB-лазера демонстрирует значительную температурную чувствительность. Холодная среда снижает пороговый ток, но может вызвать нестабильность-перескока мод. Горячая среда увеличивает пороговый ток, ускоряя механизмы старения. Цепи автоматического управления мощностью компенсируют проектные ограничения,-превышают эти пределы, и оптический выходной сигнал выходит за пределы спецификации.

Летом в уличных шкафах в Аризоне внутренняя температура обычно достигает 50 градусов. Без модулей промышленного-класса вы делаете ставку на долговечность трансивера. Дополнительные затраты на -временные детали-могут составлять 20-30 долларов за модуль, что обеспечивает существенное повышение надежности.

 

Поддержка FCoE и протоколов

 

Вот что привлекает людей: не все модули 10GBASE-LR поддерживают Fibre Channel over Ethernet. В таблице данных Cisco SFP-10G-LR-S явно указано несовместимость с FCoE. Если ваша сеть хранения данных требует инкапсуляции FCoE, перед покупкой проверьте поддержку протокола.

Стандартное кадрирование 10GbE отличается от примитивных последовательностей FC. Модули, оптимизированные исключительно для Ethernet, могут не обрабатывать различные шаблоны трафика и требования к синхронизации протоколов хранения. Это имеет меньшее значение в чисто IP-сетях и особенно важно в конвергентных центрах обработки данных.

 

Целостность канала и частота битовых ошибок

 

IEEE 802.3ae определяет 10^-12 BER в качестве минимального уровня производительности. Современные реализации трансиверов 10gbase lr обычно достигают лучших результатов — 10^-15 не является чем-то необычным при благоприятных условиях. Частота ошибок на этом уровне делает Ethernet практически без потерь.

Где вы видите ухудшение BER: загрязнение оптоволоконных разъемов (проверяйте перед каждой вставкой), превышение радиуса изгиба, плохие соединения или старение передатчика. Один отпечаток пальца на наконечнике LC может привести к дополнительным потерям на 0,5-1,0 дБ. Умножьте на многоскачковый путь, и ваш ссылочный бюджет внезапно исчезнет.

Я держу салфетки IPA в каждом наборе инструментов. Пять секунд очистки разъема исключают часы поиска и устранения неисправностей.

 

Справочная информация для заказа и технических характеристик

 

При покупке оптических модулей 10G LR эти параметры должны появиться в вашем списке требований:

Соответствие IEEE 802.3ae 10GBASE-LR

Механическое/электрическое соответствие SFF-8431

Поддержка DOM SFF-8472 (предпочтительна версия 12.0 или новее)

Указанный диапазон рабочих температур

Мощность передачи: от -8,2 до +0.5 дБм, минимальная спецификация

Чувствительность приема: -14,4 дБм или выше

Длина волны: 1260-1355 нм (номинальная 1310 нм)

Разъем: дуплексный LC/UPC

Разница в чувствительности приемника у разных производителей может составлять несколько дБ. Модули премиум-класса могут обеспечивать чувствительность -17 дБм, что увеличивает практическую дальность связи за пределы номинальных 10 км. Имеет ли это значение, зависит от вашего конкретного завода по производству волокна.

 

Заключительные наблюдения

 

Трансивер 10GBASE-LR занимает зрелую технологическую нишу. Пятнадцать лет оптимизации производства позволили создать надежные и недорогие модули из десятков квалифицированных источников. Соответствие стандартам обеспечивает совместимость; Цифровой оптический мониторинг обеспечивает видимость; теплотехника определяет срок службы.

Что меня продолжает удивлять: как часто клиенты недостаточно используют существующую пропускную способность оптоволокна. Одномодовая станция, поддерживающая 10G-LR, сегодня может передавать сигналы 25G-LR или даже 100G-DR при соответствующих модернизациях приемопередатчика. Само волокно переживет несколько поколений оборудования. Инвестиции в методы качественной установки-правильной прокладки кабелей, документирования потерь на сращиваниях и проверки чистоты разъемов-приносят дивиденды в течение десятилетия-плюс жизненного цикла инфраструктуры.

Выберите трансиверы, соответствующие вашим реальным требованиям. Перед развертыванием проверьте совместимость-сторонних разработчиков. Мониторинг параметров DOM. Очистите разъемы. Остальное в основном позаботится само о себе.