网络设备的接口按传输介质不同可分为光接口和电接口两类。电接口一般用于接口速率要求较低,传输距离较近的情况,例如桌面接入层交换机下行接口;而光接口一般用户高带宽远距离传输。电接口连接的是5类非屏蔽双绞线(俗称RJ45接口),传输的电信号;光接口连接的是光纤,传输的是光信号。
提到光口就不得不介绍一下光模块。广义的光模块(Optical module)包括光接受模块、光发送模块、光收发一体模块、光转发模块等。Transponder(光转发器)除了具有光电变换功能外,还集成了很多的信号处理功能,如:MUX/DEMUX、CDR、功能控制、性能量采集及监控等功能。常见的Transponder 有:200/300pin MSA,XENPAK,以及X2/XPAK 等。
而我们常说的通常意义的光模块实际上是Transceiver(光收发一体模块),它的主要功能是实现光电/电光变换,常见的光模块有:SFF、SFP、SFP+、GBIC、XFP 等。下面将介绍一下几种常见的光模块类型。
SFF:SFF是Small Form. Factor的简称,英特尔将其称为小封装技术。SFF光模块是最早期光模块产品,主要业务速率在2.5Gbps及以下,其电接口有两种规格:10pin和20pin,两种版本的主要数据信号接口是一致的。20pin版本的模块提供额外的管脚用于数据信号之外的时钟信号恢复,激光器监视和告警监视功能。SFF的尺寸要比SFP小,并且是以插针的形式焊接到主板上的。
SFP:SFP是Small Form-factor Pluggables的简称,即小封装可插拔光模块。SFP可以看成是SFF的可插拔版本,它的电接口是20pin金手指,数据信号接口与SFF模块基本相同。SFP模块还提供I2C控制接口,兼容SFP-8472标准的光接口诊断。SFF和SFP都不包含SerDes部分,只提供一个串行的数据接口,将CDR和电色散补偿放在了模块外面,从而使小尺寸、小功耗称为可能。由于受散热限制,SFF/SFP只能用于2.5Gbps及以下速率的超短距离、短距离和中距离应用。
GBIC:GBIC是Gigabit Interface Converter的缩写,即千兆接口转换器,是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件。GBIC个头比较大,差不多是SFP体积的两倍,是通过插针焊接在PCB板上使用。目前基本上被SFP取代。SFP模块在功能上与GBIC基本一致,也被有些交换机厂商称为小型化GBIC(Mini-GBIC)。
XFP:XFP是10 Gigabit Small Form. Factor Pluggable的简称,即10G 小封装可插拔光模块,电接口是30pin金手指。不同业务类型的模块可支持OC192/SMT-64 9.95Gbps,10Gigabit FC 10.5Gbps,G.709 10.7Gbps,10Gigabit Ethernet 10.3Gbps。主要用于需要小型化及低成本10G解决方案。同SFF/SFP一样,XFP为了减小体积,将SerDes部分放在了光模块外部,XFP光收发器有一个串行10Gbps电接口,称为XFI,这个接口是用来连接外部SerDes器件的。XFP是在XENPAK、X2、XPAK等4信道SerDes光收发模块的基础上发展而来的。XFP在XENPAK、X2、XPAK的基础上,完全去掉了SerDes,从而大大降低了功耗、体积和成本。
SFP+:SFP+跟SFP的外形一样,也是20pin金手指电接口,只是支持的最大速率比SFP高,达到与XFP同等的10Gbps。与XFP比较,SFP+内部没有CDR(时钟数据恢复)模块,所以SFP+的体积和功耗都比XFP小。SFP+一般只支持中短距离传输,暂时还没有支持ER(40km)和ZR(80km)的SFP+模块。
光端口的模式共分两种:单模和多模。工程上要求单模口互连使用单模光纤,多模口互连使用多模光纤。多模光接口中心波长850nm,一般有部分在可见光的红光频段的能量。(可见光部分波长范围是:390~760nm,大于760nm部分是红外光,小于390nm部分是紫外光)单模光接口的中心波长有两种:1310nm和1550nm,1310nm一般为短距、中距或长距接口,1550nm一般为长距、超长距接口。都在红外线频段,为不可见光。
单模有多种型号,中心波长在1310nm的单模口传输距离有10Km、30Km、40Km等,中心波长在1550nm的单模口传输距离有40Km、70Km、100Km等。实际传输距离取决于对应型号光模块的实际发射功率、光路上的传输衰减和光口的接收灵敏度。
多模口发射功率比单模口小,与GBIC或SFP的型号直接相关,一般在-9.5dBm到-4dBm之间;单模光口的范围一般在0dBm左右,一些超长距接口会高达+5dBm。多模口接收功率一般在-20dBm到0dBm之间;单模在-23 dBm到0dBm之间。
最大可接收功率叫做过载光功率,最小可接收功率叫做接收灵敏度。工程上要求正常工作接收光功率小于过载光功率3-5dBm,大于接收灵敏度3-5dBm。一般来讲不管单模接口还是多模接口,实际接收功率在-5--15dBm之间算比较合理的工作范围。
光功率异常损耗的原因有:
(1)光连接器未连接好;
(2)光纤曲率半径过小,整个光路上的任何部分光纤转弯半径不能小于4cm;
(3)光纤接头或光接口被污染。
(4)工程上对光口及其互连的要求汇总
(5)未使用的光接口要关闭发射端,处于shutdown状态。
(6)单模口近距离尾纤互连,注意分析是否需要添加合适的光衰。
(7) 整个光路上的任何部分光纤转弯半径不能小于4cm。
(8)未连接到光口的尾纤接头、未连接尾纤的光口一定要安装保护帽。
(9)正常工作接收光功率小于过载光功率3-5dBm,大于接收灵敏度3-5dBm。
(10)法兰盘引入的光功率衰减:每个接插件衰减应该小于0.3dBm。
(11)光纤距离引入的光功率衰减:每公里光纤衰减应该小于0.8dBm。
(12)单模口互连使用单模光纤,多模口互连使用多模光纤。
(13)无论是路由设备之间还是路由设备与传输设备之间,都要求直连口中心波长一致,不能一端是1310nm、另一端是1550nm。
下面结合H3C产品,介绍一下端口问题的一般处理思路。常见的端口问题可分为端口报文异常和端口频繁UP/DOWN两类。
入端口报文异常的处理思路如下:
(1)如果端口状态LINK DOWN,建议测试链路、调整端口工作模式;
(2)如果通过display interface命令,端口入包统计不增加,同时对端出包统计也不增加,建议排查对端设备;
(3)如果端口入包的错误统计频繁增加:
1、建议测试链路,链路质量差或者线路光衰大会导致报文在传输过程中出错;
2、通过display interface命令,查看两端端口的工作模式是否相同;
3、排查对端设备;
4、更换光模块;
出端口报文异常的处理思路如下:
(1)如果端口状态LINK DOWN,建议测试链路、调整端口工作模式;
(2)通过display interface命令,查询对端的入包统计,如果overruns、ignored计数增加,建议排查对端设备,如果CRC、frame、throttles计数增加,建议测试链路,链路质量差或者线路光衰大会导致报文在传输过程中出错;
(3)更换自身设备的光模块。
接口频繁UP/DOWN的问题处理思路如下:
(1)如果是光口,则通过查看光模块alarm信息来排查两者光模块以及中间光纤问题。对于H3C认证的光模块可以查看光模块diagnosis信息确认是否光功率处于光模块的临界值。
[H3C]display transceiver diagnosis interfaceG2/0/1
GigabitEthernet2/0/1 transceiver diagnosticinformation:
Current diagnostic parameters:
Temp.(℃) Voltage(V) Bias(mA) RX power(dBM) TXpower(dBM)
40 3.34 1.13 -10.43 0.20
光模块光功率标准范围可以通过下面命令查看
[H3C]_hide
[H3C-hidecmd]_display transceiver diagnosis interfaceGigabitEthernet 1/1/2
GigabitEthernet1/1/2 transceiver diagnosticinformation:
Current diagnosticparameters:
Temp(°C) Voltage(V)Bias(mA) RX power(dBM) TXpower(dBM)
453.318.59-11.23-5.67
Alarm thresholds:
Temp(°C) Voltage(V)Bias(mA) RX power(dBM) TXpower(dBM)
High903.5025.000.00-1.00
Low-53.100.00-29.98-11.00
Parameters when first usedon 00.04.02:
Temp(°C)Voltage(V) Bias(mA) RXpower(dBM) TX power(dBM)
453.318.59-11.23-5.67
Total account of alarms: 511
Latest occurrence of differentalarms:
TypeDateDescription
TempN/AN/A
VoltageN/AN/A
BiasN/AN/A
RXpowerN/AN/A
TXpowerN/AN/A
TXN/AN/A
RX00.07.31RX fault
OTHERN/AN/A
Latest three alarms:
DateDescription
00.00.00N/A
127.15.31N/A
00.04.26 RXpower high
[H3C-hidecmd](2)如果是电口,则可能会在自协商情况下因为协商不稳定导致问题。这种情况下可以尝试设置强制速率双工。