Как выбрать правильный оптический трансивер

Помогая клиентам с 2012 года выбирать трансиверы для сотен центров обработки данных и предприятий, мы поняли, что большинство ошибок при выборе сводятся к одному и тому же ряду проблем: неправильному расстоянию, несоответствию типа волокна или проблемам совместимости, которые проявляются только после прибытия модулей на-площадку.

В этом руководстве описывается процесс выбора, который мы используем внутри компании, когда клиенты отправляют нам свои списки портов. Если вы учтете шесть следующих факторов: -форм-фактор, скорость, расстояние, тип волокна, длина волны и совместимость коммутаторов-, вы избежите проблем, которые вызывают возвраты и задержки в развертывании.

 

Таблица выбора

Прежде чем углубляться в детали, воспользуйтесь этой таблицей, чтобы сузить выбор. Определите свои требования к расстоянию и скорости, и вы получите краткий список типов модулей для оценки.

Расстояние	Скорость	Тип волокна	Тип модуля	Разъем	Типичная мощность
Менее 100 м	10G	Многомодовый OM3/OM4	SFP+ СР	Дуплекс ЛК	1–1.5W
Менее 100 м	100G	Многомодовый OM3/OM4	КСФП28 СР4	МПО-12	3.5W
Менее 100 м	400G	Многомодовый OM3/OM4	QSFP-DD SR8	МПО-16	10–12W
100m–500m	100G	OS2 Одиночный-режим	КСФП28 ДР1/ПСМ4	Дуплекс ЛК/МПО-12	4–5W
500–2 км	100G	OS2 Одиночный-режим	КСФП28 ФР1/КВДМ4	Дуплекс ЛК	4.5W
2–10 км	100G	OS2 Одиночный-режим	КСФП28 ЛР4	Дуплекс ЛК	4.5–5W
500–2 км	400G	OS2 Одиночный-режим	QSFP-ДД FR4	Дуплекс ЛК	10–14W
2–10 км	400G	OS2 Одиночный-режим	QSFP-DD LR4	Дуплекс ЛК	12–14W
Менее 100 м	800G	OM4 Многомодовый	ОСФП СР8	МПО-16	15–18W
500–2 км	800G	OS2 Одиночный-режим	ОСФП ДР8/2xFR4	МПО-16 / Дуплекс ЛК	18–22W

Схема проста: варианты SR (короткой дальности) используют многомодовый диапазон 850 нм для расстояний менее нескольких сотен метров, а варианты DR/FR/LR используют одномодовый-модовый диапазон 1310 нм для все более длинных дистанций. Если ваша ссылка попадает в категорию между категориями, выберите вариант с более длинным -охватом-, дополнительные затраты минимальны по сравнению с устранением неполадок с маргинальной ссылкой.

 

 

Сначала сопоставьте порты вашего коммутатора

Порт вашего коммутатора определяет, какие модули вы можете рассмотреть. Вот что мы видим в текущих развертываниях:

СФП/СФП+/СФП28имеют одинаковые физические размеры. Порт SFP28 принимает модули SFP+ и работает на скорости 10G, но проверьте документацию вашего коммутатора.-Некоторые поставщики фиксируют порты на определенных скоростях. Мы видели, как клиенты заказывали модули SFP28 для коммутаторов, поддерживающих только SFP+, а модули просто не инициализировались.

КСФП+/КСФП28/КСФП56это семейство с четырьмя-полосами движения. Порты QSFP28 обычно принимают модули QSFP+ на скоростях 40G.Форм-фактор QSFP28доминирует в текущих развертываниях 100G из-за плотности портов-вы можете разместить 36 портов на лицевой панели коммутатора высотой 1U.

QSFP-ДДудваивает количество дорожек до восьми, поддерживая400G в одном модуле. Эти порты поддерживают обратную совместимость с QSFP28, что важно во время миграции, когда вы подключаете новые магистральные коммутаторы 400G к существующей конечной инфраструктуре 100G.

ОСФПтакже использует восемь полос, но занимает большую физическую площадь, чем QSFP-DD. Дополнительный размер обеспечивает лучшее управление температурным режимом,-что важно дляМодули 800Gкоторые потребляют 15–22 Вт и выделяют значительное количество тепла. Компромисс — меньшая плотность портов на коммутаторе.

Обрабатывая запросы на совместимость, мы поняли одну вещь: физическое соответствие не означает функциональную совместимость. Мы регулярно получаем заявки от клиентов, которые вставили SFP+ в порт,-только SFP, или QSFP28 в порт QSFP+, который не поддерживает 100G. Всегда проверяйте поддерживаемые скорости порта в дополнение к форм-фактору.

 

Что на самом деле нужно вашей сети

Сопоставьте скорость порта с реальными требованиями к пропускной способности, а не с теоретическими максимумами. Соединение 10G со средней скоростью 2 Гбит/с с пиковой скоростью до 5 Гбит/с имеет достаточный запас мощности. Канал 10G, постоянно работающий со скоростью выше 7 Гбит/с, требует обновления.

Текущие основные развертывания разбиты по сетевым уровням:

Уровень доступа к серверу:10G и 25G доминируют для большинства корпоративных рабочих нагрузок.Модули SFP28 на 25Gобеспечить хороший баланс между стоимостью и емкостью современных серверных сетевых карт. Мы видим подключения к серверам 100G в основном для кластеров графических процессоров и высокопроизводительных вычислений, но это все еще небольшой процент от общего числа портов.

Лист-к-позвоночнику:100G является стандартным для большинства новых развертываний. Организации, осуществляющие модернизацию, обычно сначала переходят на 400G в магистральной сети, а затем постепенно заменяют конечные коммутаторы, насколько позволяет бюджет. Это позволяет запускать смешанную среду во время миграции без дополнительных обновлений.

От соединения-к-ядру и DCI:400G становится стандартом для-требований к высокой пропускной способности. 800Развертывание G ускоряется в гипермасштабных средах, хотя внедрение на предприятиях обычно отстает на 18–24 месяца.

 

 

Расстояние и бюджет канала: где происходит больше всего ошибок

Номинальное расстояние, указанное в технических характеристиках трансивера, предполагает идеальные условия:-чистые разъемы, соответствие-спецификационному волокну, минимальное количество точек соединения. Реальные установки редко соответствуют этим предположениям.

Практический расчет бюджета линии должен учитывать затухание волокна (приблизительно 0,35 дБ/км на длине волны 1310 нм для одиночного-мода), потери в разъеме (бюджет 0,3–0,5 дБ на сопряженную пару), любые точки соединения, а также запас прочности для старения компонентов и изменений окружающей среды. Обычно мы рекомендуем зарезервировать запас на 2–3 дБ сверх расчетных потерь.

Вот в чем проблема: такие обозначения, как SR, DR, FR, LR и ER, являются полезными сокращениями, но они не являются универсальными стандартами с одинаковыми спецификациями у разных поставщиков. Модуль «LR4» от двух разных производителей может иметь немного разные бюджеты мощности. Всегда проверяйте фактическое описание, а не предполагайте единообразное поведение.

Для одномодовых-каналов связи на более высоких скоростях хроматическая дисперсия становится ограничивающим фактором. Сигнал 10G допускает гораздо большую дисперсию, чем сигнал 100G по тому же волокну. Вот почему вы не можете просто заменить 10G-LR4 на 10G-LR и ожидать, что он будет работать на том же расстоянии,-физика другая.

 

 

Многомодовый или однорежимный-режим

Ваш существующий завод по производству волокна обычно диктует этот выбор. Прокладка нового оптоволокна обходится дорого, и большинство развертываний работают в рамках инфраструктурных ограничений.

Многомодовый (OM3/OM4/OM5)означает более низкую стоимость трансивера, но меньшую дальность действия. Волокно OM4 с модулями 100G-SR4 достигает примерно 100 метров,-достаточно для большинства соединений внутри-зданий. Ограничение расстояния ужесточается на более высоких скоростях, поэтому не существует стандартного модуля 400G или 800G, который мог бы преодолевать значимые расстояния в многомодовом режиме.

 

Однорежимный-режим (OS2)означает более высокую стоимость трансивера, но значительно большую дальность действия. Одно и то же волокно поддерживает все: от 500 метровых-кампусных линий связи до 80-километровых линий метро-, вам просто нужно заменить трансивер. Именно эта гибкость является причиной того, что мы обычно рекомендуем одномодовые установки для новых оптоволоконных сетей, даже если текущие требования к расстоянию не требуют этого. Разница в стоимости кабеля незначительна, а трансиверы можно заменять; волокно является постоянным.

Одну закономерность мы наблюдаем неоднократно: клиенты используют многомодовый режим на короткий период, а затем через два года им необходимо продлить его. Оптоволокно не может поддерживать большее расстояние на требуемой скорости, поэтому в конечном итоге они все равно используют новый одиночный-мод. Если вы выполняете установку с нуля, единый-режим везде избавит от головной боли в дальнейшем.

 

 

Длина волны: правильное понимание основ

Стандартные трансиверы работают на длине волны 850 нм (многомодовый), 1310 нм (одномодовый-короткий/средний радиус действия) или 1550 нм (одномодовый-длинный радиус действия). Двум трансиверам, соединенным оптоволокном, необходимы совместимые длины волн-для стандартных дуплексных соединений, что означает одинаковую длину волны на обоих концах.

BiDi (двунаправленные) трансиверыявляются исключением. В них используются две разные длины волн на одной нити волокна: если один конец передает на длине волны 1310 нм и принимает на длине волны 1550 нм, другой конец должен передавать на длине волны 1550 нм и принимать на длине волны 1310 нм. Модули BiDi необходимо заказывать и развертывать как согласованные пары. Мы обрабатывали случаи, когда клиенты путали пары, и в результате ссылка отказывалась открываться без явного сообщения об ошибке.

WDM (мультиплексирование с разделением по длине волны)позволяет использовать несколько каналов в одной паре волокон, назначая каждому каналу разную длину волны.КВДМиспользует расстояние между каналами 20 нм и доступно 18 длин волн.-Практично для городских сетей и кампусов, где оптоволокно ограничено.ДВДМиспользует гораздо меньшее расстояние (0,8 нм или меньше) и поддерживает 40–96+ каналов, но требует лазеров с-стабилизацией температуры и в основном используется в сетях операторов связи.

Для большинства корпоративных развертываний достаточно стандартной одноволновой-оптики. WDM увеличивает стоимость и сложность, что имеет смысл только в том случае, если у вас-ограничены оптоволоконные каналы или вам необходимо объединить несколько путей с высокой-полосой пропускания.

 

 

Температурный рейтинг

Стандартные коммерческие трансиверы работают при температуре корпуса от 0 до 70 градусов. Это нормально для центров обработки данных-с контролируемым климатом и аппаратных помещений. Если выйти за пределы этого диапазона, вы увидите снижение производительности или сбой.

Модули промышленного-класса, рассчитанные на температуру от -40 до 85 градусов, стоят дороже, но необходимы для наружных шкафов, сотовых станций, заводских цехов с перепадами температур или в любых местах без надежной системы отопления, вентиляции и кондиционирования.

Тепловое воздействие на трансиверы хорошо-задокументировано: пороговый ток лазера увеличивается с ростом температуры, вызывая дрейф длины волны и изменение мощности. Данные о надежности промышленности показывают, что каждые 10 градусов повышения рабочей температуры примерно удваивают скорость деградации компонентов. Приемопередатчик, работающий при 70 градусах, достигнет конца--срока службы быстрее, чем трансивер, работающий при 60 градусах, даже если оба остаются в пределах своих номинальных характеристик.

Для развертываний в центрах обработки данных подходят модули коммерческого-класса. Для всего, что находится за пределами контролируемой среды, укажите промышленный температурный диапазон и убедитесь, что поставщик действительно проводит испытания в соответствии с этой спецификацией.

 

Совместимость с коммутатором: скрытый подвох

Именно здесь у многих клиентов возникают проблемы. Поставщики коммутаторов программируют трансиверы с идентификационными кодами, которые их оборудование проверяет перед включением портов. Вставьте модуль без ожидаемого кода поставщика, и вы можете увидеть предупреждающие сообщения, ухудшить функциональность или полную блокировку порта в зависимости от платформы.

OEM-трансиверыгарантированно совместимы, но обычно стоят значительно дороже, чем альтернативы сторонних-производителей. OEM-цены на модуль 100G QSFP28 находятся в диапазоне 800–2000 долларов США по сравнению с 200–400 долларами США за эквивалентные модули сторонних-производителей, разработанные для той же платформы.

Совместимые модули-сторонних производителейиспользуйте одно и то же стандартное оборудование MSA-с кодировкой EEPROM- конкретного поставщика. Ключевым моментом является работа с поставщиком, который фактически тестирует вашу конкретную модель коммутатора и версию прошивки. На нашем предприятии в Шэньчжэне перед отправкой мы храним базы данных совместимости, охватывающие тысячи комбинаций переключателей/прошивок и пред-программных модулей с правильными кодами поставщиков.

Что проверить перед заказом:

• Точная модель коммутатора и текущая версия прошивки
• Протестировал ли поставщик эту конкретную комбинацию
• Политика возврата, если модули не работают в вашей среде
• Доступна ли перекодировка, если вы позже смените платформу переключения

Одно распространенное заблуждение: использование модулей-сторонних производителей не лишает вас гарантии на коммутатор. В соответствии с Законом о гарантиях Магнусона-Мосса (в США) и аналогичными законами во всем мире производители оборудования не могут отказать в гарантийном обслуживании только потому, что вы используете детали-сторонних производителей;-они могут отказать в гарантийном обслуживании только в том случае, если докажут, что именно компонент-стороннего производителя вызвал конкретный сбой.

 

DAC и AOC: когда оптика не нужна

Не для каждого высокоскоростного-соединения требуются оптические трансиверы. На короткие расстояния,Медь прямого подключения (DAC)иАктивные оптические кабели (АОС)предлагайте альтернативы.

Кабели ЦАПпредставляют собой медные провода Twinax со встроенными разъемами на обоих концах. Самая низкая стоимость, самая низкая задержка, ограниченный радиус действия-обычно 1–5 метров в зависимости от скорости. Они идеально подходят для внутренних соединений-стойки, где расстояние минимально и требуется максимально возможная задержка. Недостатком является вес и радиус изгиба; связка кабелей ЦАП быстро становится тяжелой и громоздкой.

Кабели АОСпредставляют собой оптоволоконные кабели с постоянно подключенными модулями приемопередатчиков. Легче, чем DAC при эквивалентной длине, с радиусом действия до 100 метров для некоторых вариантов. Компромисс: нельзя-ограничивать поле. Если кабель поврежден, вы замените весь узел, а не просто повторно-подключите его.

Схема принятия решений: ЦАП для всего, что меньше 3 метров, когда стоимость и задержка имеют наибольшее значение, AOC для трасс на 3–30 метров, где вес кабеля или электромагнитные помехи вызывают беспокойство, традиционные трансиверы с патч-кордами для чего-то более длинного или когда вам нужна гибкость для изменения длины кабеля.

 

Чистота разъема

Вот что мы узнали из обработки возвратов и обращений в службу поддержки: загрязнение разъема является причиной значительной части того, что сообщается как «сбой модуля». Полевые данные, полученные в центрах обработки данных в Северной Америке, показывают, что большинство проблем с оптическими соединениями вызывают загрязненные или поврежденные разъемы.-однако сами модули проходят отличные испытания, когда мы получаем их обратно.

Частица пыли диаметром всего в несколько микрон,-невидимая невооруженным глазом-может блокировать значительную часть оптического сигнала. В результате возникают периодические ошибки, а не полный отказ, что делает этот тип проблем наиболее трудным для диагностики.

Протокол профилактики:

• Проверяйте разъемы с помощью оптоволоконного микроскопа (минимум 200-кратное увеличение) перед каждой вставкой.
• При видимых загрязнениях протирайте их-безворсовыми салфетками и оптическим-изопропанолом.
• Используйте кассетные очистители для внутренних портов модуля.
• Сохраняйте пылезащитные колпачки на месте до момента подключения.
• Никогда не используйте сжатый воздух.-частицы могут попасть в разъем, а не вылететь из него.

Именно по этой причине мы включаем области проверки оптоволокна в рекомендуемый комплект для развертывания. Микроскоп стоимостью 400 долларов позволяет избежать тысяч ненужных замен модулей и затрат времени на устранение неполадок.

 

 

Защита от электростатического разряда: к чему стоит отнестись серьезно

Электростатический разряд не всегда приводит к немедленному выходу из строя. Чаще всего это приводит к скрытым повреждениям, которые ослабляют компоненты и вызывают отказы спустя несколько месяцев,-которые невозможно связать с первоначальной ошибкой обращения.

Отраслевые данные показывают, что ESD составляет 12–15% возвратов трансиверов при несоблюдении надлежащих протоколов. При выполнении правильных процедур по электростатическому разряду-наручные браслеты, заземленные на корпус оборудования, антистатические пакеты до момента установки, избегание условий низкой-влажности-снижает это значение до менее 2 %.

Уязвимыми компонентами являются лазерные диоды, фотодетекторы и схемы защиты входов микросхем драйверов. Ни один из них не переносит хорошо статический разряд, а повреждения зачастую незаметны до тех пор, пока модуль не выйдет из строя в процессе производства через несколько недель или месяцев.

 

 

Часто задаваемые вопросы

 

 

Контрольный список выбора

Прежде чем разместить заказ, подтвердите эти шесть параметров:

• Форм-факторсоответствует портам вашего коммутатора (SFP+, SFP28, QSFP28, QSFP-DD, OSFP)
• Скоростьсоответствует возможностям порта и требованиям сети
• Расстояниепокрыто запасом (не указывайте границы номинального охвата)
• Тип волокнасоответствует существующей установке (многорежимный или однорежимный-режим)
• Длина волныподходит для типа волокна (850 нм для многомодового, 1310/1550 нм для одномодового-)
• Совместимость переключателейпроверено для вашей конкретной модели и прошивки

Сделайте это правильно, и развертывание станет простым. Пропустите любой из них, и вы увидите возвраты, повторные заказы и задержки проектов.

Если вам нужна помощь в выборе модулей для развертывания,пришлите нам свой список портовс моделями коммутаторов, расстояниями и типами волокон. Наша техническая группа подготовит рекомендации на основе наших данных испытаний и базы данных совместимости.