для чего нужен трансивер оптический
Обзор оптических трансиверов. Какие и для чего.
Часто у системных администраторов, не сталкивавшихся раньше с оптическим волокном, возникают вопросы, как и какое оборудование необходимо для организации соединения. Почитав информацию об оптоволоконных сетях, становится понятно, что для преобразования электрического сигнала сетевого устройства в оптический сигнал, нужен оптический трансивер. В этой статье мы приведём основные характеристики оптических модулей для приема/передачи информации, основные моменты, связанные с их использованием. Картинка представленная ниже, демонстрирует внешний вид различных оптических модулей.
Различные трансиверы
Что и зачем
Коммутатор с оптическими портами и инсталлированными в них оптическими модулями
Виды оптических модулей
У тех кто еще не встречался с оптическими модулями возникают вопросы, какой же оптический приемопередатчик нужен в конкретной ситуации. Рынок предлагает огромное количество модулей с разными характеристиками. Попробуем прояснить какие модули необходимы для той или иной ситуации, при построении оптоволоконной сети. Оптические модули различаются:
Различные формфакторы
GigaBit Interface Converter, активно использовался в 2000-х. Самый первый промышленно стандартизованный формат модулей. Применялся при передачи через многомодовые волокна. В настоящее время практически не применяется по причине своих габаритов.
GBIC трансиверы
Small Form-factor Pluggable, наследник GBIC. Практически самый распространенный в настоящее время формат модулей благодаря своим размерам. Эти модули, благодаря своим небольшим габаритам, позволили значительно увеличить плотность портов на сетевом оборудовании. Например, стало возможно размещать 52 порта на одном коммутаторе. Возможная скорость передачи данных 100 и 1000 Mbits
SFP трансиверы
Enhanced Small Form-factor Pluggable. Размер сопоставим с модулями SFP. Одинаковый размер позволил создавать оборудование поддерживающее оптические модули SFP и SFP+. Такие порты могут работать в режимах 1000Base/10Gbase. Лишь дальнобойные CWDM-модули имеют большую длину из-за радиатора. Однако такие модули могут работать только на расстоянии не более 80 км, иначе наблюдается сильный перегрев. На картинке снизу модуль SFP+
SFP+ трансиверы
10 Gigabit Small Form Factor Pluggable. Также, как модули SFP+, используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits, но размер немного шире. Увеличенный размер позволил этим модулям работать на большее расстояние по сравнению со стандартным SFP.
XFP трансиверы
XENPAK
Модули, используемые преимущественно в оборудовании Cisco. Они способны работать на скорости 10 Gbits, но в нынешнее время практически не применяются и встречаются только в старых линейках маршрутизаторов. Также такие модули бывают для подключения медного провода 10GBase-CX4.
XENPAK трансиверы
Дальнейшее развитие модулей формата XENPAK. Часто в разъемы X2 можно установить модуль Twingig, в который уже можно установить два модуля SFP. Такой способ применяется в случае если оборудование не обладает портами 1GE. В продаже существуют адаптеры X2-SFP+ (XENPACK-TO-SFP+). Интересно, что такой комплект (адаптер+SFP+ модуль) выходит дешевле одного X2 модуля.
X2 трансиверы
Такие форм-факторы как QSFP, QSFP+, CFP не были затронуты в этой статье по причине их невысокой распространенности на данный момент.
Различные стандарты
Как известно, комитетом 802.3 принято множество разных стандартов Ethernet.
В основном сейчас распространены следующие типы:
Существуют модули и под другие стандарты, в том числе и 40GE и 100GE. Обычно, производитель указывает на модели модуля информацию по какому стандарту он будет работать. Но важно еще посмотреть, поддерживает ли оборудование тот порт который указан в характеристиках оптического модуля. Например, 100BASE-LX не заведется в порту коммутатора, поддерживающего только 1000BASE-LX.
С использованием спектрального уплотнения
Модули про которые было рассказано выше, передают сигнал в основном на длине волны 1310 нм или 1550 нм на двух волокнах (одно для передачи, другое для приема). Они имеют широкополосный фотоприемник (принимают все) и лазер, излучающий на определенной длине волны. Но имеется возможность использовать уплотнение по длине волны. Это дает возможность использовать меньшее количество волокон для организации нескольких каналов тем самым увеличивая пропускную способность одного волокна.
Такие модули работают в паре, с одной стороны сигнал передается на длине волны 1310 нм, с другой 1550 нм. Это позволяет вместо двух волокон для организации одного канала использовать одно. Приемник на таких модулях так и остается широкополосным. Бывают как для 1GE, так и для 10GE. Снизу фотографии пары WDM-модулей с различными разъемами для подключения патчкордов LC и SC.
WDM модули
Зачастую предпочтительнее использовать WDM-модули для малых расстояний. Их цена не очень большая. Причина — вы экономите целое волокно, на нем можно будет потом еще один такой же канал прогнать. Хотя конечно есть и другие способы экономии волокон.
Дальнейшее продолжение технологии WDM. Возможно добиться 8 дуплексных каналов по одному волокну. Для этих целей используются CWDM-мультиплексоры (пассивные устройства с призмой внутри, дающая возможность делить сигнал по цветам с шагом 20нм в диапазоне от 1270нм до 1610нм). Для таких целей используют специальные CWDM-модули, обычно различающиеся по цветам дужек и передающие сигнал на определенной длине волны. В то же время приемник на них широкополосный. Одним из преимуществ таких модулей является большое расстояние для передачи данных (до 160 км). На рисунке ниже представлен малый комплект CWDM-SFP, на котором с использованием мультиплексоров можно поднять 2GE на одном волокне.
Как можно заметить, дужки у всех разные. В зависимости от длины волны модуль имеет свою раскраску. К сожалению разные производители по разному окрашивают модули.
CWDM модули
Разъемы
Это место на модуле для подключения вашего патчкорда. На оптических модулях сейчас используются преимущественно два типа разъемов — SC и LC. Выглядят как квадраты и бывают большими и поменьше. Из этого следует, что на практике вы не сможете вставить патчкорд с разъемом SC в модуль с разъемом LC. В этом случае нужно будет менять патчкорд либо ставить переходник-адаптер. В большинстве случаев SFP-модули имеют разъем LC, в то время как X2/XENPAK — SC. Выше на изображениях уже были модули с различными разъемами.
Патчкорды для разъёмов трансиверов
Некоторые особенности
Все оптические модули потребляют электроэнергию и выделяют тепло. Это нужно учитывать в случае если все порты коммутатора будут забиты модулями. В этом случае нужно будет подумать о дополнительном охлаждении.
Так же не стоит недооценивать технику безопасности при работе с оптическими лазерами, в особенности стоит обращать внимание на дальнобойные мощные модули 10GE, которые могут выжечь сетчатку глаза. Такие случае редки, но имеют место быть.
Ряд вендоров создают свои трансиверы таким образом, что они не будут работать на оборудовании стороннего производителя. Вставив модуль одного производителя, например Cisco, в коммутатор другой компании, модуль просто не стал бы работать. Однако в последнее время производители стали меньше уделять времени на несовместимость оборудования. К тому же, появилась возможность разблокировать модули специальными командами, для их совместимости.
Про мощность сигнала. Мощность может быть не только слабой. Если сигнал приходит слишком сильный, можно сжечь фотоприемник. Обычно это относится к дальнобойными мощным модулям с дистанцией > 80 км. Для уменьшения мощности используют специальные аттенюаторы.
Трансиверы и области их применения
Трансиверы применяются для приема-передачи данных между станциями — компьютерами, ЭВМ, серверами, устройствами связи, — для транспортировки в сетевой среде, для соединения ее элементов. Широкое распространение получили в сфере телекоммуникации и технологиях, обслуживающих интернет, компьютерные сети. Такой приемопередатчик осуществляет транспортировку оптическими средами (линиями) или конвертацию сигналов для этого между ними и электрическими (металлические провода) их типами. Работа с оптоволокном (ОВ, ВОЛС, ВОЛ) обеспечивает чрезвычайно высокие скорости, расстояния, особо затребованные высокоскоростным интернетом, телекоммуникациями. Transceiver и ОВ позволяют уменьшить количество проводов и одновременно улучшить емкость каналов, скорость. Рассмотрим принципы работы сетевых приемопередатчиков, где и для чего они применяются, виды. В статье также приведем конкретный пример постройки сети с трансиверами.
Основные понятия о трансиверах
Более правильно ставить перед термином «трансивер» слово «сетевой» или «конвертер». В большинстве случаев он относится к сетевому типу оборудования. Transceiver — совокупность слов receiver и transmitter (термины для приемника и передатчика на англ.).
Трансивер (сетевой, конвертер) — это прибор для приема/передачи сигналов между различными (физически) средами, оснащением связи, компьютерным оборудованием.
Такие приемопередатчики являют собой устройство, соединяющие интерфейс хоста (главной вычислительной машины) с локальными сетями, например, стандарта Ethernet. Аппарат передает сигнал в кабель, позволяет станциям передавать и принимать из общего сетевого окружения передачи, делать конвертацию от витой пары к оптоволоконному кабелю и наоборот. Также адаптер способен обнаруживать противоречия на линии, мониторить ее.
Transceiver чрезвычайно удобный: это компактный модуль (часто немногим больше флешки), который вставляется в посадочные места на коммутаторе, сетевом оборудовании. Может быть и отдельной коробочкой со своим блоком питания (часто такие медиаконвертеры). Монтаж элементарный: достаточно вставить в гнездо, соединить разъемы и штекеры. Можно также вставить в плату обычного сетевого адаптера в RJ-45. Устройства съемные.
Например, трансивер Gls-lh-sm способен передавать по ВОЛС на 500 м и до десятка км без потерь качества сигнала, без усилителей. Расстояния для иных моделей могут быть еще большими. Это самые лучшие и эффективные на сегодняшний день инструменты для построения оптоволоконных сетей.
Итак, трансивер, что делает:
Алгоритм работы подобен радиостанциям и в этом состоит одна из главных особенностей — устройство может одновременно передавать и получать данные.
Организовать интернет-связь, подключение к сети ПК можно витой парой, но есть и другой более эффективный, более технологичный способ — оптоволокно. Именно для этого используют не обычные сетевые адаптеры под RJ-45 и медный кабель, а с трансиверами под ВОЛС. Приборы позволяют преобразовывать некие параллельные данные, транспортирующиеся по шине компьютера, в поток уже последовательного типа, которым можно предавать их по кабелю, объединяющего ПК в сеть.
Как работает устройство
Надо отличать оптические (проводные) и беспроводные радиочастотные трансиверы, последние применяются для телефонной связи, радиостанций (интересный факт, в FM они не используются, так как прием/передача тут — две разные задачи), в рациях, смартфонах, мобильниках, для беспроводных устройств. Мы остановимся на проводных оптических приборах.
Устройства могут устанавливаться в стандартные электрические порты или в SFP или SFP+ гнезда и иные, встроенные в коммутатор.
Устройство в своем составе имеет лазер (передатчик) и фотомодуль (приемо узел), что позволяет одновременно принимать и передавать световые сигналы по ОВ.
Где применяются примеры
Есть чрезвычайное множество схем сетей с оптоволокном и такими сетевыми адаптерами. Принцип простой: ОВ от провайдера заходит в коммутатор с указанным приемопередатчиком, а тот раздает интернет на компьютеры, подключаемые к нему. Ниже один из вариантов:
Основные сферы применения:
Трансивер может работать с линиями полностью из ОВ или переводить сигнал с них на металлические магистрали и наоборот. Почти всегда он связан с этой разновидностью среды (оптоволоконной).
Среда передачи
Среда передачи во многом влияет на форм-фактор, скорость, технологию связи. Есть два типа таковой:
По оптоволокну (ОВ) передают не электросигналы, а свет. Это кабель с очень тонким ядром (сердцевиной) толщиной немногим большей волоса из специального гибкого стекла, которое проводит свет. Жила покрыта лаковой оболочкой, сверху которой тканевая и пластиковая изоляция. То есть провод тут один, все остальное — защитные оболочки.
На схеме выше видно как идет свет внутри жилы: он полностью отражается от ее границ — это полное внутреннее отражение, обеспечивающее преодоление больших расстояний.
Оптика не передает электричество, что можно рассматривать и как плюс, и как минус. Также по ней сигнал либо есть, либо его нет, так как это цифровая передача.
Перейдем к следующему типу среды, к металлическим кабелям, проводящим электросигналы.
WDM и CWDM
При выборе трансиверов обращают внимание на следующие технологии.
WDM — модули работают в паре с одной стороны передача на длине волн 1310 нм, с другой 1550, что позволяет вместо двух жил применить один провод. Приемник остается широкополосным.
CWDM. Развитие предыдущей технологии. Возможны 8 дуплексных каналов по одному волокну.
Transceiver медиаконвертер
Пока самыми популярными являются классические медные (витая пара и прочее) линии связи adsl, shdsl, ethernet. Но оптические кабели постепенно становятся все больше и заметно распространенными. Монтаж волоконно-оптических линий (ВОЛ, ВОЛС) с развитием технологий удешевляется. Еще недавно интернет ими прокладывали преимущественно для юридических лиц, предприятий, а в последнее время много таких систем заказывают физические субъекты, обычные граждане желающие получить высокую скорость связи.
Иногда у интернет провайдеров, чтобы развернуть сразу обширную сеть нет средств или это на некотором этапе развития их сервиса нецелесообразно. Проблема решается подключением абонентов через transceiver медиаконвертеры. В народе — «медик». Основная задача приспособить сигнал с оптоволокна для передачи на витую пару и наоборот. Аппарат переводит электрический импульс (именно такой на металлических жилах) в оптический (таковой на ВОЛ). Если кратко, то это электронно-оптический преобразователь.
Популярный внешний вид — небольшая коробочка, напоминающая устаревшие уже модемы, в высоту около 2 см, в длину и ширину 10 см.
На корпусе есть такие элементы:
Такой трансивер-медиаконвертер не является роутером и даже коммутатором. Это так называемый прозрачный мост, переходник, просто пропускающий через себя трафик в точке перехода связи с электросреды в опто. Обычно приборчик без IP, веб-интерфейсов (встречаются модели с ним, но редко).
Виды медиаконвертеров
На станциях связи (у интернет-провайдеров) для удобства применения медиаконвертеров монтируются специальные корзины с разъемами под такие микросхемы с уже подведенным питанием, что позволяет обойтись без блоков розеток.
Для предоставления услуг интернета описанный тип аппаратов по-прежнему результативный, но морально устаревает, постепенно становится менее популярным, поскольку чаще абонентам ставят специальные коммутаторы, принимающие несколько услуг, а также можно приобрести роутер с оптопортом и трансивером внутри, что намного удобнее.
Но трансиверы-медиаконверторы по-прежнему популярные и порой незаменимые для постройки оптоволоконной сети видеонаблюдения (пример такой рассмотрим ниже подробно) и для подобных целей.
Модули SFP или оптические трансиверы
Расшифровка аббревиатуры: Small Form-factor Pluggable. Техническое название — «оптический трансивер». Это то же приемопередаточное устройство с рассмотренным выше принципом, но со своими особенностями.
В данном сегменте форма изделия, можно сказать, одна:
Задачи те же, что и у рассмотренных выше «медиков» — преобразование сигнала электро в опто и обратно при использовании ВОЛС или для работы с линиями полностью с ОВ. Это тот же медиаконвертер, только намного компактнее, дополнительного блока питания не требуется (оно есть на модуле с гнездами). Но рассматриваемый вариант технически продвинутее.
Разновидности SFP модулей:
Есть разные патч-корды под конкретные типы разъемов:
Построение оптоволоконных сетей с трансиверами
Рассмотрим условия, в которых применяются transceiver. Выберем 2 сферы: для интернета, сети ПК и для системы безопасности с видеокамерами (аналоговыми, не IP).
Интернет и сеть ПК
Если говорить об оптоволоконном интернете, то для среднестатистического пользователя тут все понятно: провайдер, предоставляющий услуги, тянет оптоволокно со специальным разъемом к роутеру, коммутатору, на котором установлен трансивер. А оттуда уже интернет раздается по Wi-Fi или по витой паре или тому же оптоволокну. То есть механика процесса немного схожая как, если бы использовалась витая пара. Но внутренние нюансы значительные: клиент получает чрезвычайно качественный и быстрый сигнал.
Если строится именно локальная сеть (без выхода в интернет) с оптоволокном и такими приемопередатчиками, то таковое протягивается от каждого компьютера к общему маршрутизатору (свитчу). ПК должны иметь встроенные трансиверы, не обычные сетевые адаптеры для витой пары. Преимущество в том, что такую систему (ВОЛС) можно построить на больших расстояниях и скорость ее будет выше, чем на металлических проводах, на одну жилу можно «повесить» несколько каналов.
Видеонаблюдение
Принцип снятия сигнала с нескольких видеокамер максимально схож как для постройки сети с компьютерами, так как в данном случае эти приборы, если упростить, в составе системы такой же элемент как ПК.
Преимущества перед иными типами связи:
Куплен комплект трансиверов-медиаконвертеров
Один блок на прием, второй на передачу, между собой будут соединяться оптоволокном. К каждому идет слаботочный блок питания на 5 В и 1 А:
Корпусы самих устройств идентичные, отличаются только буквами: на одном R — ресивер (передает), на втором — T (принимает)
Для соединения между собой блоков куплен оптический патч-корд. Надо проследить, чтобы штекеры подошли к трансиверу, так как есть несколько стандартов: SC, FC, LC и пр. На нашем тип указан на листке в упаковке. Длина — 10 м, так как делается пока тестовое соединение
Для соединения ОВ не применяют обычных способов — есть особые механические коннекторы или специальный сварщик, но он чрезвычайно дорогой, поэтому применим первые. Изоляцию с такого кабеля можно снять любыми кусачками, подручными инструментами, но потребуется еще и зачистка, а для нее нужен специальный стриппер (стоит около 5 тыс. руб., но на китайских площадках есть экземпляры и за 800 руб.). Главное, зачем он нужен — для снятия лака с внутренней жилы, диаметр которой 0.25 мм.
В доме есть маленькая серверная, где расположен видеорегистратор. Отсоединяем от него кабели камер и присоединяем трансивер — блок с буквой T, он будет отправлять картинку с камер на ресивер (с буквой R).
Это тестовая сборка, для наглядности в ограниченном пространстве, поэтому ответная коробочка (R) размещена в доме на столе:
Для соединения ресивера с видеорегистратором применяются короткие патч-корды с BNC штекерами. Результат ниже. У нас transceiver не поддерживает некоторые стандарты, поэтому картинка черно-белая. Есть модели, обеспечивающие цветное видео, но у продавца надо особо уточнить, какие стандарты работают (PAL, SECAM, NTEC, Plug&Play и прочее). В нашем случае из-за неправильно подобранных стандартов пользователю пришлось добиваться цветной картинки, изменяя положение перемычек на самих камерах, но само качество немного ухудшилось.
Подбор трансиверов
Параметры для оценки мы описали выше в разделах о видах этих устройств. Одной из самых важных характеристик является расстояния, на которые рассчитано изделие. Чтобы не ошибиться, оно замеряется спецприборами. Но также можно оценить и на глаз (чаще так и делают), но потребуется точность минимум до 1 км.
Опишем правила выбора для оптических трансиверов:
Маркировка
Данные можно узнать из диагностических характеристик изделия, это такие пункты:
Пример самых важных параметров из спецификации, указанной магазином, и сбоку диагностическая информация:
Совместимость
Будет ли работать выбранный изделие с уже имеющимися.
Подбор — чрезвычайно обширная тема, по каждому аспекту можно написать небольшую брошюру. Мы лишь сориентируем читателя, на какие характеристики обратить внимание, для подробных исследований надо изучать специсточники, учебники. Тут есть много нюансов, например 2-волоконный SFP 4.25 Гбит/с FiberChannel модуль не совместим с 2-волоконным GBIC 1.25 Гбит/с модулем из-за расхождений в скорости передачи и пр.
По волнам есть таблицы:
Проверка совместимости с коммутатором производится с изучением его спецификации. Тут важно тщательно различать названия типов ресиверов, например, часто путают порты SFP с SFP+ (они визуально идентичные). А также, даже если есть порт SFP+, то сетевое оборудование может не поддерживать SFP+ZR.
Надо также изучить спецификацию, именно программную часть, операционку коммутатора, где будут указано, что поддерживается.
Подбор медиаконвертеров для простых задач
Если же речь идет лишь о медиаконвертере, то есть когда просто требуется перевести сигнал из меди на оптоволокно, например, для более простой цели, как в описанном нами случае — для видеонаблюдения, то дела обстоят значительно проще. Подбирают под имеющиеся разъемы/штекеры, протяженность линии, под количество жил и поддерживаемые стандарты.
Итог, важные интересные факты
Постройка сети, обеспечение интернета с трансиверами и оптоволокном в последнее время упрощается, так как выпускаются специальные роутеры, маршрутизаторы, коммутаторы с ними под оптоволокно. Есть также transceiver переходники, один из них на изобр. ниже:
На завершение приведем интересные нюансы:
Выше — выборка из специализированного ресурса об ONU, которая также отображает тот факт, что оптические технологии развиваются чрезвычайно быстрыми темпами. Мы же в статье рассмотрели основы по одному из ее основных элементов — именуемым трансивером, выполняющим роль сетевого адаптера и медиаконвертера.