光纖、光模塊及光接口常用知識
2023.03.01今天我們來分享一篇關于光纖、光模塊及光接口常用知識的文章。
以太網交換機常用的光模塊有SFP、GBIC、XFP、XENPAK。
它們的英文全稱是：
SFP:Small Form-factorPluggabletransceiver ，小封裝可插拔收發器
GBIC：GigaBit InterfaceConverter，千兆以太網接口轉換器
XFP：10-Gigabit smallForm-factorPluggable transceiver 萬兆以太網接口
1. 小封裝可插拔收發器
XENPAK：10-Gigabit EtherNetTransceiverPAcKage萬兆以太網接口收發器集合封裝。
2. 光纖連接器
光纖連接器由光纖和光纖兩端的插頭組成，插頭由插針和外圍的鎖緊結構組成。根據不同的鎖緊機制，光纖連接器可以分為FC型、SC型、LC型、ST型和KTRJ型。
FC連接器采用螺紋鎖緊機構，是發明較早、使用最多的一種光纖連接活動器。
SC是一種矩形的接頭，由NTT研制，不用螺紋連接，可直接插拔，與FC連接器相比具有操作空間小，使用方便。低端以太網產品非常常見。
LC是由LUCENT開發的一種MINI型SC連接器，具有更小的體積，已廣泛在系統中使用，是今后光纖活動連接器發展的一個方面。地段以太網產品非常常見。
ST連接器是由AT&T公司開發的，用卡口式鎖緊機構，主要參數指標與FC和SC連接器相當，但在公司應用并不普遍，通常都用在多模器件連接，與其他廠家設備對接時使用較多。
KTRJ的插針是塑料的，通過鋼針定位，隨著插拔次數的增加，各配合面會發生磨損，長期穩定性不如陶瓷插針連接器。
3. 光纖知識
光纖是傳輸光波的導體。光纖從光傳輸的模式來分可分為單模光纖和多模光纖。
在單模光纖中光傳輸只有一種基模模式，也就是說光線只沿著光纖的內芯進行傳輸。由于完全避免了模式散射使得單模光纖的傳輸頻帶很寬因而適用于高速，長距離的光纖通訊。
在多模光纖中光傳輸有多個模式，由于色散或相差，這種光纖的傳輸性能較差，頻帶窄，傳輸速率較小，距離較短。
4. 光纖的特性參數
光纖的結構預制的石英光纖棒拉制而成，通信用的多模光纖和單模光纖的外徑都為125μm。
纖體分為兩個區域：纖芯和包層。單模光纖纖芯直徑為8-10μm，多模光纖纖芯徑有兩種標準規格，芯徑分別是62.5μm(美國標準)和50μm(歐洲標準)。
接口光纖規格有這樣的描述：62.5μm、125μm多模光纖，其中62.5μm就是指光纖的芯徑，125μm就是指光纖的外徑。
單模光纖使用的光波長為1310μm或1550μm。
多模光纖使用的光波長多為850nm。
從顏色上可以區分出單模光纖和多模光纖。單模光纖外體分為黃色，多模光纖外體為橘紅色。
5. 千兆光口
千兆光口可以工作在強制和自協商兩種模式。802.3規范中千兆光口只支持1000m速度，支持全雙工和半雙工兩種雙工模式。
自協商和強制最根本的區別就是兩者再建立物理鏈路時發送的碼流不同，自協商模式發送的是/c/碼，也就是配置碼流，而強制模式發送的是/i/碼，也就是idle碼流。
6. 千兆光口自協商過程
(1)兩端都設置為自協商模式
雙方互相發送/c/碼流，如果連續接收到3個相同的/c/碼且接收到的碼流和本端工作方式相匹配，則返回給對方一個帶有ack應答的/c/碼，對端接收到ack信息后，認為兩者可以互通，設置端口為up狀態。
(2)一端設置為自協商，一端設置為強制
自協商端發送/c/碼流，強制發送/i/碼流，強制端無法給對端提供本端的協商信息，也無法給對端返回ack應答，故自協商端DOWN。但是強制端本身可以識別/c/碼，認為對端是與自己相匹配的端口，所以直接設置本端口為up狀態。
(3)兩端均設置為強制模式
雙方互相發送/I/碼流，一端接收到/I/碼流后，認為對端是與自己相匹配的端口與，直接設置本端端口為up狀態。
7. 光纖是如何工作的
通訊用光纖由外覆塑料保護層的細如毛發的玻璃絲組成。玻璃絲實質上由兩部分組成：核心直徑為9-62.5μm，外覆直徑為125μm的低折射率的玻璃材料。雖然按所用的材料及不同的尺寸而分一些其他種類的光纖，但這里提到的是最常見的那幾種。光在光纖的芯層部分以“內全反射”方式進行傳輸，也就是指光纖進入光纖的一端后，在芯層和包層界面之間來回反射，進而傳輸到光纖另一端。芯徑為62.5μm，包層外徑為125μm的光纖成為62.5μm/125μm光。
8. 多模和單模光纖的區別
(1)多模
可以傳播數百道上千個模式的光纖，成為多模光纖。根據折射率在纖芯和包層的徑向分布情況，又可以分為階躍多模光纖和漸變多模光纖。幾乎所有的多模光纖尺寸均為50/125μm或62.5/125μm，并且通常帶寬是200mhz到2ghz。多模光端機通過多模光纖可進行長達5公里的傳輸。以發光二極管或激光器為光源。
(2)單模
只能傳播一個模式的光纖稱為單模光纖。標準單模光纖折射率分布和階躍型光纖類似，只是纖芯直徑比多模光纖小得多。
單模光纖的尺寸為9-10/125μm，并且較之多模光纖具有無限量帶寬和更低損耗的特性。而單模光端機多用于長距離傳輸，有時可達150-200公里。采用LD或光譜較窄的LED作為光源。
單模設備通常既可在單模光纖上運行，亦可在短距離的多模光纖上運行，而多模設備只限于在多模光纖上運行。
9. 使用光纜時傳輸損耗如何計算?
這取決于傳輸光的波長以及所使用光纖的種類。
850nm波長用于多模光纖時： 3.0分貝/公里
1310nm波長用于多模光纖時： 1.0分貝/公里
1310nm波長用于單模光纖時： 0.4分貝/公里
1550nm波長用于單模光纖時： 0.2分貝/公里
10. GBIC是什么?
GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的縮寫，是將千兆位電信號轉換為光信號的接口器件。GBIC設計上可以為熱插拔使用。GBIC是一種符合國際標準的可互換產品。采用GBIC接口設計的千兆位交換機由于互換靈活，在市場上占有較大的市場份額。
11. SFP是什么?
SFP是SMALL FORM PLUGGABLE的縮寫，可以簡單理解為GBIC的升級版本。SFP模塊體積比GBIC模塊減少一半。可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口數量。SFP模塊的其他功能基本和GBIC一致。有些交換機廠商SFP模塊為小型化GBIC。
未來的光模塊必須支持熱插拔，即無需切斷電源，模塊即可以與設備連接或斷開，由于光模塊時熱插拔式的，網絡管理人員無需關閉網絡就可以升級和擴展系統，對在線用戶不會造成什么影響。熱插拔性也簡化了總的維護工作，并使得最終用戶能夠更好地管理他們的收發模塊。同時，由于這種熱交換性能，該模塊可使網絡管理人員能夠根據網絡升級要求，對收發成本、鏈路距離以及所有的網絡拓撲進行總體規劃，而無需對系統進行全部替換。
支持這熱插拔的光模塊目前有GBIC何SFP，由于SFP與SFF的外型大小差不多。它可以直接插在電路板上，在封裝上較省空間，且應用面較廣。因此，其未來發展很值得期待。甚至可能威脅到SFF的市場。
12. SFF是什么?
SFF 小封裝光模塊采用了先進的精密光學級電路集成工藝，尺寸只有普通雙工SC型光纖收發模塊的一半，在同樣空間可以增加一倍的光端口數，可以增加線路端口密度，減低每端口的系統成本。又由于SFF小封裝模塊采用了與銅線網絡類似的KT-RJ接口，大小與常見的電腦網絡銅線接口相同，有利于現有以銅纜為主的網絡設備過渡到更高速率的光纖網絡以滿足網絡帶寬需求的急劇增長。
