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光模塊、光接口及光纖知識
來源:武漢百業網科技有限公司 發(fā)布日期:2019-05-16
以太網交換機常用的光模塊有SFP,GBIC,XFP,XENPAK。
它們的英文全稱:
SFP:Small Form-factor Pluggabletransceiver ,小封裝可插拔收發(fā)器
GBIC:GigaBit Interface Converter,千兆以太網接口轉換器
XFP: 10-Gigabit small Form-factorPluggable transceiver 萬兆以太網接口
小封裝可插拔收發(fā)器
XENPAK: 10 Gigabit EtherNet TransceiverPAcKage萬兆以太網接口收發(fā)器集合封裝
光纖連接器
光纖連接器由光纖和光纖兩(liǎng)端的插頭組成(chéng),插頭由插針和外圍的鎖緊結構組成(chéng)。根據不同的鎖緊機制,光纖連接器可以分爲FC型、SC型、LC型、ST型和KTRJ型。
FC連接器采用螺紋鎖緊機構,是發(fā)明較早、使用最多的一種(zhǒng)光纖活動連接器。
SC是一種(zhǒng)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。低端以太網産品非常常見。
LC是由LUCENT開(kāi)發(fā)的一種(zhǒng)Mini型的SC連接器,具有更小的體積,已廣泛在系統中使用,是今後(hòu)光纖活動連接器發(fā)展的一個方向(xiàng)。低端以太網産品非常常見。
ST連接器是由AT&T公司開(kāi)發(fā)的,用卡口式鎖緊機構,主要參數指标與FC和SC連接器相當,但在公司應用并不普遍,通常都(dōu)用在多模器件連接,與其它廠家設備對(duì)接時使用較多。
KTRJ的插針是塑料的,通過(guò)鋼針定位,随著(zhe)插拔次數的增加,各配合面(miàn)會發(fā)生磨損,長(cháng)期穩定性不如陶瓷插針連接器。
光纖知識
光纖是傳輸光波的導體。光纖從光傳輸的模式來分可分爲單模光纖和多模光纖。
在單模光纖中光傳輸隻有一種(zhǒng)基模模式,也就是說光線隻沿光纖的内芯進(jìn)行傳輸。由于完全避免了模式射散使得單模光纖的傳輸頻帶很寬因而适用與高速,長(cháng)距離的光纖通迅。
在多模光纖中光傳輸有多個模式,由于色散或像差,這(zhè)種(zhǒng)光纖的傳輸性能(néng)較差,頻帶窄,傳輸速率較小,距離較短。
光纖的特性參數
光纖的結構預制的石英光纖棒拉制而成(chéng),通信用的多模光纖和單模光纖的外徑都(dōu)爲125μm。
纖體分爲兩(liǎng)個區域:纖芯(Core)和包層(Cladding layer)。單模光纖纖芯直徑爲8~10μm,多模光纖纖芯徑有兩(liǎng)種(zhǒng)标準規格,芯徑分别爲62.5μm(美國(guó)标準)和50μm(歐洲标準)。
接口光纖規格有這(zhè)樣(yàng)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(cháng)爲1310nm或1550 nm。
多模光纖使用的光波長(cháng)多爲850 nm。
從顔色上可以區分單模光纖和多模光纖。單模光纖外體爲黃色,多模光纖外體爲橘紅色。
千兆光口自協商
千兆光口可以工作在強制和自協商兩(liǎng)種(zhǒng)模式。802.3規範中千兆光口隻支持1000M速率,支持全雙工(Full)和半雙工(Half)兩(liǎng)種(zhǒng)雙工模式。
自協商和強制最根本的區别就是兩(liǎng)者再建立物理鏈路時發(fā)送的碼流不同,自協商模式發(fā)送的是/C/碼,也就是配置(Configuration)碼流,而強制模式發(fā)送的是/I/碼,也就是idle碼流。
千兆光口自協商過(guò)程
一、兩(liǎng)端都(dōu)設置爲自協商模式
雙方互相發(fā)送/C/碼流,如果連續接收到3個相同的/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)方一個帶有Ack應答的/C/碼,對(duì)端接收到Ack信息後(hòu),認爲兩(liǎng)者可以互通,設置端口爲UP狀态。
二、一端設置爲自協商,一端設置爲強制
自協商端發(fā)送/C/碼流,強制端發(fā)送/I/碼流,強制端無法給對(duì)端提供本端的協商信息,也無法給對(duì)端返回Ack應答,故自協商端DOWN。但是強制端本身可以識别/C/碼,認爲對(duì)端是與自己相匹配的端口,所以直接設置本端端口爲UP狀态。
三、兩(liǎng)端均設置爲強制模式
雙方互相發(fā)送/I/碼流,一端接收到/I/碼流後(hòu),認爲對(duì)端是與自己相匹配的端口,直接設置本端端口爲UP狀态。
光纖是如何工作的?
通訊用光纖由外覆塑料保護層的細如毛發(fā)的玻璃絲組成(chéng)。玻璃絲實質上由兩(liǎng)部分組成(chéng):核心直徑爲9到62.5μm,外覆直徑爲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還(hái)有一些其它種(zhǒng)類的光纖,但這(zhè)裡(lǐ)提到的是最常見的那幾種(zhǒng)。光在光纖的芯層部分以“全内反射”方式進(jìn)行傳輸,也就是指光線 進(jìn)入光纖的一端後(hòu),在芯層和包層界面(miàn)之間來回反射,進(jìn)而傳輸到光纖另一端。芯徑爲62.5μm,包層外徑爲125μm的光纖稱爲62.5/125μm 光.
多模和單模光纖的區别?
多模:
可以傳播數百到上千個模式的光纖,稱爲多模(MM)光纖。根據折射率在纖芯和包層的徑向(xiàng)分布情況,又可分爲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爲50/125μm或62.5/125μm,并且帶寬(光纖的信息傳輸量)通常爲200MHz到2GHz。多模光端機通過(guò)多模光纖可進(jìn)行長(cháng)達5公裡(lǐ)的傳輸。以發(fā)光二極管或激光器爲光源。
單模:
隻能(néng)傳播一個模式的光纖稱爲單模光纖。标準單模(SM)光纖折射率分布和階躍型光纖相似,隻是纖芯直徑比多模光纖小得多。
單模光纖的尺寸爲9-10/125μm,并且較之多模光纖具有無限量帶寬和更低損耗的特性。而單模光端機多用于長(cháng)距離傳輸,有時可達到150至200公裡(lǐ)。采用LD或光譜線較窄的LED作爲光源。
區别與聯系:
單模設備通常既可在單模光纖上運行,亦可在多模光纖上運行,而多模設備隻限于在多模光纖上運行。
使用光纜時傳輸損耗如何?
這(zhè)取決于傳輸光的波長(cháng)以及所使用光纖的種(zhǒng)類。
850nm波長(cháng)用于多模光纖時: 3.0分貝/公裡(lǐ)
1310nm波長(cháng)用于多模光纖時: 1.0分貝/公裡(lǐ)
1310nm波長(cháng)用于單模光纖時: 0.4分貝/公裡(lǐ)
1550nm波長(cháng)用于單模光纖時: 0.2分貝/公裡(lǐ)
何爲GBIC?
GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的縮寫,是將(jiāng)千兆位電信号轉換爲光信号的接口器件。GBIC設計上可以爲熱插拔使用。GBIC是一種(zhǒng)符合國(guó)際标準的可互換産品。采用 GBIC接口設計的千兆位交換機由于互換靈活,在市場上占有較大的市場分額。
何爲SFP?
SFP是SMALL FORM PLUGGABLE的縮寫,可以簡單的理解爲GBIC的升級版本。SFP模塊體積比GBIC模塊減少一半,可以在相同的面(miàn)闆上配置多出一倍以上的端口數量。SFP模塊的其他功能(néng)基本和GBIC一緻。有些交換機廠商稱SFP模塊爲小型化GBIC(MINI-GBIC)。
未來的光模塊必須支持熱插拔,即無需切斷電源,模塊即可以與設備連接或斷開(kāi),由于光模塊是熱插拔式的,網絡管理人員無需關閉網絡就可升級和擴展系統,對(duì)在線用戶不會造成(chéng)什麼(me)影響。熱插拔性也簡化了總的維護工作,并使得最終用戶能(néng)夠更好(hǎo)地管理他們的收發(fā)模塊。同時,由于這(zhè)種(zhǒng)熱交換性能(néng),該模塊可使網絡管理人員能(néng)夠根據網絡升級要求,對(duì)收發(fā)成(chéng)本、鏈路距離以及所有的網絡拓撲進(jìn)行總體規劃,而無需對(duì)系統闆進(jìn)行全部替換。支持這(zhè)熱插拔的光模塊目前有GBIC和SFP,由于SFP與SFF的外型大小差不多,它可以直接插在電路闆上,在封裝上較省空間與時間,且應用面(miàn)相當廣,因此,其未來發(fā)展很值得期待,甚至有可能(néng)威脅到SFF的市場。
何爲SFF?
SFF(Small Form Factor)小封裝光模塊采用了先進(jìn)的精密光學(xué)及電路集成(chéng)工藝,尺寸隻有普通雙工SC(1X9)型光纖收發(fā)模塊的一半,在同樣(yàng)空間可以增加一倍的光端口數,可以增加線路端口密度,降低每端口的系統成(chéng)本。又由于SFF小封裝模塊采用了與銅線網絡類似的KT-RJ接口,大小與常見的電腦網絡銅線接口相同,有利于現有以銅纜爲主的網絡設備過(guò)渡到更高速率的光纖網絡以滿足網絡帶寬需求的急劇增長(cháng)。
網絡連接設備接口類型
BNC接口
BNC接口是指同軸電纜接口,BNC接口用于75歐同軸電纜連接用,提供收(RX)、發(fā)(TX)兩(liǎng)個通道(dào),它用于非平衡信号的連接。
光纖接口
光纖接口是用來連接光纖線纜的物理接口。通常有SC、ST、LC、FC等幾種(zhǒng)類型。對(duì)于10Base-F連接來說,連接器通常是ST類型,另一端FC連的是光纖步線架。FC是FerruleConnector的縮寫,其外部加強方式是采用金屬套,緊固方式爲螺絲扣。ST接口通常用于10Base-F,SC接口通常用于100Base-FX和GBIC,LC通常用于SFP 。
RJ-45接口
RJ-45接口是以太網最爲常用的接口,RJ-45是一個常用名稱,指的是由IEC(60)603-7标準化,使用由國(guó)際性的接插件标準定義的8個位置(8針)的模塊化插孔或者插頭。
RS-232接口
RS-232-C接口(又稱 EIA RS-232-C)是目前最常用的一種(zhǒng)串行通訊接口。它是在1970年由美國(guó)電子工業協會(EIA)聯合貝爾系統、 調制解調器廠家及計算機終端生産廠家共同制定的用于串行通訊的标準。它的全名是“數據終端設備(DTE)和數據通訊設備(DCE)之間串行二進(jìn)制數據交換接口技術标準”。該标準規定采用一個25個腳的DB25連接器,對(duì)連接器的每個引腳的信号内容加以規定,還(hái)對(duì)各種(zhǒng)信号的電平加以規定。
RJ-11接口
RJ-11接口就是我們平時所說的電話線接口。RJ-11是用于西部電子公司(Western Electric)開(kāi)發(fā)的接插件的通用名稱。其外形定義爲6針的連接器件。原名爲WExW,這(zhè)裡(lǐ)的x表示“活性”,觸點或者打線針。例如, WE6W 有全部6個觸點,編号1到6, WE4W 界面(miàn)隻使用4針,最外面(miàn)的兩(liǎng)個觸點(1和6) 不用,WE2W 隻使用中間兩(liǎng)針(即電話線接口用)。
CWDM 與 DWDM
随著(zhe)Internet的IP數據業務高速增長(cháng),造成(chéng)對(duì)傳輸線路帶寬的需求不斷加大。雖然DWDM(密集波分複用)技術作爲最有效的解決線路帶寬擴容的方法,但是CWDM (粗波分複用) 技術比DWDM在系統成(chéng)本、可維護性等方面(miàn)具有優勢。
CWDM與DWDM皆屬于波分複用技術,都(dōu)可以將(jiāng)不同波長(cháng)的光偶合到單芯光纖中去,一起(qǐ)傳輸。
CWDM的ITU最新标準爲G.695,規定了從1271nm到1611nm之間間隔爲20nm的18個波長(cháng)通道(dào),考慮到普通G.652光纖的水峰影響,一般使用16個通道(dào)。因爲通道(dào)間隔大所以,合分波器件以及激光器都(dōu)比DWDM器件便宜。
DWDM的通道(dào)間隔根據需要有0.4nm,0.8nm,1.6nm等不同間隔,間隔較小、需要額外的波長(cháng)控制器件,所以基于DWDM技術的設備較之基于CWDM技術的設備價格高。
PIN光電二極管是在摻雜濃度很高的P型、N型半導體之間,加一層輕摻雜的N型材料,稱爲I(Intrinsic,本征的)層。由于是輕摻雜,電子濃度很低,經(jīng)擴散後(hòu)形成(chéng)一個很寬的耗盡層,這(zhè)樣(yàng)可以提高其響應速度和轉換效率。
APD雪崩光電二極管,它不但具有光/電轉換作用,而且具有内部放大作用,其放大作用是靠管子内部的雪崩倍增效應完成(chéng)的。APD是有增益的光電二極管,在光接收機靈敏度要求較高的場合,采用APD有利于延長(cháng)系統的傳輸距離。