Приветствую, коллеги! В прошлых статьях я с вами обсуждал работу и историю развития SFP-модулей, а также оптические кабели:

• Сложно о простом. Все, что бы вы хотели знать о SFP модулях. Часть 1. Эволюция модулей и базовые понятия

• Сложно о простом. Все, что бы вы хотели знать о SFP модулях. Часть 2. Оптические кабели

• Сложно о простом. Все, что бы вы хотели знать о SFP модулях. Часть 3. Принцип работы, скорости и методы передачи

В данной статье я бы хотел обсудить вместе с вами альтернативы SFP-модулям и рассказать о пассивных компонентах.

❯ Зачем нужна эта статья?

Данная статья нам нужна для того, чтобы разобраться в базовых понятиях и разобрать:

• что такое DAC (Direct Attach Copper) кабели;

• что такое AOC (Active Optical Cable) кабели;

• сравнение с классическими SFP-модулями;

• что такое пигтейлы;

• что такое оптические кроссы;

• что такое патч-панели;

• что такое аттенюаторы.

❯ Зачем вообще нужны альтернативы SFP-модулям?

Классическая схема подключения выглядит так:

Коммутатор → SFP-модуль → патчкорд → SFP-модуль → сетевое устройство.

Эта схема универсальна, она достаточно гибкая и масштабируемая. Но у неё есть и минусы:

• высокая стоимость модулей;

• чувствительность ферул к загрязнению;

• типичные ошибки при выборе SFP-модулей (рассказывал о них в своем Telegram-канале).

Но что если необходимо соединить два коммутатора между собой коротким и дешевым патч-кордом в пределах одной стойки?

Для таких задач вендоры стали производить более простые и дешевые решения – кабели интегрированные с трансиверами.

❯ Direct Attach Copper

DAC (кабель прямого медного подключения) – это твинаксиальный кабель, с двух сторон оканчивающийся разъемами форм-фактора SFP/QSFP/XFP.

Сигнал передается в электрическом виде напрямую по медным жилам без дополнительного преобразования в оптический или электрический сигнал, передающийся по витой паре или обычных оптических патч-кордах. Но самое главное, для сетевого оборудования это полноценный трансивер.

❯ Типы DAC

Passive DAC

Пассивные DAC кабели не содержат в себе электроники и не требуют дополнительного питания, соответственно меньше греются. За счет конструкции, где отсутствует TX и RX и прямого соединения с печатной платой коннектора DAC имеют минимальную задержку (<0,1 мс).

Но для них есть и ограничения:

• максимальная длина таких кабелей может достигать до 7 м для 10Ge или 2–5 м для 40–100Ge;

• высокая жесткость кабелей;

• сильная зависимость от качества меди.

Active DAC

Активные DAC кабели представляют собой точно такой же твинаксиальный кабель, но в отличие от пассивных содержат активные компоненты (усилители или ретаймеры) внутри трансиверов. Эти компоненты восстанавливают и усиливают сигнал, что позволяет увеличить длину кабеля до 12–15 метров и улучшить целостность сигнала на высоких скоростях.

У Active DAC есть несколько минусов:

• потребляют питание от порта (1–1,5 Вт на порт), соответственно больше греются;

• имеют небольшой радиус изгиба из-за разных диаметров токопроводящей жилы (для 30 AWG – не менее 38 мм, для 24 AWG – не менее 23 мм);

• чем выше скорость, тем сильнее влияние затухания и помех.

Чтобы нивелировать данные ограничения DAC кабелей, вендоры стали производить подобные кабельные сборки, но на оптике.

❯ Active Optical Cable

AOC – это кабель, внутри которого находится оптическое волокно, а на обоих концах закреплены трансиверы. Снаружи AOC выглядит точно так же как и DAC, но по сути это оптика, которую вы не трогаете своими руками.

Есть всего два вида AOC кабелей – двухволоконные и ленточные.

Принцип работы двухволоконных схож с обычными SFP+ SR, где по каждому волокну передается поток данных. Ленточные бывают на 4/8 и более волокон в ленте, их принцип работы похож на QSFP модули с MPO/MTP коннекторами, где по каждому волокну передается сигнал.

В AOC, также как и в обычных SFP-модулях сигнал преобразуется  в оптический, передается по волокну и на другом конце происходит преобразование.

При этом:

• нет патчкордов;

• нет пыли на феррулах;

• нет риска перепутать SM и MM.

За счет оптики дальность увеличилась до 100 м и более, сам кабель легче и гибче, по сравнению с DAC, но при этом цена естественно выше.

❯ Виды DAC и AOC кабелей

Прямые соединения

Для прямого соединения внутри одной или ближайших стоек используются следующие DAC/AOC кабели:

1. SFP+ ⇄ SFP+ – для каналов 10 Gbs;

   1. Пример DAC: SFP+10G-DAC;

   2. Пример AOC: SFP+10G-AOC.

2. SFP28 ⇄ SFP28 – для каналов 25 Gbs;

   1. Пример DAC: SFP28-25G-DAC;

   2. Пример AOC: SFP28-25G-AOC.

3. QSFP+ ⇄ QSFP+ – для каналов 40 Gbs;

   1. Пример DAC: QSFP+40G-DAC;

   2. Пример AOC: QSFP+40G-AOC.

4. QSFP28 ⇄ QSFP28 – для каналов 100 Gbs;

   1. Пример DAC: QSFP28-100G-DAC;

   2. Пример AOC: QSFP28-100G-AOC.

❯ Fan-Out / Breakout соединения

Для соединения высокоскоростного порта с несколькими низкоскоростными портами используются следующие Fan-Out DAC/AOC кабели:

1. QSFP+ ⇄ 4 x SFP+ (один канал 40 Gbs на 4 независимых канала по 10 Gbs);

• Пример DAC: QSFP+40G-to-4xSFP+10G-DAC;

• Пример AOC: QSFP+40G-to-4xSFP+10G-AOC;

1. QSFP28 ⇄ 4 x SFP28 (один канал 100 Gbs на 4 независимых канала по 25 Gbs);

• Пример DAC: QSFP+100G-to-4xSFP28-25G-DAC;

• Пример AOC: QSFP+100G-to-4xSFP28-25G-AOC;

1. Специфические Fan-Out кабели

• QSFP28 ⇄ 2 x QSFP28 (один канал 100 Gbs на 2 независимых канала по 50 Gbs);

• AOC кабель-переходник с 8 оптическими разъемами под сменные 4 х 10G SFP+ или XFP.

❯ DAC vs AOC

Для наглядности сведем в одну таблицу основные отличия между медными DAC и оптическими AOC:

❯ Краткий чек-лист как выбрать между DAC и AOC

Для более верного выбора DAC/AOC кабеля нужно ответить на эти пять вопросов:

1. Какая дистанция?

• до 1–5 м (в пределах одной стойки) – Passive DAC. Самая низкая стоимость и задержка;

• 5–10 м (смежные стойки в одном ряду) – Active DAC или короткий AOC. DAC дешевле, AOC гибче и не боится помех;

• более 10 м (в пределах ЦОДа) – только AOC. Медь на таких дистанциях непрактична из-за затухания, веса и жесткости.

2. Какая скорость и тип соединения?

• прямое соединение – подойдут оба типа. Выбирайте исходя из дистанции и бюджета;

• Breakout-соединение – убедитесь, что выбранный кабель точно соответствует нужной схеме (например, 40G to 4x10G или 100G to 4x25G). DAC и AOC существуют в таких конфигурациях.

3. Каковы условия прокладки?

• плотная разводка, кабельные лотки переполнены – AOC. Оптический кабель тоньше, гибче и легче, его проще проложить в стесненных условиях;

• сильные электромагнитные помехи (рядом с силовыми кабелями, промышленное оборудование) – AOC. Оптика абсолютно невосприимчива к EMI;

• важна минимальная задержка – Passive DAC. Имеет наименьшую задержку (~0.1 мс).

4. Какой бюджет?

• минимальный бюджет – Passive DAC для коротких дистанций;

• бюджет позволяет, нужна надежность и удобство – AOC. Вы платите за гибкость, дальность и отсутствие проблем с помехами.

5. Совместимость с оборудованием? Один из важнейших вопросов. Всегда проверяйте список совместимости производителя кабеля или вашего оборудования. Особенно при использовании Fan-Out кабелей убедитесь, что сетевое оборудование поддерживает режим работы 1 QSFP – 4 канала.

❯ Когда всё-таки использовать классические SFP-модули?

DAC и AOC решают множество проблем, но есть ситуации, в которых использование полноценных SFP это необходимость:

1. максимальная дальность и гибкость. С одномодовыми модулями можно передавать данные на десятки и сотни километров. Ни один DAC или AOC на это не способен.

2. универсальность компонентов. Если оптоволокно уже проложено, или вы хотите перейти с 10G на 25G, то использование AOC и DAC нецелесообразна. Легче заменить пару модулей, чем менять полностью кабельную инфраструктуру.

3. использование CWDM/DWDM. Для уплотнения каналов и экономии волокон необходимы специальные WDM SFP-модули.

4. отказоустойчивость и ремонтопригодность. Если «сгорел» модуль или поврежден патч-корд, его можно относительно легко заменить. Если поврежден AOC или DAC, то нужно менять всю кабельную сборку целиком.

Ну и кратко итоговая таблица по выбору DAC/AOC/SFP-модуль:

❯ Пассивные компоненты

Про кабели поговорили, а теперь рассмотрим пассивные компоненты. Даже при использовании  AOC и SFP-модулей, в реальной сети невозможно обойтись без пассивных компонентов.

Пигтейлы (pigtail)

Патч-корд это соединительный шнур, которым подключаются два SFP-модуля, а пигтейл это монтажный шнур или, по-другому, отрезок оптоволоконного кабеля с коннектором на одном конце и свободным другим концом, который приваривается к основному волокну.

Типовая длина пигтейлов – 1–1,5 м, но этого достаточно для их основных задач:

• соединения компонентов внутри телекоммуникационного шкафа или других мест, где есть недостаток пространства;

• разводка в оптических кроссах;

• разводка в абонентских FTTH-сетях (обычно прокладывают в квартиры от распределительного шкафа);

• ремонт оптических линий, в том числе в полевых условиях.

Типы пигтейлов

Тут также как и у обычных патч-кордов. Существуют пигтейлы, как SMF, так и MMF. Коннекторы стандартизированы от обычных LC/SC, до редких MT-RJ/E2000.

Полировка по стандарту UPC, но для высокоскоростных сетях, где критичны потери (пример GPON) используются APC.

Оболочка также может быть ПВХ или LSZH. Более подробно про коннекторы, полировку и оболочку я рассказывал в статье про патч-корды. Не буду повторяться.

Как соединяются пигтейлы?

Самый надежный метод это сварка. Она требует дорогого оборудования и прямых рук у инженера. Высокая точность сварки гарантирует стабильность линии и минимальные потери.

Менее надежный – это клеевой метод. Он более легкий, дешевый из-за отсутствия дорогостоящего оборудования, но при этом возрастают обратные отражения и увеличиваются  потери сигнала. Этот метод устарел и используется в основном в лабораторных условиях, для быстрого ремонта или в полевых условиях без сварочного аппарата.

❯ Оптические кроссы (ODF)

SFP, DAC и AOC подключаются к активному сетевому оборудованию. Но прежде чем сигнал попадает на коммутатор, он должен прийти из магистрального оптоволокна.

Магистральный кабель на 100+ волокон приходит в ЦОД, но он не распределен и не скоммутирован.

Как это сделать?

Можно конечно взять пигтейлы и сварить потоки на десятки разных портов, но вся эта «лапша» будет не организована и подвержена механическим воздействиям.

Для централизованного подключения магистрального волокна в ЦОД существуют оптические кроссы, также известные как ODF (Optical Distribution Frame).

Как это работает:

1. магистральный кабель заводится в кросс;

2. его волокна свариваются с пигтейлами, которые уже имеют оптический коннектор (обычно LC, SC);

3. места сварки зачищаются гильзами и аккуратно укладываются в сплайс-кассеты внутри кросса;

4. коннекторы пигтейлов вставляются в оптические адаптеры на лицевой панели кросса;

5. к этим адаптерам уже подключаются патч-корды, идущие к SFP-портам коммутаторов или другого оборудования.

Основные виды и что выбрать:

По месту установки:

• стоечные кроссы это стандарт для ЦОДов и узлов связи. Монтируются в 19 дюймовые стойки, высота измеряется в юнитах (1U, 2U, 4U). Вмещают от 8 до 144+ портов. Бывают стационарными или выдвижными для удобства обслуживания;

• настенные кроссы это компактные боксы для точек присутствия (FTTH, офис). Крепятся на стену, имеют степень защиты (IP31 для помещений, IP54/IP65 для улицы).

По системе:

• классические кроссы – цельная конструкция со встроенными адаптерами. Надежны, но менее гибки;

• модульные системы – в стойку устанавливается каркас, в который можно вставлять сменные модули (кассеты) на 12, 24 или 48 портов. Это позволяет комбинировать типы адаптеров (LC/SC), полировки (UPC/APC) и легко масштабировать систему.

❯ Патч-панели

Патч-панель это коммутационная панель для организации и переключения соединений. Она служит упорядоченным интерфейсом между статичной кабельной разводкой и сетевым оборудованием. К её тыльной стороне подключаются постоянные линии, а на лицевой коммутируются патч-корды между устройствами.

Чем она отличается от кросса:

• кросс – это терминал для ввода магистральной линии и сварки внешних кабелей;

• патч-панель – это разводка внутри ЦОДа и служит для быстрого, многократного и организованного переключения соединений между портами сетевого оборудования.

Зачем это нужно?

Представьте несколько десятков серверов, подключенных к коммутатору. Без патч-панели пришлось бы тянуть десятки патч-кордов напрямую. Любая перекоммутация превратилась бы в ад. Патч-панель решает это:

• все порты оборудования подключаются патч-кордами к тыльной стороне панели;

• на лицевой стороне расположены порты и соединения между ними организуются короткими «кроссовыми» патч-кордами;

• при перекоммутации достаточно переключить один «кроссовый» патч-корд, не трогая основную разводку.

Основные преимущества:

• чистота и порядок, так как основная кабельная разводка зафиксирована и скрыта;

• гибкое и быстрое изменение топологии сети;

• снижается риск повреждения основной линии;

• легко добавлять новые подключения.

Есть конечно один минус о котором нельзя забывать. Любая оптическая патч-панель или переходная розетка вносят затухание, а любой грязный коннектор может вообще положить весь линк. Типичное затухание на адаптер – 0,2–0,5 дБ.

Всегда рассчитывайте оптический бюджет и чистите коннекторы.

❯ Оптические аттенюаторы

А что, если вместо MMF SFP-модулей на коротких дистанциях (например в пределах одной стойки) будут использоваться SMF модули?

Все очень просто, мы можем вывести из строя фотоприемник (перегрузка приемника, приводящая к ошибкам передачи), так как лазеры достаточно мощные (особенно для ER и ZR), а фотоприемник таких нагрузок не выдержит. Связь может даже установиться, но трафик будет передаваться с ошибками, а ресурс модуля быстро закончится.

Чтобы решить эту проблему придумали оптические аттенюаторы.

Аттенюатор – это пассивное устройство, которое намеренно ослабляет оптический сигнал на заданное значение, измеряемое в децибелах (дБ).

Зачем ослаблять оптический сигнал?

• защита фотоприемника от перегрузки;

• тестирование запаса линии для проверки надежности и работу оборудования при ухудшении условий (старение лазеров, добавление новых соединений);

• имитация длины линии в лабораторных условиях;

• выравнивание мощности в системах WDM (PON, CWDM/DWDM).

На последнем остановимся подробнее. В WDM системах сигналы на разных длинах волн приходят к общему приемнику с разной мощностью из-за разного затухания в волокне и компонентах.

Аттенюаторы здесь используются для точной подстройки мощности каждого канала. Цель – добиться плоской спектральной характеристики суммарного сигнала, который поступает, например, на вход оптического усилителя (EDFA).

Это критически важно, так как EDFA и другое оборудование наиболее эффективно работают, когда все каналы имеют примерно одинаковую мощность. Выравнивание предотвращает подавление слабых каналов сильными, снижает нелинейные искажения и в итоге повышает общую устойчивость и качество передачи в магистральных сетях.

Типы аттенюаторов:

1. фиксированный (Fixed) вносит постоянное затухание, которое нельзя изменить. Это самый надежный и недорогой вид. Необходимо заранее рассчитать оптический бюджет, иначе при ошибке придется его заменить;

2. переменный (Variable) вносит переменное плавное затухание, которое можно настраивать (например, от 1 до 30 дБ) с помощью регулятора. Самый дорогой вид, обычно используется для лабораторных тестов, а не устанавливается на готовую инфраструктуру;

3. ступенчатый (Stepwise) вносит затухание дискретно, с помощью тумблеров. Этот вид компромисс между фиксированными и переменными, как по затуханию, так и по цене.

Как выбрать?

При выборе аттенюатора необходимо смотреть на данные параметры:

1. значение затухания (дБ) – рассчитывается как разница между мощностью передатчика и максимальной допустимой мощностью приемника, минус фактические потери в линии;

2. тип коннектора должен соответствовать вашим патч-кордам (LC, SC, FC);

3. точность затухания – если она не важна, то можно выбрать точность ±0.5 дБ. При необходимости высокой точности лучший выбор это ±0.1 дБ;

4. возвратные потери (RL) – хороший аттенюатор должен иметь высокое RL (~20 дБ), чтобы минимизировать отражения обратно в лазер.

Важно! Всегда проверяйте документацию к модулям, особенно эти два параметра:

• чувствительность приемника (минимальный уровень, при котором BER допустим);

• максимальная входная мощность (превышение вызывает перегрузку).

Аттенюатор позволяет изменить фактическую мощность сигнала на необходимую в этом диапазоне.

❯ Заключение

Вот мы и разобрали альтернативные способы подключения с помощью DAC и AOC-кабелей, а также рассмотрели оптические компоненты любой большой сети.

К сожалению универсальных решений не существует. Где-то важнее DAC и их минимальной задержкой и ценой, где-то AOC с их гибкостью и помехозащищенностью, а где-то по прежнему незаменимы обычные SFP-модули. Но главное, какой бы способ передачи вы бы не выбрали, сигнал всегда приходит в оптические кроссы, распределяется патч-панелями и пигтейлами, подстраиваются аттенюаторами.

А надежность всей сети в конечном счете упирается в качество этих пассивных компонентов, аккуратность монтажа и чистота коннекторов.

Что дальше?

В следующей части разберем технологии уплотнения каналов:

• CWDM и DWDM — в чем разница и что выбрать;

• как работает мультиплексирование;

• какие WDM SFP-модули нужны и почему это экономит волокна.

Автор: ProstoKirReal

Написано при поддержке Timeweb Cloud ↩

Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.

📚 Вам может быть интересно:

• Экспресс-проектирование, или как я делал умный стоп-сигнал за два часа до поездки

• Эти программы знали все. Но сейчас не каждый разберётся, как ими пользоваться. Софт из нулевых, про который мы забыли

• Тестируем 8 серверов в одном шасси

Приветствую, коллеги! Это опять ProstoKirReal. В прошлых статьях я с вами обсуждал историю развития SFP-модулей и оптические кабели:

• Сложно о простом. Все, что бы вы хотели знать о SFP модулях. Часть 1. Эволюция модулей и базовые понятия

• Сложно о простом. Все, что бы вы хотели знать о SFP модулях. Часть 2. Оптические кабели

В данной статье я бы хотел вместе с вами заглянуть «под капот» SFP-модуля и рассказать о базовых принципах его работы, стандартах и методах кодирования.

❯ Зачем нужна эта статья?

Данная статья нам нужна для того, чтобы разобраться в базовых понятиях и разобрать:

• принципы работы SFP модуля;

• контроллер и система мониторинга DDM/DOM;

• NRZ vs PAM4;

• BER и FEC;

• медные (Copper) vs оптические модули;

• скоростные стандарты модулей и принципы работы.

❯ Базовый принцип работы

Любой SFP-модуль, от простого 1Ge SX до навороченного 400Ge ZR, решает одну важную задачу – преобразовать электрический сигнал в оптический и оптический обратно в электрический.

Путь одного бита данных, от одного сетевого устройства до другого, можно разбить на несколько ключевых этапов.

На стороне передатчика (Transmitter, Tx):

1. Электрический сигнал от сетевого устройства (коммутатора, маршрутизатора, сетевой карты) передается на электрические контакты SFP-модуля;

2. Этот последовательный электрический сигнал (поток нулей и единиц) попадает на драйвер лазера (Laser Driver) и обрабатывается, а драйвер преобразует цифровые сигналы в точные импульсы тока;

3. Лазерный диод (Laser Diode), получая импульсы от драйвера, генерирует световое излучение (для одномодовых модулей — с высокой степенью когерентности) определенной длины волны:
   
   - «1» (единица) – лазер излучает свет есть световой импульс;
   - «0» (ноль) – лазер не светится светового импульса нет.

   В SFP-модулях используются различные типы лазеров, каждый из которых оптимизирован под определенные задачи:
   - VCSEL – для многомодовых коротких дистанций (850 нм);
   - FP – для бюджетных одномодовых решений (расстояние максимум до ~10–20 км);
   - DFB – для линий средней длины 40-60 км;
   - EML – для высокоскоростных и дальних дистанций.

4. Световой импульс фокусируется и направляется через оптическую линзу в оптоволокно.

На стороне оптического волокна:

1. Световой импульс, через торец ферулы коннектора, направляется в сердцевину оптического волокна;

2. Внутри оптоволокна свет ослабевает (затухание) и искажается (грязные коннекторы, примеси и излишние изгибы волокна);

3. С другой стороны, через торец ферулы коннектора, свет попадает на приемник соседнего модуля.

На стороне приемника (Receiver, Rx):

1. Ослабленный и искаженный оптический сигнал поступает из волокна на фотодиод (Photodiode);

2. Фотодиод выполняет обратную лазеру работу – из света в нем генерируется очень слабый электрический ток:
   
   - «1» (единица) – световой импульс есть;
   - «0» (ноль) – импульса нет.
   
   В оптических модулях используются два основных типа приемников:
   
   - PIN-диод – для большинства стандартных применений;
   - Лавинный фотодиод (APD) – для высокочувствительных приемников на больших дистанциях.

3. После этого сигнал поступает на CDR (Clock and Data Recovery), из входящего потока данных извлекается тактовая частота (когда именно нужно считывать каждый отдельный бит) и восстанавливается идеальная цифровая последовательность, синхронизированная по времени;

4. Восстановленный электрический сигнал отправляется через контакты модуля в хост-устройство (коммутатор, маршрутизатор, сетевая карта), который уже интерпретирует его как пакеты данных.

Более подробный разбор типов лазеров и сравнение типов приемников можно прочитать здесь.

В современных высокоскоростных модулях эта цепочка усложняется. Вместо одного канала их несколько, а этапы кодирования и исправления ошибок становятся критичными.

❯ Контроллер и память DDM/DOM

Функция DDM (Digital Diagnostics Monitoring) различными производителями может называться по-разному. Cisco, как всегда, выделяется, назвав свою функцию DOM (Digital Optical Monitoring), ZyXel - DDMI. Но в основном вендоры SFP-модулей используют аббревиатуру DDM и ее реализация жестко регламентируется соглашением MSA SFF-8472. Вендоры имеют право вносить изменения только в EEPROM (память, связанная с микроконтроллером), но строго в рамках SFF-8472. Некоторые поля зарезервированы, менять их нельзя.

В этой памяти хранится вся служебная информация о модуле:

• тип (SFP/SFP+/QSFP+ и т.д.);

• производитель;

• серийный номер;

• длина волны;

• максимальная дистанция;

• другая служебная информация.

Если в коммутаторе ввести команду «show interface» он читает именно эту информацию из EEPROM.

Но главной задачей DDM/DOM – превратить модуль в измерительный прибор. Микроконтроллер в реальном времени мониторит ключевые параметры:

• температура модуля;

• напряжение питания;

• ток лазера передатчика;

• выходная оптическая мощность передатчика (Tx Power);

• входная оптическая мощность приемника (Rx Power).

Именно благодаря DDM/DOM можно заранее увидеть, что мощность на приемнике приближается к критическому значению чувствительности.

❯ NRZ vs PAM-4

NRZ (Non Return to Zero) – один из самых простых методов модуляции. Модуляция – это процесс изменения характеристик сигнала (например, амплитуды фазы или частоты) для кодирования информации.

NRZ использует всего 2 уровня амплитуды (или напряжения):

• свет есть – «1» (единица);

• света нет – «0» (ноль).

То есть, за одну амплитуду NRZ может передавать один бит информации.

PAM-4 (Pulse Amplitude Modulation 4) означает четырехуровневую импульсно-амплитудную модуляцию. Это означает, что сигнал может иметь 4 разных уровня амплитуды (или напряжения):

• света нет – «00»;

• тусклый свет – «01»;

• средняя яркость – «10»;

• свет на полную яркость «11».

То есть, каждая амплитуда может передавать два бита информации. При одинаковой символьной скорости PAM-4 может передавать информацию в два раза больше, чем NRZ, при той же скорости.

Тогда почему некоторые модули все еще используют NRZ, если PAM-4 передает больше информации?

У каждого метода модуляции есть как свои преимущества, так и недостатки.

У NRZ энергопотребление ниже, более высокий SNR (отношение мощности полезного сигнала к мощности фонового шума) и более низкий BER (коэффициент битовых ошибок). Он проще и надежнее, чем PAM-4, но имеет более низкую скорость передачи.

У PAM-4 выше скорость передачи информации, но из-за этого выше энергопотребление, ниже помехоустойчивость (различить 4 уровня амплитуды сложнее, чем 2, поэтому сигнал более восприимчив к шумам и искажению). Из-за более высоких BER, пришлось вводить сложные методы FEC (Forward Error Correction – упреждающая коррекция ошибок).

Вот наглядная сравнительная таблица:

Основное применение

Более медленные и надежные каналы связи, где приоритетом является стабильность.

Высокоскоростные каналы связи (например, 400G Ethernet), где приоритетом является пропускная способность.

То, что NRZ, в основном, применяется в более медленных каналах связи не значит, что он совсем не применяется в высокоскоростных каналах. Например, в QSFP+ и QSFP28 SR с коннекторами MPO/MTP, где используется несколько волокон со скоростью передачи 10/25 Ge.

❯ BER и FEC

Тут более подробно остановимся на BER и поговорим о FEC.

BER (Bit Error Rate) – частота возникновения ошибок. Рассчитывается как отношение количества ошибочных бит к общему количеству переданных бит.

Например, BER=10-3 означает, что одна ошибка приходится на 1000 переданных бит.

BER в оптоволоконных линиях возникает из-за шума, помех, искажений сигнала, проблем с синхронизацией, а также из-за межсимвольной интерференции

Чтобы снизить количество битовых ошибок, применяют следующие методы:

• поднятие уровня принимаемого сигнала за счет увеличения мощности передатчика;

• использование избыточного кода прямой коррекции ошибок.

Как правило, включение FEC на интерфейсе снижает количество этих самых битовых ошибок.

FEC – упреждающая коррекция ошибок. Она добавляет к полезным данным контрольную сумму (избыточные биты). С его помощью приемник может обнаружить и исправить часть ошибок.

Существует множество видов FEC. Сегодня я на них останавливаться не буду. Расскажу только о наиболее распространенном коде «Рида-Соломона» (255, 239). Данный код добавляет всего 7% проверочных байтов.

По сути, FEC осуществляет кодирование и декодирование. С его помощью отправляется дополнительная информация вместе с исходными данными. Тот же алгоритм на другом конце позволяет приемнику обнаруживать битовые ошибки и исправлять их без повторной передачи.

Чтобы FEC заработал, необходимо на обоих встречных интерфейсах коммутатора включать этот режим, чтобы произошло автосогласование (оно должно совпадать по типу).

У отечественных производителей с которыми я работал, обычно используется именно код RS, но есть и исключения. Поэтому, если у вас не работает FEC, проверьте, действительно ли он одинаковый с обеих сторон.

❯ Медные (Copper) vs Оптические модули

Ранее мы обсуждали принцип работы SFP-модулей как «преобразование электрического сигнала в оптический сигнал и обратно в электрический сигнал», но он справедлив только для оптических модулей.

А что же внутри медных SFP/SFP+ (1000BASE-T, 10GBASE-T)?

Во-первых, да, бывают медные SFP+ модули на 10Ge. Про них все обычно забывают и редко используют. На моей памяти данные модули закупают, только в тех случаях, когда прокладка оптики невозможна, по тем или иным причинам, или на предприятии уже есть необходимая витая пара (для 10Ge используется Cat. 6). Но расстояние у меди ограничено (1Ge до 100 м. 10Ge до 30 м.).Применение оптических модулей дешевле, а расстояние, даже на MMF, гораздо больше, поэтому и редко встречаются медные 10Ge.

Если у вас есть другие практические примеры использования медного SFP+ модуля, просьба, поделиться в комментариях.

Во-вторых, внутри медного модуля нет лазера и фотодиода. Вместо них установлен PHY-контроллер. Это сложная микросхема, которая передает высокочастотный сигнал по витой паре. Он преобразовывает цифровой сигнал от сетевого устройства в электрический сигнал и в обратном направлении. Для разных стандартов использует разные методы кодирования (для 1000BASE-T используют PAM-5, для 10GBASE-T используют PAM-16).

Также внутри медного модуля есть драйверы линий кабеля для усиления сигнала. С его помощью сигнал проходит на заданное расстояние. Фильтры и коррекция ошибок минимизируют шумы и снижают искажения.

Ну и главное отличие, это конечно интерфейс RJ-45, с помощью которого осуществляется подключение витой пары к медному модулю.

Из-за всех этих особенностей электропотребление у медных модулей выше, чем у оптических, тем самым ограничивая их применение в высокоплотных шасси.

Вот наглядная сравнительная таблица медных и оптических SFP-модулей:

❯ Скоростные стандарты модулей и принципы работы

В первой части этого цикла я приводил список самых распространенных SFP- модулей, но не рассказал как они работают. Сегодня восполним этот пробел.

SFP-1Ge

SFP‑LX

Ключевые моменты:

• LX работает на длине волны 1310 нм;

• для дистанций до 10 км;

• волокно одномодовое (SMF);

• тип источника (Tx) – FP (они дешевле);

• тип приемника (Rx) – PIN;

• коннектор LC Duplex, так как требуется два волокна (TX/RX).

Про коннекторы и их типы (Duplex/Simplex) я говорил в прошлой статье.

Длина волны – это характеристика излучаемого им светового сигнала, измеряемая в нанометрах (нм). В большинстве случаев в многомодовом волокне используется длина волны 850 нм, а в одномодовом волокне – 1310 или 1550 нм.

Модули подключаются патч-кордом LC-LC Duplex. Лазер (TX) одного модуля передает сигнал на фотодиод (RX) другого модуля по одному из волокон. Ответный сигнал идет по второму волокну в обратном направлении.

Как это работает:

В одномодовом волокне свет распространяется по единственному пути (одной моде) строго по центру сердцевины, почти не отражаясь от стенок. Длина волны 1310 нм выбрана потому, что на ней затухание (ослабление сигнала) в кварцевом стекле минимально для средних дистанций, а хроматической дисперсии нет. Дистанция ограничена за счет мощности передатчика и чувствительности приемника.

Аналогия:

Каждое волокно – это однополосная дорога, разделенная отбойником. Каждая машина с данными может ехать строго друг за другом по одной траектории на длине волны 1310 нм. На другом конце стоит приёмник, который считывает данные.

Топлива (оптической мощности) хватает ровно на 10 км. с учетом небольшого затухания. Если затухания будет слишком много (из-за грязных коннекторов или слишком сильных изгибов), то машины не доедут.

SFP‑EX

Ключевые моменты:

• EX работает на длине волны 1310 нм (такая же, как у LX);

• для дистанций до 40 км;

• волокно одномодовое (SMF);

• тип источника (Tx) – DFB;

• тип приемника (Rx) – PIN;

• коннектор LC Duplex, так как требуется два волокна (TX/RX);

• используется более мощный лазер (выше оптическая мощность).

Как это работает:

Технологически EX – это тот же LX, но с лазером бОльшей оптической мощности и часто с более узким спектром излучения. БОльшая мощность позволяет отправить сигнал через 40 км волокна, преодолев затухание.

Аналогия:

Это та же однополосная дорога (1310 нм), но с более мощными машинами.

Машины могут приехать значительно дальше (до 40 км) без потери сигнала, так как их «двигатели» (лазеры) мощнее и «топлива» (оптической энергии) хватает на более дальние расстояния. Основная задача этих машин преодолеть затухание на больших дистанциях.

SFP‑ZX

Ключевые моменты:

• ZX работает на длине волны 1550 нм (основное отличие от LX и EX) с минимальным затуханием;

• для экстремальных дистанций от 80 до 120 км;

• волокно одномодовое (SMF);

• тип источника (Tx) – DFB. используется очень мощный лазер (максимальная оптическая мощность) с узким спектром для предотвращения дисперсии;

• тип приемника (Rx) – PIN;

• коннектор LC Duplex, так как требуется два волокна (TX/RX);

Как это работает:

Для рекордных дистанций используется два ключевых принципа. Во-первых, длина волны 1550 нм находится в области минимального затухания в кварцевом волокне (менее 0,2 дБ/км). Во-вторых, применяются лазеры с очень узким спектром и системой контроля мощности, чтобы минимизировать хроматическую дисперсию – главного врага на дистанциях свыше 80 км.

Аналогия:

Это все та же однополосная дорога, но с идеальным покрытием (1550 нм), на котором сигнал почти не ослабевает. Здесь используются спорткары (лазеры с максимальной мощностью) которые едут по трассе, где сопротивление (затухание) минимально (особенность кварца с длиной волны 1550 нм). Поэтому данные могут преодолеть рекордные расстояния без потери качества связи.

SFP‑SX

Ключевые моменты:

• SX работает на длине волны 850 нм;

• для коротких дистанций до 550 м;

• волокно многомодовое (MMF);

• тип источника (Tx) – VCSEL (они дешевле);

• тип приемника (Rx) – PIN;

• коннектор LC Duplex, так как требуется два волокна (TX/RX);

Как это работает:

Многомодовое волокно имеет широкую сердцевину (50 или 62,5 мкм), что позволяет свету распространяться по множеству путей (мод). Каждый луч отражается от стенок под своим углом и проходит разное расстояние, из-за чего импульсы на приемнике «размазываются». Это явление называется межмодовой дисперсией, и именно оно, а не затухание, ограничивает дистанцию 550 метрами. Длина волны 850 нм используется из-за низкой стоимости соответствующих светодиодов и лазеров VCSEL.

Аналогия:

В данном случае, каждое волокно – это широкий многополосный автомобильный туннель. Каждая машина с данными может ехать по своей полосе (это моды), но каждая на длине волны 850 нм. Все они стартуют одновременно с одного конца, но центральная полоса будет «прямее» и данные по ней будут передаваться быстрее, а крайние полосы, из-за отражений от стенок, будут длиннее и данные по ним придут с опозданием (микрозадержкой).

Приемник на другом конце – это «умная камера», которая может считывать микрозадержки и правильно интерпретировать данные, пока они не стали слишком большими.

SFP‑BiDi (WDM)

Бывают разные названия, но важно помнить, что в характеристиках таких модулей всегда указаны длины волн для приемника и передатчика, например, TX 1310 нм / RX 1550 нм. Ключевой момент: на противоположном конце должен быть установлен парный модуль с зеркальными длинами волн, например, TX 1550 нм / RX 1310 нм.

Чтобы было проще найти парный модуль, в артикулах производителей часто меняют местами цифры, обозначающие длины волн, например: XX-YY35ZZZZ и XX-YY53ZZZZ.

Ключевые моменты:

• работают на двух длинах волн, чаще всего 1310 нм и 1550 нм;

• волокно одномодовое (SMF);

• тип источника (Tx) – DFB; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• коннектор LC Simplex или SC Simplex (логика работы от коннектора не зависит);

• дистанция зависит от типа лазера и мощности. 10-20 км (стандартные BiDi) до 80+ км (дальнобойные BiDi).

Как это работает:

В модуль встроен WDM-фильтр (мультиплексор/демультиплексор), который физически разделяет две длины волны. Лазер излучает на одной длине волны (например, 1310 нм), а фотодиод принимает только на другой (1550 нм). Оба сигнала передаются по одному и тому же волокну одновременно, но не мешают друг другу, потому что оптические фильтры на приеме и передаче настроены на «свои» волны.

Аналогия:

Возьмем тот же туннель, но теперь по одной полосе движутся машины в обе стороны.

Как это возможно?

Потому что машины, двигаются на своей длине волны. На въезде и выезде стоят умные светофильтры (WDM-фильтры внутри модуля) и пропускают свет на своей длине волны.

Но почему свет внутри такого туннеля не смешивается и нет засветов?

Один мой коллега объяснил это так: если направить два потока воды крест-накрест, они смешаются в один, потому что молекулы воды относительно велики и взаимодействуют. Если же направить аналогично два луча фонарика, на противоположных стенах останутся два отдельных световых пятна. Фотоны света настолько малы и не взаимодействуют друг с другом в обычной среде, что просто проходят насквозь.

SFP+10Ge

❯ SFP+SR

Ключевые моменты:

• скорость – 10 Гбит/с;

• длина волны – 850 нм;

• дистанция – до 300 м (OM3) / 400 м (ОМ4), про стандарты волокон говорил в прошлой статье;

• тип источника (Tx) – VCSEL; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• волокно – многомодовое (MMF);

• коннектор – LC Duplex

Как это работает:

На скорости 10 Гбит/с проблема «многополосности» многомода становится острее. Чтобы импульсы не «наезжали» друг на друга, на длинных расстояниях, пришлось усовершенствовать лазер, фотоприемник и волокно. Используются лазеры VCSEL с очень четкой модуляцией и оптимизированное многомодовое волокно (OM3/OM4)/

SFP+ LR

Ключевые моменты:

• скорость – 10 Гбит/с;

• длина волны – 1310 нм;

• дистанция – от 10 до 20 км;

• волокно – одномодовое (SMF);

• тип источника (Tx) – DFB;

• тип приемника (Rx) – PIN;

• коннектор – LC Duplex

Как это работает:

Главная проблема на скорости 10 Гбит/с как и у 1 Гбит/с – это преодолеть дистанцию в 20 км. из-за дешевой компонентной базы (DFB и PIN).

SFP+ ER

Ключевые моменты:

• скорость – 10 Гбит/с;

• длина волны – 1550 нм;

• дистанция – до 40 км;

• тип источника (Tx) – EML; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• волокно – одномодовое (SMF);

• коннектор – LC Duplex

Как это работает:

На стабильную работу на 40 км уже влияет затухание и дисперсия. Длина волны 1550 нм решает проблему затухания, но усиливает дисперсию, она выше, чем на 1310 нм. Поэтому в ER модулях используют высокотехнологичные EML-лазеры со встроенными усилителями

SFP+ ZR

Ключевые моменты:

• скорость – 10 Гбит/с;

• длина волны – 1550 нм;

• дистанция – до 80;

• тип источника (Tx) – EML;

• тип приемника (Rx) – APD;

• волокно – одномодовое (SMF);

• коннектор – LC Duplex

Как это работает:

ZR это нестандартный и экстремальный модуль, использующий технологию магистральной оптики. Здесь применяются EML-лазеры, сигнал в которых формируется за счет внешней модуляции, а также используются лавинные фотодиоды (APD). Эти модули потребляют больше энергии.

SFP+ BiDi (WDM)

Ключевые моменты:

• скорость – 10 Гбит/с;

• длина волны – пары вида 1270/1330 нм, 1470/1530 нм и др.;

• дистанция – от 10 до 80 км;

• тип источника (Tx) – от DFB до EML (в зависимости от дистанции);

• тип приемника (Rx) – PIN;

• волокно – одномодовое (SMF);

• коннектор – LC Duplex

Как это работает:

На скорости 10 Гбит/с требования к изоляции каналов становятся жестче.

WDM-фильтры в одноволоконных (BiDi) SFP-модулях нужны для того, чтобы разделить передачу (Tx) и прием (Rx) данных по одному волокну на разных длинах волнах. Это позволяет организовать полнодуплексный канал связи, используя всего одно оптическое волокно вместо двух.

❯ SFP28-25Ge

SFP28-SR

Ключевые моменты:

• скорость – 25 Гбит/с;

• длина волны – 850 нм;

• дистанция – до 70 м (OM3) / 100 м (OM4);

• тип источника (Tx) – VCSEL (более высокого качества); 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• волокно многомодовое (MMF);

• коннектор – LC Duplex;

• более быстрая модуляция PAM4.

Как это работает:

SFP28-SR – это логическое развитие SFP+SR. Скорость выросла, а многомодовое волокно осталось. Проблема межмодовой дисперсии, на таких скоростях, становится еще жестче, поэтому модули используют VCSEL-лазеры и NRZ-модуляцию.

Вся работа аналогична 10G SR – просто «машины едут быстрее», а туннель (волокно) остался тем же.

SFP28-LR

Ключевые моменты:

• скорость – 25 Гбит/с;

• длина волны – 1310 нм;

• дистанция – до 10 км;

• тип источника (Tx) – DFB; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• волокно – одномодовое (SMF);

• модуляция – PAM4;

• коннектор – LC Duplex.

Как это работает:

Работает абсолютно так же, как SFP+LR, но теперь скорости выше. Главная проблема – дистанция, поэтому используются узкоспектральные DFB-лазеры и улучшенные фотоприемники с цифровой коррекцией.

❯ QSFP+40Ge

QSFP+ SR4

Ключевые моменты:

• скорость – 40 Гбит/с (4 × 10 Гбит/с);

• длина волны – 850 нм;

• тип источника (Tx) – VCSEL; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• волокно – многомодовое (MMF);

• коннектор – MPO/MTP;

• дистанция – 100 м (OM3) / 150 м (OM4).

Как это работает:

QSFP+ SR4 передает данные по четырем параллельным волокнам TX и четырем RX, каждый на 10 Гбит/с. Никакой WDM, все максимально просто.

Аналогия:

Это четыре параллельных туннеля в каждую сторону. Поэтому при тех же VCSEL-лазерах можно получить 40G без усложнения.

QSFP+ LR4-PSM (PSM4)

Ключевые моменты:

• скорость – 40 Гбит/с;

• 4×10 Гбит/с по четырем отдельным волокнам SMF;

• тип источника (Tx) – DFB; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• коннектор – MPO/MTP;

• дистанция – до 10 км;

• никакого WDM.

Как это работает:

Внутри все максимально просто. Четыре отдельных одномодовых трассы, каждая на 1310 нм. Это аналог QSFP+ SR4, только для одномода.

QSFP+ LR4

Ключевые моменты:

• скорость – 40 Гбит/с;

• длины волн – четыре канала вокруг 1310 нм;

• дистанция – до 10 км;

• тип источника (Tx) – 4xDFB; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• волокно – SMF;

• коннектор – LC Duplex;

• используется CWDM-WDM внутри модуля.

Как это работает:

Модуль берет четыре канала по 10 Гбит/с, модулирует их на четырех разных длинах волн, и объединяет их через встроенный CWDM-мультиплексор в одно волокно. На приемнике происходит обратное.

Тут немного остановимся. Тема мультиплексирования довольно сложная и ее мы разберем в отдельной статье, а также я разбираю эту тему у себя в Telegram-канале. Главное нам важно сейчас понять, что существуют основных два подтипа:

• CWDM – Coarse Wavelength-division multiplexing. Грубое уплотнение. Расстояние между каналами 20 нм (широкие «полосы»). Всего каналов до 18. Используют как бюджетные решения на короткие и средние дистанции;

• DWDM Dense Wavelength-division multiplexing. Плотное уплотнение. Расстояние между каналами 0.8 нм и уже (узкие «полосы»). Каналов 40, 80, 96 и более. Используют в магистрали и сети, где нужна максимальная емкость на огромные расстояния.

И они работают по одинаковому принципу. Берут несколько сигналов на разных длинах волн и «уплотняют» в одно волокно, а на другой стороне приемник разбирает их на составные части.

QSFP+ ER4

Ключевые моменты:

• скорость – 40 Гбит/с;

• дистанция – до 40 км;

• длины волн – 4×CWDM;

• тип источника (Tx) – CWDM DFB; 

• тип приемника (Rx) – APD;

• волокно – SMF;

• LC Duplex;

• мощные DFB-лазеры и компенсация дисперсии.

Как это работает:

То же, что LR4, но с усилением мощности. Каждая из четырех длин волн должна пройти до 40 км, поэтому используются мощные лазеры, узкие спектры и схемы коррекции размывания импульса.

40/100G BiDi (SRBD)

Ключевые моменты:

• скорость – 40 или 100 Гбит/с;

• работает по двум длинам волн (обычно около 850 нм – коротковолновая BiDi);

• тип источника (Tx) – VCSEL; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• волокно – MMF;

• коннектор – LC Duplex;

• дистанция – 100-150 м.

Как это работает:

Модуль принимает четыре электрических сигнала и объединяет их в два канала по 20G (для 40Ge) или в два канала по 50G (для 100Ge) на разной длине волны 850 и 900 нм. А WDM-фильтры разделяют длины волн в одном волокне.

❯ QSFP28-100Ge

QSFP28-SR4

Ключевые моменты:

• скорость – 100 Гбит/с (4 × 25G);

• длина волны – 850 нм;

• тип источника (Tx) – VCSEL (более высокого качества); 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• волокно – OM3/OM4;

• коннектор – MPO/MTP;

• дистанция – до 70 м (ОМ3) / 100 м (ОМ4).

Как это работает:

Работает по той же схеме, что QSFP+ SR4, но теперь каждая линия – 25G. Чтобы это работало, используется NRZ, быстрые VCSEL и точные приемники.

QSFP28-PSM4

Ключевые моменты:

• скорость – 100 Гбит/с;

• тип источника (Tx) – DFB; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• 8 волокон SMF (4 TX + 4 RX);

• длина волны – 1310 нм;

• дистанция – до 10 км;

• никаких WDM.

Как это работает:

Как QSFP+ PSM, только «ускоренное»: каждая линия –25 Гбит/с. Все максимально просто: параллельная передача сигнала.

QSFP28-SWDM4

Ключевые моменты:

• скорость – 100 Гбит/с;

• четыре длины волн в диапазоне 850-950 нм;

• тип источника (Tx) – VCSEL; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• работает по одной паре MMF (LC Duplex);

• дистанция – до 75 м (ОМ3) / 100 м (OM4);

• использует SWDM-мультиплексирование.

Как это работает:

В модуле объединяются 4 канала по разным «цветам» внутри коротковолновой области – SWDM. Это позволяет получить 100G на обычных 2-волоконных мультимодах, без MPO.

QSFP28-CWDM4

Ключевые моменты:

• скорость – 100 Гбит/с;

• длины волн – четыре CWDM-канала близкие к 1310 нм;

• тип источника (Tx) – 4xDFB; 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• дистанция – до 10 км;

• волокно – SMF;

• LC Duplex.

Как это работает:

Аналогично QSFP+ LR4 (40G) модуль берет четыре канала, модулирует их на четырех разных длинах волн, и объединяет их через встроенный CWDM-мультиплексор в одно волокно. На приемнике происходит демультиплексирование. Требуются лазеры с узким спектром и точной стабилизацией температуры.

QSFP28-LR4 (LWDM)

Ключевые моменты:

• скорость – 100 Гбит/с;

• длины волн – LWDM (плотное расположение вокруг 1295-1310 нм);

• дистанция – до 10 км;

• тип источника (Tx) – 4xDFB (высокоточные); 

• тип приемника (Rx) – PIN;

• волокно – SMF;

• LC Duplex;

Как это работает:

LWDM – это более плотная упаковка длин волн, чем CWDM, что требует высокой точности фильтров и стабильных лазеров. Принцип тот же, что QSFP+ LR4 (40G), просто «дорожки» расположены ближе друг к другу.

QSFP28-ER4 (LWDM)

Ключевые моменты:

• скорость – 100 Гбит/с;

• дистанция – 30-40 км;

• длины волн – LWDM;

• тип источника (Tx) – 4xDFB; 

• тип приемника (Rx) – APD;

• мощные лазеры и компенсация дисперсии;

• LC Duplex.

Как это работает:

Для этих дистанций приходится усиливать мощность, использовать EML/DFB-лазеры с минимальным спектральным «размазыванием» и сложные схемы коррекции.

В комментариях попросили таблицу по всем модулям, вот наглядная краткая таблица по SFP / SFP+ / SFP28 / QSFP+ / QSFP28 модулям.

❯ Заключение

Мы разобрали огромную тему и пласт технологий, которые работают внутри маленького корпуса SFP-модуля. И чем глубже мы заглядываем внутрь, тем яснее становится работа современной оптики.

Но самое главное, какой бы модуль Вы ни выбрали, он всегда будет работать по одному фундаментальному принципу – преобразовывать электрический сигнал в оптический и обратно, сохраняя данные с максимальной точностью.

Что дальше?

В четвертой части разберем:

• альтернативные решения SFP-модулей – DAC/AOC кабели;

• пассивные компоненты (аттенюаторы, делители, кроссы и др.).

Написано при поддержке Timeweb Cloud ↩

Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре.

📚 Вам может быть интересно:

• Разработка USB-клавиатуры без поиска лёгкого пути

• П-171Д. Оживляем телефонный аппарат спецсвязи СССР

• Сетевые протоколы: для чего используются и описание востребованных правил

Часто ли вы видите оптический кабель? Лично я каждый день сталкиваюсь. Много лет назад мой оператор домашнего интернета закинул мне в квартиру тоненькую «ниточку» по технологии GPON, и с тех пор оптоволокно постоянно у меня перед глазами, ну и эти строки сейчас отправляю на сайт тоже благодаря данной технологии.

Чаще же оптическое волокно как тот суслик из культового фильма «ДМБ» — «Ты суслика видишь? — Нет. — И я нет. А он есть!».

И сегодня мы с вами не только узнаем для чего его хотят утопить в районе Северного морского пути, но и как производят.

Может показаться, что оптическое волокно появилось недавно, но в реальности его придумали в середине 50-х годов прошлого века.

Качественное оптическое волокно производят из кремнезема, стеклокомпозита или пластика. И не так много предприятий на нашей чудесной планете делают это хорошо и качественно.

Зачем оно нужно? Для передачи данных. Но у нас же для этого есть чудесные медные кабели! Вот только оптоволокно более надежное и выдает большую пропускную способность и скорость - быстрее прокачаются самые тяжелые фильмы.

Но пора уже отправиться в Пермский край и своими глазами увидеть многие процессы по производству оптического кабеля.

Сегодня мы с вами на заводе «Инкаб». Очень часто его называют молодым предприятием, но в следующем году он отметит свое двадцатилетие на Пермской земле. Именно на его мощностях производят более сотни типов конструкций оптического кабеля для телекома, энергетики и т.д.

И именно тут несколько дней назад запустили новую производственную линию по выпуску сердечника подводного волоконно-оптического кабеля.

Но к этому мы еще вернемся, а пока прогуляемся по производству

Множество видов кабеля создают на этом заводе. Даже квадратной формы кабель бывает, а одному из видов молнии не страшны.

Но сердцем любого кабеля является оптическое волокно. И оно по толщине чуть больше волоса.

Когда только входишь в цех, возникает впечатление, что ты на швейном предприятии. Тончайшие нити сматываются с бобин и мчатся вдоль станков вдаль. Все ждешь что где-то скоро будет полотно ткани, а может и простынь какая-то оптоволоконная.

Все начинается с окрашивания волокна. Делают это для упрощения дальнейшей идентификации при монтаже или ремонте

Окрашенные нити наматываются на новые катушки и уже в таком виде отправятся на этап создания оптического модуля.

С помощью гранул ПВХ на наших нитях появляется оболочка(гранулы тоже окрашивают).

В каждом оптическом модуле от 4 до 12 волокон.

После охлаждения в специальных ванных оптические модули отправляются на скрутку.

Несколько оптических модулей собираются в сердечник кабеля.

На моменте скрутки в зависимости от вида будущего кабеля накладываются дополнительные защитные слои — от водоблокирующих до стальной ленты или проволоки.

И на финальном этапе уже накладывается оболочка.

Пора вернуться в самое начало к производству кабеля для Севморпути и не только.

На наших глазах несколько «волосинок» оптики превратились в жирненьких кабель диаметром с пятирублевую монету. Но для чего такой толстый кабель с разными степенями защиты?

Все просто — кабель должен быть водонепроницаемым, выдерживать большое давление и обладать определенной прочностью не только в момент укладки на морское дно, но и чтобы рыбки или крабики не погрызли.

По итогу получаем вес такого кабеля для укладки в десятки тонн. По этой причине очень часто предприятия по производству такого кабеля строят на берегу моря или океана, откуда его загрузят на судно-кабелеукладчик и потянут куда напланировали.

В нашей с вами ситуации производить его будут в двух регионах нашей необъятной Родины: в Пермском крае уже выпускают оптический сердечник — скрутку оптических модулей, после чего он отправится в Приморский край, где на него нанесут всю необходимую защиту, после чего сразу погрузят на корабль — с катушки на заводе 50 км готового кабеля сразу наматывают на катушку судна — и вперед укладывать.

Укладывается он с корабля не «как бог на душу положит» и «куда упадет», а после геологической разведки и исследования дна.

Как будет проходить сам процесс прокладывания кабеля? Судно с кабелем погружает его на дно в соответствии с проектом. Как только кабель заканчивается — его сваривают с новым мотком на 50 км и продолжат укладку. (Срок службы кабеля составляет от 25 до 50 лет. А рабочая температура -40°С/+50°C)

В планах (после выхода на проектную мощность обеих площадок) выпускать 2,4 тыс. км в год. И использовать его при строительстве объектов связи на Дальнем Востоке и в Арктической зоне нашей страны, в том числе в составе линий связи вдоль Севморпути. Говорят и на Черном, и на Каспийском, и на Балтийском морях такие кабели тоже можно уложить. :-)

Производство подобного подводного кабеля входит в число приоритетных направлений «Стратегии развития отрасли связи до 2035 года». И очень хочется верить,что все так и останется с учетом текущей ситуации на рынке связи. Очень уж хочется в стране иметь высокий технологический уровень связь, а не голубиную почту и сигнальные костры.

Важно упомянуть и про стоимость данного производства, а точнее откуда денежки.

Мы помним, что проект у нас сразу в двух регионах. Общие инвестиции 1 млрд рублей. Льготные заемные средства от федерального Фонда развития промышленности в размере 315 млн рублей направлены на приобретение оборудования для пермской площадки, еще 454 млн рублей – на оснащение предприятия в Приморье.

Обязательно найдутся граждане, которые скажут — «ага, государство подарило 700 с лишним миллионов, все ясно-понятно, сделают метр кабеля и уедут в Куршавель».

Вот только все эти миллионы это не подарочек. Это возвратный займ. Работает это следующим образом ФРП предоставляет подобные займы под 3% и 5% годовых сроком до 7 лет в объеме от 5 млн до 2 млрд рублей, стимулируя приток прямых инвестиций в реальный сектор экономики. И предприятие его обязательно вернет. Как уже вернули сотни заводов по всей стране, воспользовавшись подобной приятной финансовой возможностью.

И в Пермском крае это не единственное предприятие получившее такой займ. ФРП уже профинансировал в этом регионе 113 проектов на общую сумму займов 28,3 млрд рублей (общие инвестиции по проектам превысят 55 млрд рублей).

При этом 75 проектов уже реализованы – по ним запущены новые производства, обновлено оборудование и/или увеличен выпуск продукции.

P.S. От всего сердца желаю предприятию успеха, а мы с вами уже скоро увидим другие заводы и узнаем много нового и интересного. И как говорят ведущие на ТВ — «не переключайтесь!»