Przełączniki optyczne powszechnie stosowane w przełącznikach Ethernet obejmują SFP, GBIC, XFP i XENPAK.
Ich pełne angielskie nazwy:
SFP: transceiver z możliwością podłączenia do małej obudowy, transceiver z możliwością podłączenia do małej obudowy
GBIC: Konwerter interfejsu GigaBit, Konwerter interfejsu Gigabit Ethernet
XFP: 10-Gigabit smallForm-factor Wymienny transceiver Interfejs 10 Gigabit Ethernet
Mały, podłączany transceiver
XENPAK: Pakiet zestawu transceiverów z interfejsem 10 Gigabit EtherNet Transceiver PAcKage 10 Gigabit Ethernet.
Złącze światłowodowe
Złącze światłowodowe składa się ze światłowodu i wtyczki na obu końcach światłowodu, a wtyczka składa się z kołka i obwodowej konstrukcji blokującej.Według różnych mechanizmów blokujących złącza światłowodowe można podzielić na typu FC, typu SC, typu LC, typu ST i typu KTRJ.
Złącze FC wykorzystuje mechanizm blokujący gwint, jest to ruchome złącze światłowodowe, które zostało wynalezione wcześniej i najczęściej używane.
SC to złącze prostokątne opracowane przez firmę NTT.Można go bezpośrednio podłączać i odłączać bez połączenia śrubowego.W porównaniu ze złączem FC ma małą przestrzeń roboczą i jest łatwy w użyciu.Produkty Ethernet z niższej półki są bardzo popularne.
LC to złącze SC typu Mini opracowane przez firmę LUCENT.Ma mniejszy rozmiar i znalazł szerokie zastosowanie w systemie.Jest to kierunek rozwoju aktywnych złączy światłowodowych w przyszłości.Produkty Ethernet z niższej półki są bardzo popularne.
Złącze ST zostało opracowane przez firmę AT & T i wykorzystuje mechanizm blokujący typu bagnetowego.Głównymi parametrami odpowiadają złączom FC i SC, jednak nie jest to powszechnie stosowane w firmach.Jest zwykle używany w urządzeniach wielomodowych do łączenia się z innymi producentami. Używany częściej podczas dokowania.
Kołki KTRJ są plastikowe.Umiejscowione są za pomocą stalowych sworzni.Wraz ze wzrostem liczby czasów łączenia współpracujące powierzchnie ulegną zużyciu, a ich długoterminowa stabilność nie będzie tak dobra, jak w przypadku ceramicznych złączy pinowych.
Wiedza o włóknach
Światłowód jest przewodnikiem przepuszczającym fale świetlne.Światłowód można podzielić na światłowód jednomodowy i światłowód wielomodowy ze względu na sposób transmisji optycznej.
We włóknie jednomodowym istnieje tylko jeden podstawowy sposób transmisji optycznej, to znaczy światło przepuszczane jest tylko wzdłuż wewnętrznego rdzenia światłowodu.Ponieważ całkowicie unika się dyspersji modów, a pasmo transmisji światłowodu jednomodowego jest szerokie, nadaje się on do szybkiej i dalekosiężnej komunikacji światłowodowej.
W światłowodzie wielomodowym istnieje wiele trybów transmisji optycznej.Ze względu na dyspersję lub aberracje włókno to charakteryzuje się słabą wydajnością transmisji, wąskim pasmem częstotliwości, małą szybkością transmisji i małą odległością.
Parametry charakterystyczne światłowodu
Strukturę światłowodu ciągną prefabrykowane pręty z włókna kwarcowego.Średnica zewnętrzna światłowodu wielomodowego i jednomodowego wykorzystywanego do komunikacji wynosi 125 µm.
Smukły korpus podzielony jest na dwa obszary: rdzeń i warstwę okładzinową.Średnica rdzenia światłowodu jednomodowego wynosi 8 ~ 10 μm, a średnica rdzenia światłowodu wielomodowego ma dwie standardowe specyfikacje.Średnice rdzenia wynoszą 62,5 μm (norma amerykańska) i 50 μm (norma europejska).
Specyfikacje światłowodów interfejsu opisano w następujący sposób: światłowód wielomodowy 62,5 μm / 125 μm, gdzie 62,5 μm odnosi się do średnicy rdzenia światłowodu, a 125 μm odnosi się do zewnętrznej średnicy światłowodu.
Światłowód jednomodowy wykorzystuje długość fali 1310 nm lub 1550 nm.
Włókna wielomodowe wykorzystują głównie światło o długości fali 850 nm.
Kolor można odróżnić od światłowodu jednomodowego i wielomodowego.Zewnętrzny korpus światłowodu jednomodowego jest żółty, a zewnętrzny korpus światłowodu wielomodowego jest pomarańczowo-czerwony.
Gigabitowy port optyczny
Gigabitowe porty optyczne mogą pracować zarówno w trybie wymuszonym, jak i samonegocjowanym.W specyfikacji 802.3 gigabitowy port optyczny obsługuje tylko szybkość 1000M i obsługuje dwa tryby pełnego dupleksu (pełny) i półdupleksu (półdupleks).
Najbardziej podstawowa różnica między automatyczną negocjacją a wymuszaniem polega na tym, że strumienie kodu wysyłane podczas ustanawiania połączenia fizycznego są różne.Tryb automatycznej negocjacji wysyła kod /C/, który jest strumieniem kodu konfiguracyjnego, natomiast tryb wymuszania wysyła kod /I/, który jest strumieniem kodu bezczynności.
Proces automatycznej negocjacji gigabitowego portu optycznego
Po pierwsze, oba końce są ustawione w tryb automatycznej negocjacji
Obie strony wysyłają do siebie strumienie /C/code.Jeżeli odebrane zostaną 3 kolejne kody /C/ i odebrane strumienie kodów będą zgodne z lokalnym trybem pracy, powrócą do drugiej strony z kodem /C/ i odpowiedzią potwierdzającą.Po otrzymaniu wiadomości Ack peer uważa, że obaj mogą się ze sobą komunikować i ustawia port w stan UP.
Po drugie, ustaw jeden koniec na automatyczną negocjację, a drugi na obowiązkowy
Koniec z samonegocjacją wysyła /C/strumień, a koniec wymuszający wysyła /I/strumień.Strona wymuszająca nie może dostarczyć lokalnemu końcowi informacji negocjacyjnych dotyczących lokalnego końca, ani nie może zwrócić odpowiedzi potwierdzającej do zdalnego końca, więc koniec z samonegocjacją jest wyłączony.Jednakże koniec wymuszający sam może zidentyfikować kod /C/ i uważa, że koniec równorzędny jest portem, który pasuje do niego samego, więc lokalny port końcowy jest bezpośrednio ustawiony na stan UP.
Po trzecie, oba końce są ustawione w tryb wymuszenia
Obie strony wysyłają do siebie strumień /I/stream.Po odebraniu strumienia /I/ jeden koniec uważa peera za port pasujący do siebie i bezpośrednio ustawia port lokalny w stan UP.
Jak działa włókno?
Światłowody komunikacyjne składają się z przypominających włosy włókien szklanych pokrytych ochronną warstwą z tworzywa sztucznego.Włókno szklane składa się zasadniczo z dwóch części: rdzenia o średnicy od 9 do 62,5 μm i materiału szklanego o niskim współczynniku załamania światła o średnicy 125 μm.Chociaż istnieją inne typy światłowodów w zależności od zastosowanych materiałów i różnych rozmiarów, tutaj wymieniono te najpopularniejsze.Światło przepuszczane jest w warstwie rdzeniowej światłowodu w trybie „całkowitego wewnętrznego odbicia”, co oznacza, że po wejściu na jeden koniec światłowodu jest odbijane tam i z powrotem pomiędzy powierzchnią styku rdzenia i płaszcza, a następnie przesyłane do drugi koniec włókna.Światłowód o średnicy rdzenia 62,5 µm i zewnętrznej średnicy płaszcza 125 µm nazywany jest światłem 62,5/125 µm.
Jaka jest różnica między światłowodem wielomodowym a jednomodowym?
wielomodowy:
Włókna, które mogą propagować od setek do tysięcy modów, nazywane są włóknami wielomodowymi (MM).Zgodnie z promieniowym rozkładem współczynnika załamania światła w rdzeniu i płaszczu, można je podzielić na włókno wielomodowe stopniowane i włókno wielomodowe stopniowane.Prawie wszystkie rozmiary włókien wielomodowych to 50/125 μm lub 62,5/125 μm, a szerokość pasma (ilość informacji przesyłanych przez światłowód) wynosi zwykle od 200 MHz do 2 GHz.Wielomodowe transceivery optyczne mogą transmitować do 5 kilometrów przez światłowód wielomodowy.Jako źródło światła użyj diody elektroluminescencyjnej lub lasera.
Tryb pojedyńczy:
Włókna, które mogą propagować tylko jeden mod, nazywane są włóknami jednomodowymi.Profil współczynnika załamania światła standardowych włókien jednomodowych (SM) jest podobny do włókien schodkowych, z tą różnicą, że średnica rdzenia jest znacznie mniejsza niż w przypadku włókien wielomodowych.
Rozmiar światłowodu jednomodowego wynosi 9-10/125 μm i charakteryzuje się nieskończoną szerokością pasma i mniejszą stratą niż włókno wielomodowe.Transceivery optyczne jednomodowe są najczęściej używane do transmisji na duże odległości, czasami sięgające 150 do 200 kilometrów.Jako źródła światła użyj LD lub LED o wąskiej linii widmowej.
Różnica i połączenie:
Sprzęt jednomodowy może zwykle działać na włóknie jednomodowym lub wielomodowym, podczas gdy sprzęt wielomodowy może działać na włóknie wielomodowym.
Jakie są straty transmisji w przypadku stosowania kabli optycznych?
Zależy to od długości fali przesyłanego światła i rodzaju zastosowanego światłowodu.
Długość fali 850nm dla światłowodu wielomodowego: 3,0 dB/km
Długość fali 1310nm dla światłowodu wielomodowego: 1,0 dB/km
Długość fali 1310nm dla światłowodu jednomodowego: 0,4 dB/km
Długość fali 1550nm dla światłowodu jednomodowego: 0,2 dB/km
Co to jest GBIC?
GBIC to skrót od Giga Bitrate Interface Converter, czyli urządzenia interfejsu, które konwertuje gigabitowe sygnały elektryczne na sygnały optyczne.GBIC jest przeznaczony do podłączania na gorąco.GBIC jest produktem wymiennym, zgodnym z międzynarodowymi standardami.Przełączniki gigabitowe zaprojektowane z interfejsem GBIC zajmują duży udział w rynku ze względu na elastyczną wymianę.
Co to jest SFP?
SFP to skrót od SMALL FORM PLUGGABLE, który można po prostu rozumieć jako ulepszoną wersję GBIC.Rozmiar modułu SFP zmniejszono o połowę w porównaniu z modułem GBIC, a liczbę portów na tym samym panelu można zwiększyć ponad dwukrotnie.Pozostałe funkcje modułu SFP są w zasadzie takie same jak GBIC.Niektórzy producenci przełączników nazywają moduł SFP mini-GBIC (MINI-GBIC).
Przyszłe moduły optyczne muszą obsługiwać hot plugging, czyli moduł można podłączyć lub odłączyć od urządzenia bez odcinania zasilania.Ponieważ moduł optyczny można podłączać podczas pracy, menedżerowie sieci mogą aktualizować i rozszerzać system bez zamykania sieci.Użytkownik nie robi żadnej różnicy.Możliwość wymiany podczas pracy upraszcza również ogólną konserwację i umożliwia użytkownikom końcowym lepsze zarządzanie modułami nadawczo-odbiorczymi.Jednocześnie, dzięki możliwości wymiany podczas pracy, moduł ten umożliwia menedżerom sieci tworzenie ogólnych planów kosztów transceiverów, odległości łączy i wszystkich topologii sieci w oparciu o wymagania dotyczące modernizacji sieci, bez konieczności całkowitej wymiany płyt systemowych.
Moduły optyczne obsługujące tę wymianę podczas pracy są obecnie dostępne w wersjach GBIC i SFP.Ponieważ SFP i SFF mają w przybliżeniu ten sam rozmiar, można je podłączyć bezpośrednio do płytki drukowanej, oszczędzając miejsce i czas na opakowaniu, a także mają szeroki zakres zastosowań.Dlatego warto z niecierpliwością czekać na jego przyszły rozwój, który może nawet zagrozić rynkowi SFF.
Mały moduł optyczny SFF (Small Form Factor) wykorzystuje zaawansowaną precyzyjną optykę i technologię integracji obwodów, a jego rozmiar jest tylko o połowę mniejszy niż w przypadku zwykłego modułu nadawczo-odbiorczego światłowodowego duplex SC (1X9), który może podwoić liczbę portów optycznych w tej samej przestrzeni.Zwiększ gęstość portów liniowych i zmniejsz koszt systemu na port.A ponieważ moduł małej obudowy SFF wykorzystuje interfejs KT-RJ podobny do sieci miedzianej, rozmiar jest taki sam jak wspólny miedziany interfejs sieci komputerowej, co sprzyja przejściu istniejącego sprzętu sieciowego opartego na miedzi na szybszy światłowód sieci optyczne.Aby sprostać dramatycznemu wzrostowi wymagań dotyczących przepustowości sieci.
Typ interfejsu urządzenia połączenia sieciowego
Interfejs BNC
Interfejs BNC odnosi się do interfejsu kabla koncentrycznego.Interfejs BNC jest używany do podłączenia kabla koncentrycznego 75 omów.Zapewnia dwa kanały odbioru (RX) i nadawania (TX).Służy do podłączenia sygnałów niezbalansowanych.
Interfejs światłowodowy
Interfejs światłowodowy to fizyczny interfejs używany do łączenia kabli światłowodowych.Zwykle istnieje kilka typów, takich jak SC, ST, LC, FC.W przypadku połączenia 10Base-F złącze jest zwykle typu ST, a drugi koniec FC jest podłączony do panelu krosowniczego światłowodu.FC to skrót od FerruleConnector.Zewnętrznym sposobem wzmocnienia jest tuleja metalowa, a sposobem zapięcia jest guzik śrubowy.Interfejs ST jest zwykle używany dla 10Base-F, interfejs SC jest zwykle używany dla 100Base-FX i GBIC, LC jest zwykle używany dla SFP.
Interfejs RJ-45
Interfejs RJ-45 jest najczęściej używanym interfejsem Ethernet.RJ-45 to powszechnie używana nazwa, która odnosi się do standaryzacji według IEC (60) 603-7, wykorzystującej 8 pozycji (8 pinów) zdefiniowanych przez międzynarodowy standard złączy.Gniazdo modułowe lub wtyczka.
Interfejs RS-232
Interfejs RS-232-C (znany również jako EIA RS-232-C) jest najczęściej używanym interfejsem komunikacji szeregowej.Jest to standard komunikacji szeregowej opracowany wspólnie przez Amerykańskie Stowarzyszenie Przemysłu Elektronicznego (EIA) w 1970 roku we współpracy z systemami Bell, producentami modemów i producentami terminali komputerowych.Jego pełna nazwa to „standard technologii szeregowego interfejsu binarnej wymiany danych pomiędzy urządzeniami końcowymi danych (DTE) a urządzeniami do przesyłania danych (DCE)”.Norma stanowi, że 25-pinowe złącze DB25 służy do określenia zawartości sygnału każdego pinu złącza, a także poziomu różnych sygnałów.
Interfejs RJ-11
Interfejs RJ-11 jest tym, co zwykle nazywamy interfejsem linii telefonicznej.RJ-11 to ogólna nazwa złącza opracowanego przez firmę Western Electric.Jego zarys definiuje się jako 6-pinowe urządzenie przyłączeniowe.Pierwotnie nazywany WExW, gdzie x oznacza „aktywną”, igłę kontaktową lub nawlekającą.Na przykład WE6W ma wszystkie 6 styków, ponumerowanych od 1 do 6, interfejs WE4W wykorzystuje tylko 4 piny, dwa skrajne styki (1 i 6) nie są używane, WE2W wykorzystuje tylko dwa środkowe piny (czyli do interfejsu linii telefonicznej) .
CWDM i DWDM
Wraz z szybkim rozwojem usług transmisji danych IP w Internecie wzrosło zapotrzebowanie na przepustowość linii transmisyjnych.Chociaż technologia DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) jest najskuteczniejszą metodą rozwiązania problemu zwiększania przepustowości linii, technologia CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) ma przewagę nad DWDM pod względem kosztów systemu i łatwości konserwacji.
Zarówno CWDM, jak i DWDM należą do technologii multipleksowania z podziałem długości fali i mogą łączyć różne długości fal światła w jednordzeniowym włóknie i przesyłać je razem.
Najnowszym standardem ITU firmy CWDM jest G.695, który określa 18 kanałów o długości fali w odstępie 20 nm od 1271 nm do 1611 nm.Biorąc pod uwagę efekt szczytu wody w zwykłych światłowodach G.652, powszechnie stosuje się 16 kanałów.Ze względu na duży odstęp międzykanałowy urządzenia multipleksujące i demultipleksujące oraz lasery są tańsze niż urządzenia DWDM.
Odstęp między kanałami DWDM ma różne odstępy, takie jak 0,4 nm, 0,8 nm, 1,6 nm itp. Odstęp jest mały i potrzebne są dodatkowe urządzenia kontrolujące długość fali.Dlatego sprzęt oparty na technologii DWDM jest droższy niż sprzęt oparty na technologii CWDM.
Fotodioda PIN to warstwa lekko domieszkowanego materiału typu N pomiędzy półprzewodnikiem typu P i typu N o wysokim stężeniu domieszkowania, nazywana warstwą I (wewnętrzną).Ponieważ jest lekko domieszkowany, stężenie elektronów jest bardzo niskie, a po dyfuzji tworzy się szeroka warstwa zubożona, co może poprawić szybkość reakcji i wydajność konwersji.
Fotodiody lawinowe APD charakteryzują się nie tylko konwersją optyczną/elektryczną, ale także wewnętrznym wzmocnieniem.Wzmocnienie następuje poprzez efekt zwielokrotnienia lawiny wewnątrz lampy.APD to fotodioda ze wzmocnieniem.Gdy czułość odbiornika optycznego jest wysoka, APD jest pomocne w wydłużeniu odległości transmisji systemu.