光纖、光模塊及光接口常用知識(shí)
2023.03.01今天我們來(lái)分享一篇關(guān)于光纖、光模塊及光接口常用知識(shí)的文章。
以太網(wǎng)交換機(jī)常用的光模塊有SFP、GBIC、XFP、XENPAK。
它們的英文全稱(chēng)是：
SFP:Small Form-factorPluggabletransceiver ，小封裝可插拔收發(fā)器
GBIC：GigaBit InterfaceConverter，千兆以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換器
XFP：10-Gigabit smallForm-factorPluggable transceiver 萬(wàn)兆以太網(wǎng)接口
1. 小封裝可插拔收發(fā)器
XENPAK：10-Gigabit EtherNetTransceiverPAcKage萬(wàn)兆以太網(wǎng)接口收發(fā)器集合封裝。
2. 光纖連接器
光纖連接器由光纖和光纖兩端的插頭組成，插頭由插針和外圍的鎖緊結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)不同的鎖緊機(jī)制，光纖連接器可以分為FC型、SC型、LC型、ST型和KTRJ型。
FC連接器采用螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)，是發(fā)明較早、使用最多的一種光纖連接活動(dòng)器。
SC是一種矩形的接頭，由NTT研制，不用螺紋連接，可直接插拔，與FC連接器相比具有操作空間小，使用方便。低端以太網(wǎng)產(chǎn)品非常常見(jiàn)。
LC是由LUCENT開(kāi)發(fā)的一種MINI型SC連接器，具有更小的體積，已廣泛在系統(tǒng)中使用，是今后光纖活動(dòng)連接器發(fā)展的一個(gè)方面。地段以太網(wǎng)產(chǎn)品非常常見(jiàn)。
ST連接器是由AT&T公司開(kāi)發(fā)的，用卡口式鎖緊機(jī)構(gòu)，主要參數(shù)指標(biāo)與FC和SC連接器相當(dāng)，但在公司應(yīng)用并不普遍，通常都用在多模器件連接，與其他廠家設(shè)備對(duì)接時(shí)使用較多。
KTRJ的插針是塑料的，通過(guò)鋼針定位，隨著插拔次數(shù)的增加，各配合面會(huì)發(fā)生磨損，長(zhǎng)期穩(wěn)定性不如陶瓷插針連接器。
3. 光纖知識(shí)
光纖是傳輸光波的導(dǎo)體。光纖從光傳輸?shù)哪Ｊ絹?lái)分可分為單模光纖和多模光纖。
在單模光纖中光傳輸只有一種基模模式，也就是說(shuō)光線只沿著光纖的內(nèi)芯進(jìn)行傳輸。由于完全避免了模式散射使得單模光纖的傳輸頻帶很寬因而適用于高速，長(zhǎng)距離的光纖通訊。
在多模光纖中光傳輸有多個(gè)模式，由于色散或相差，這種光纖的傳輸性能較差，頻帶窄，傳輸速率較小，距離較短。
4. 光纖的特性參數(shù)
光纖的結(jié)構(gòu)預(yù)制的石英光纖棒拉制而成，通信用的多模光纖和單模光纖的外徑都為125μm。
纖體分為兩個(gè)區(qū)域：纖芯和包層。單模光纖纖芯直徑為8-10μm，多模光纖纖芯徑有兩種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，芯徑分別是62.5μm(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))和50μm(歐洲標(biāo)準(zhǔn))。
接口光纖規(guī)格有這樣的描述：62.5μm、125μm多模光纖，其中62.5μm就是指光纖的芯徑，125μm就是指光纖的外徑。
單模光纖使用的光波長(zhǎng)為1310μm或1550μm。
多模光纖使用的光波長(zhǎng)多為850nm。
從顏色上可以區(qū)分出單模光纖和多模光纖。單模光纖外體分為黃色，多模光纖外體為橘紅色。
5. 千兆光口
千兆光口可以工作在強(qiáng)制和自協(xié)商兩種模式。802.3規(guī)范中千兆光口只支持1000m速度，支持全雙工和半雙工兩種雙工模式。
自協(xié)商和強(qiáng)制最根本的區(qū)別就是兩者再建立物理鏈路時(shí)發(fā)送的碼流不同，自協(xié)商模式發(fā)送的是/c/碼，也就是配置碼流，而強(qiáng)制模式發(fā)送的是/i/碼，也就是idle碼流。
6. 千兆光口自協(xié)商過(guò)程
(1)兩端都設(shè)置為自協(xié)商模式
雙方互相發(fā)送/c/碼流，如果連續(xù)接收到3個(gè)相同的/c/碼且接收到的碼流和本端工作方式相匹配，則返回給對(duì)方一個(gè)帶有ack應(yīng)答的/c/碼，對(duì)端接收到ack信息后，認(rèn)為兩者可以互通，設(shè)置端口為up狀態(tài)。
(2)一端設(shè)置為自協(xié)商，一端設(shè)置為強(qiáng)制
自協(xié)商端發(fā)送/c/碼流，強(qiáng)制發(fā)送/i/碼流，強(qiáng)制端無(wú)法給對(duì)端提供本端的協(xié)商信息，也無(wú)法給對(duì)端返回ack應(yīng)答，故自協(xié)商端DOWN。但是強(qiáng)制端本身可以識(shí)別/c/碼，認(rèn)為對(duì)端是與自己相匹配的端口，所以直接設(shè)置本端口為up狀態(tài)。
(3)兩端均設(shè)置為強(qiáng)制模式
雙方互相發(fā)送/I/碼流，一端接收到/I/碼流后，認(rèn)為對(duì)端是與自己相匹配的端口與，直接設(shè)置本端端口為up狀態(tài)。
7. 光纖是如何工作的
通訊用光纖由外覆塑料保護(hù)層的細(xì)如毛發(fā)的玻璃絲組成。玻璃絲實(shí)質(zhì)上由兩部分組成：核心直徑為9-62.5μm，外覆直徑為125μm的低折射率的玻璃材料。雖然按所用的材料及不同的尺寸而分一些其他種類(lèi)的光纖，但這里提到的是最常見(jiàn)的那幾種。光在光纖的芯層部分以“內(nèi)全反射”方式進(jìn)行傳輸，也就是指光纖進(jìn)入光纖的一端后，在芯層和包層界面之間來(lái)回反射，進(jìn)而傳輸?shù)焦饫w另一端。芯徑為62.5μm，包層外徑為125μm的光纖成為62.5μm/125μm光。
8. 多模和單模光纖的區(qū)別
(1)多模
可以傳播數(shù)百道上千個(gè)模式的光纖，成為多模光纖。根據(jù)折射率在纖芯和包層的徑向分布情況，又可以分為階躍多模光纖和漸變多模光纖。幾乎所有的多模光纖尺寸均為50/125μm或62.5/125μm，并且通常帶寬是200mhz到2ghz。多模光端機(jī)通過(guò)多模光纖可進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)5公里的傳輸。以發(fā)光二極管或激光器為光源。
(2)單模
只能傳播一個(gè)模式的光纖稱(chēng)為單模光纖。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖折射率分布和階躍型光纖類(lèi)似，只是纖芯直徑比多模光纖小得多。
單模光纖的尺寸為9-10/125μm，并且較之多模光纖具有無(wú)限量帶寬和更低損耗的特性。而單模光端機(jī)多用于長(zhǎng)距離傳輸，有時(shí)可達(dá)150-200公里。采用LD或光譜較窄的LED作為光源。
單模設(shè)備通常既可在單模光纖上運(yùn)行，亦可在短距離的多模光纖上運(yùn)行，而多模設(shè)備只限于在多模光纖上運(yùn)行。
9. 使用光纜時(shí)傳輸損耗如何計(jì)算?
這取決于傳輸光的波長(zhǎng)以及所使用光纖的種類(lèi)。
850nm波長(zhǎng)用于多模光纖時(shí)： 3.0分貝/公里
1310nm波長(zhǎng)用于多模光纖時(shí)： 1.0分貝/公里
1310nm波長(zhǎng)用于單模光纖時(shí)： 0.4分貝/公里
1550nm波長(zhǎng)用于單模光纖時(shí)： 0.2分貝/公里
10. GBIC是什么?
GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的縮寫(xiě)，是將千兆位電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的接口器件。GBIC設(shè)計(jì)上可以為熱插拔使用。GBIC是一種符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的可互換產(chǎn)品。采用GBIC接口設(shè)計(jì)的千兆位交換機(jī)由于互換靈活，在市場(chǎng)上占有較大的市場(chǎng)份額。
11. SFP是什么?
SFP是SMALL FORM PLUGGABLE的縮寫(xiě)，可以簡(jiǎn)單理解為GBIC的升級(jí)版本。SFP模塊體積比GBIC模塊減少一半?？梢栽谙嗤拿姘迳吓渲枚喑鲆槐兑陨系亩丝跀?shù)量。SFP模塊的其他功能基本和GBIC一致。有些交換機(jī)廠商SFP模塊為小型化GBIC。
未來(lái)的光模塊必須支持熱插拔，即無(wú)需切斷電源，模塊即可以與設(shè)備連接或斷開(kāi)，由于光模塊時(shí)熱插拔式的，網(wǎng)絡(luò)管理人員無(wú)需關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)就可以升級(jí)和擴(kuò)展系統(tǒng)，對(duì)在線用戶不會(huì)造成什么影響。熱插拔性也簡(jiǎn)化了總的維護(hù)工作，并使得最終用戶能夠更好地管理他們的收發(fā)模塊。同時(shí)，由于這種熱交換性能，該模塊可使網(wǎng)絡(luò)管理人員能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)要求，對(duì)收發(fā)成本、鏈路距離以及所有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行總體規(guī)劃，而無(wú)需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全部替換。
支持這熱插拔的光模塊目前有GBIC何SFP，由于SFP與SFF的外型大小差不多。它可以直接插在電路板上，在封裝上較省空間，且應(yīng)用面較廣。因此，其未來(lái)發(fā)展很值得期待。甚至可能威脅到SFF的市場(chǎng)。
12. SFF是什么?
SFF 小封裝光模塊采用了先進(jìn)的精密光學(xué)級(jí)電路集成工藝，尺寸只有普通雙工SC型光纖收發(fā)模塊的一半，在同樣空間可以增加一倍的光端口數(shù)，可以增加線路端口密度，減低每端口的系統(tǒng)成本。又由于SFF小封裝模塊采用了與銅線網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似的KT-RJ接口，大小與常見(jiàn)的電腦網(wǎng)絡(luò)銅線接口相同，有利于現(xiàn)有以銅纜為主的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備過(guò)渡到更高速率的光纖網(wǎng)絡(luò)以滿足網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的急劇增長(zhǎng)。
