Использование клиентских портов 2.5G операторами фиксированной связи в ближайшие годы будет незначительным. Переход на них стоит ожидать по мере массового распространения видео в формате 8К и 16K. Оптические модули под данный сегмент выпускаются в форм-факторе SFP. К уже существующим модулям добавятся SFP с медными портами 2.5GBASE-T с дальностью передачи до 100м. Анонсирован выход и модулей 5G, но пока ни один производитель не анонсировал оптических модулей с данной скоростью.
В данной нише используется форм-фактор SFP в модификациях SFP16 и SFP28. Конструктивно они почти не отличаются от модулей 10G. И, благодаря относительной простоте технологии, "старшие" модули активно будут вытеснять своих "младших" собратьев. Уже с 2020 года появятся коммутаторы для уровня распределения, имеющие нисходящие порты на 2.5G (клиентские) и восходящие на 25G (uplink). оптоволоконный кабель 2 волокна
Наращивать скорость передачи можно за счет увеличения частоты сигнала и способа модуляции. Современная элементная база позволяет обеспечить передачу в один поток не более 25 Гбит/с (при кодировке NRZ). Более высокие скорости уменьшают стабильность и резко увеличивают стоимость. Для решения данной проблемы было решено передавать одновременно нескольких каналов, что привело к появлению новых форм-факторов оптических модулей, таких как CFP и QSFP+ (Quad SFP+).
В настоящее время CFP 40G крайне непопулярен и практически не используется. Поэтому, рассуждая о 40G-модулях, мы будем иметь ввиду именно QSFP+. Такие модули используются в агрегации и ядре сети, для стекирования коммутаторов. Также, формат 40G популярен среди операторов ЦОД, использующих сервера с сетевыми картами 10G.
Для передачи используют 4/8 пар волокон. Для этого применяются патчкорды MPO, которые могут иметь 8/12/24 волокон. При этом, для передачи 40/100G используется только 8, а для 400G – 16 волокон. Для совместимости оптические модули имеют MPO-разъемы формата MPO-12 или MPO-24 (рисунок 1). Схема распределения оптических волокон показана на рисунке 2.
При выборе патчкорда следует учитывать, что он должен быть типа "мама". Для SR4 модулей используется мультимодовый, кроссовый, патчкорд с полировкой UPC. Визуально он должен иметь цвет экстрактора голубой (aqua) и цвет кабеля голубой (OM3) или фиолетовый (OM4).
Модуль, предназначен для разбиения 40G на 4 х 10G и передачи сигнала на расстояние до 10 км. Модуль использует четыре лазера, с длиной волны 1310 нм (+-50 нм), при этом имеет разъем MPO/APC. Данную сборку можно представить как четыре 10GBase-LR модуля в одном QSFP+ форм-факторе. Для разбиения на 10G используют одномодовый кабель MPO/APC - 8xLC.
Модуль использует длины волн 1270-1330 нм. Передача 40G-канала с использованием данных модулей потребует наличие двух оптических волокон. В текущий момент использование таких модулей дороже, чем организация четырех каналов 10G, на базе CWDM в нижнем диапазоне. При этом, если использовать 10G SFP+ модули, то вам потребуется только одно волокно.
В этой категории используются модули с форм-факторами CFP(Centum Form Factor Pluggable) , CFP2, CFP4 и QSFP28. Существует еще проприетарный форм-фактор CPAK. На текущий момент модули с форм-фактором CPAK выпускаются исключительно под Cisco. Кроме размеров, он ничем не отличается от остальных, так что отдельно его рассматривать мы не будем. Какой именно 100G-модуль имеет смысл использовать, зависит от решаемой задачи. Для локальных линков – агрегация сети, ядро сети, внутренние линки в ЦОД – используют QSFP28-модули. Для WAN-линков применяются когерентные модули с форм-факторами CFP и CFP2.
Вообще, с появлением 100G многие столкнулись с ранее неизвестными для себя понятиями, такими как: Cogerent, OTU, CWDM4, DR, FR, PAM4 и прочими. Рассмотрим каждое понятие в отдельности.
Говоря простым языком, не вдаваясь в глубины физики, когерентный лазер - это лазер, позволяющий передать несколько волн одновременно (синхронно). Что позволяет передать несколько каналов 32G (25G информации и FEC), используя всего одну длину волны. Так, например, самая простая модуляция QPSK позволяет передать четыре канала на одной длине волны. Что делает возможным использовать когерентные транспондеры для систем DWDM. Используя более сложную модуляцию (QAM 8/16), можно повысить скорость передачи до 200G и выше. Для того, чтобы обработать модулированный сигнал, используется DSP (Digital Signal Processor - цифровой процессор обработки сигналов). Кроме прочего, DSP предоставляет два неоспоримых преимущества:
DSP-модуль может устанавливаться в самом оптическом модуле (в этом случае модуль называется DCO), либо на коммутаторе (в этом случае модуль называется ACO). В настоящее время оптические модули DCO доступны в форм-факторах CFP/CFP2, ACO в форм-факторе CFP4 (CFP и CFP2 сейчас мало распространены. В основном, выпускаются Finisar).
Специально под нужды магистральных операторов был разработан стандарт ITU G.709, также известный, как OTN (Optical Transport Network - оптическая транспортная сеть). Это механизм протоколонезависимого транспорта. В котором вся информация передается в рамках контейнеров, имеющих разную скорость и упаковывающихся один в другой по принципу матрешки. Так, четыре самых маленьких контейнера OTU1 (2.5G) помещается в один OTU2 (10G). Четыре OTU2 помещаются в один OTU3, и т.д.
В описании модулей 100G можно встретить указание CWDM4 или WDM4. Это не значит, что модуль рассчитан для работы в сетях CWDM. В таких модулях используются лазеры CWDM и встроенный CWDM-мультиплексор. Это позволяет использовать более распространенные, и потому более дешевые, лазеры. Следует помнить, что между собой модули разных типов не работают. Т.е. вы не сможете соединить QSFP28-LR4-10 и QSFP28-CWDM4-10 между собой.
Если в названии или описании модуля вы встречаете PAM (PAM4), это означает, что модуль использует модуляцию PAM вместо NRZ. Суть заключается в уменьшении амплитуды в 2 раза, что в результате дает в 4 раза больше вариантов. Различие в кодировке наглядно видно на рисунке ниже. Для тех, кто не знаком с кодировками, дадим небольшое описание. Передача состояния определяется не наличием уровня (0 или 1), а переходом из одного состояния в другое. Так переход от 0 к 0, 0 к 1 обеспечивает передачу двух бит информации, а не одного, в случае простого измерения текущего уровня. В PAM за 0 берется середина амплитуды. В результате, имеем состояния 1; +⅓; -⅓; -1. Это дает нам 4 состояния и возможность контролировать переход из каждого в каждый. По совокупности мы увеличиваем объем передаваемой информации в 4 раза, по сравнению с кодировкой NRZ. Модуляцию PAM4 применяют как для электрического интерфейса, так и для оптической передачи. При этом, если для электрического интерфейса это почти не оказывает негативных эффектов, то для оптической передачи возникают существенные ограничения. Главные из которых:
Данный стандарт пришел на смену 100G PSM4 и относится к третьему поколению. Благодаря использованию PAM4-модуляции, модули обеспечивают передачу 50G или 100G по одной длине волны. Стандарт передачи 100GBASE-DR обеспечивает дальность работы до 500 м. Модули рассчитаны на работу с одномодовым волокном, на длине волны 1310 нм. При этом передача четырех 100G происходит параллельно.
Модули FR предназначены для работы на расстояние до 2 км. При передаче используется PAM4-модуляция, за счет чего 50G передается всего по одной длине волны. Для передачи используются CWDM-лазеры из диапазона 1270-1330 нм.
В отличии от 40G-модулей для 100G SR2 предполагает использование четырех ОВ. По каждой паре волокон происходит передача 50G с длиной волны 1310 нм, с использованием PAM-модуляции. Основная цель данного решения - использовать существующую кабельную инфраструктуру в ЦОД.
Внешне модуль сопоставим с привычным QSFP28. Для обеспечения возможности работы с восемью каналами, контактная площадка стала длиннее и получила второй ряд контактов (показано на рисунке 3). Именно благодаря этому, модуль получил название DD (Double Density). Особенность подобного решения – в сохранении обратной совместимости. Так, в порт коммутатора QSFP-DD можно устанавливать обычные QSFP28. Наличие восьми потоков позволяет обеспечивать передачу в самых разных комбинациях: 8x25Gbe, 8x50Gbe, 4 x 100Gbe, 2 x 200Gbe, 1x400Gbe.
Модули OSFP чуть больше по размерам QSFP. Это позволяет улучшить охлаждение и повысить допустимое потребление до 15 Вт (для QSFP-DD допустимое потребление 12 Вт). Для нужд интерконнект и METRO-соединений QSFP-DD более привлекателен. За счет своей компактности и обратной совместимости с QSFP. В связи с чем, OSFP-модули широкого распространения не получат. OSFP будет набирать популярность по мере появления DCO-модулей в этом формате.
В краткосрочной перспективе (2020-2021 годы) основное развитие направления 200/400G – это interconnect (соединение двух устройств на небольшом расстоянии). При этом, важно не столько соединять два устройства на такой скорости, сколько повысить плотность портов для нужд ЦОД. Именно этим обуславливается появление таких форматов как FR и DR, обеспечивающих передачу на короткие расстояния. Поскольку в качестве конечных устройств могут выступать коммутаторы или серверы, то применяются скорости передачи: 2x100G, 4x100G, 8x25G, 8x50G. Полный список доступных сейчас вариантов приведен в таблице 5.
DR4 - пришел на смену PSM4, предназначен для подключения оборудования 100G к портам 400G.
SR8 - соединение оборудование на коротких дистанциях на скорости 400G по ММ, а также подключение оборудование со скоростями 50G с использование Break-out-кабеля.
Для подключения используется breakout-кабель. С одной стороны MPO12/UPC, с другой – 4 кабеля duplex LC. Данная схема включения очень популярна среди операторов ЦОД, а также совместно с DWDM-макспондерами, которые имеют клиентские порты QSFP+/QSFP28.
оптоволокно ethernet Такая схема очень популярна у магистральных операторов, совместно с DWDM-макспондерами. Также, данная схема подходит для использования с QSFP-DD DR4-модулями, для передачи 4 х 100G.