Выбор и использование SFP модулей

Подбор необходимых трансиверов начинается с их форм-фактора, он зависит от порта маршрутизатора или коммутатора и от скорости передачи канала, который необходимо организовать. В данной статье мы рассмотрим, как правильно выбрать SFP модули, поговорим о совместимости и нюансах эксплуатацию.

Съемный трансивер форм-фактора SFP (Small Form factor Pluggable), представляет собой компактное устройство в металлическом корпусе. Модули SFP поддерживают передачу данных на скоростях от 100 Мбит/с до 4.25 Гбит/с, а именно:

• 100 Мбит/с – FastEthrnet;
• 155 Мбит/с – STM-1;
• 622 Мбит/с – STM-4;
• 1,06 Гбит/с – 1 Gigabit Fiber Channel;
• 1,25 Гбит/с – GigabitEthernet;
• 2,125 Гбит/с – 2 Gigabit Fiber Channel;
• 2,5 Гбит/с – STM-16;
• 4,25 Гбит/с – 4 Gigabit Fiber Channel.

После определения скорости передачи и протокола передачи, необходимо определиться с технологией передачи (тип волокна, количество свободных волокон, протяженность оптической трассы). По технологии передачи трансиверы SFP можно разделить на следующие типы:

• Двухволоконные SFP трансиверы – используются для организации связи по двум волокнам многомодовым или одномодовым, одно из которых задействовано для передачи, второе для приема оптических сигналов;
• Одноволоконные (WDM, BiDirectional) SFP модули – используются для организации каналов передачи данных по одному одномодовому волокну, принимаемый (Rx) и передаваемый (Tx) оптические сигналы передаются в разных направлениях и имеют отличную друг от друга длину волны;
• CWDM SFP модули – это оптические трансиверы рассчитанные для формирования оптических сигналов в спектрального уплотнения CWDM. Визуально CWDM SFP ничем не отличаются от двухволоконных аналогов, но за счет специально настроенных передатчиков – лазеров и CWDM мультиплексоров позволяют создавать многоканальные системы передачи в рамках одного или нескольких одномодовых волокон;
• DWDM SFP трансиверы – оптические модули используемые в системах спектрального уплотнения DWDM, позволяющие создавать протяженное и многоканальные системы передачи в рамках одного или нескольких одномодовых волокон.

Приведем несколько примеров для иллюстрации. В пределах серверной или здания, чаще всего используется пара волокон. Для подобного подключения подойдут двухволоконные SFP модули SX / LX, на оба конца линии устанавливается два одинаковых модуля.

Для соединения площадок внутри города, целесообразнее использовать одноволоконные WDM модули. Они незначительно дороже двухволоконных, но помогут эффективнее использовать ёмкость существующих кабельных линий. Особенностью данного вида трансиверов является работа на разных длинах волн. На одном конце линии устанавливается модуль, который передаёт информацию на волне 1310 нм и принимает на волне 1550 нм. На другой стороне используется обратный модуль, с передачей на волне 1550 нм и приёмом сигнала на 1310 нм. Такие длины волн для передачи используют оптические трансиверы WDM SFP LX, дальностью до 40 км. Для передачи сигнала на расстояние 80 км и более используются модули WDM SFP ZX с длинами волн передачи 1490/1550 нм.

В городских Metro сетях, часто встречается нехватка свободных волокон, поэтому вполне возможно на волокне уже используется система уплотнения CWDM или DWDM. Тогда необходимо выяснить какие длины волн «свободны» (не задействованы на данный момент для передачи) и какие трансиверы используются. Останется только проверить показаниям системы DDM и убедиться в том, что модулей с аналогичным оптическим бюджетом будет достаточно.

Совместимость SFP модулей

Говоря про совместимость SFP трансиверов, подразумеваются два основных фактора:

1. Совместимость SFP модулей с сетевым оборудованием (коммутаторы, маршрутизаторы, транспондеры и т.д.);
2. Совместимость приемо-передатчиков с ответной частью (трансиверами на другой стороне линии).

При проверке совместимости трансиверов с сетевым оборудованием первое на что необходимо обратить свое внимание – это список поддерживаемых оборудованием трансиверов. Данный список уникален для каждой модели сетевого оборудования и может варьироваться в зависимости от версии операционной системы. Так же подробный список поддерживаемых трансиверов можно узнать из технической спецификации на оборудования, которая доступна на сайте производителя или приложена в комплекте с устройством.

Кроме списка совместимости, необходимо учитывать «специфичность» прошивок трансиверов каждого производителя. В стандарте MSA SFF-8472 напрямую указывается на специально выделенные области в прошивки для «специальной» информации производителя – Vendor Specific, которые могут использоваться по усмотрению производителя. Данная информация весьма специфична и знания по данному вопросу можно подчерпнуть из специализированных ресурсов или форумов.

В том случае, если заказывать SFP модули у проверенных поставщиков OEM продукции, необходимо лишь указать с каким оборудованием необходима совместимость, дальше это задача сервисно-инженерного отдела поставщика. Более подробно о перепрошивке трансиверов можно узнать по ссылке.

После определения совместимости трансивера с сетевым оборудованием, необходимо удостовериться в совместимости выбранного SFP модуля с ответной частью.

Главное что необходимо помнить, что аналогичные SFP модули разных производителей совместимы друг с другом, так как выполнены в рамках одних и тех же международных стандартов. Дальнейший подбор SFP модуля заключается в поиске технологической пары уже установленному трансиверу. Более подробно о выборе оптических трансиверов можно прочитать по ссылке.

Отдельно отметим, что совместимы, не только SFP модули разных производителей, но и подходящие друг другу по техническим характеристикам трансиверы разных форм-факторов, например:

• SFP < > GBIC;
• SFP+ < > XFP;
• SFP+ < > X2/XENPAK;
• XFP < > X2/XENPAK.

Перепрошивка SFP модулей

Для изменения служебной информации, записанной во внутреннюю память трансивера – смены прошивки, необходимо специальное устройство – программатор (на англ. – programming board). Программатор модулей представляет собой печатную плату, с одним или несколькими слотами для модулей, которая позволяет считывать и записывать информацию в память EEPROM трансивера. Так же для перепрошивки SFP необходим файл прошивки, в котором содержится вся информация о трансивере (тип, производитель, совместимость с оборудованием и т.д.). Сам по себе процесс смены кода занимает несколько секунд, т.к. полный объём EEPROM составляет всего 512 байт, а для совместимости необходимо заменить лишь 128 или 256 байт. Более подробно о процессе перепрошивки SFP модулей можно ознакомиться по ссылке.

Подключение SFP модулей

Все современные трансиверы SFP поддерживают «горячее» подключение, это значит, что трансивер можно устанавливать в порт работающего коммутатора без необходимости предварительно выключать сетевое оборудование. Для установки SFP модуля:

1. Вставьте модуль в порт;
2. С небольшим усилием толкайте его вперёд;
3. В момент стыковки контактной группы появится небольшое усилие.
4. В конце раздастся щелчок механизма фиксации – модуль установлен.

Через несколько секунд после установки, SFP модуль станет доступен в системе управления сетевого устройства.

Никогда не заглядывайте в оптические разъёмы модуля установленного в оборудование, лазер может нанести вред зрению!

После успешной инициализации трансивера, необходимо подключить его к линии передачи. Для этого необходимо:

1. Снять заглушку с оптического разъема трансивера;
2. Подключить оптический (-кие) коннекторы патч-кора к разъему.

Заглушку оптического разъёма лучше всего снимать в последний момент, непосредственно перед подключением. Это позволит минимизировать возможное попадание пыли внутрь оптического разъёма трансивера. Внимательное отношение к оптическим соединениям позволит облегчить запуска каналов и оборудования, а так же это способствует длительной и надёжной работе.

Для извлечения модуля из порта, необходимо отключить оптические патч-корды и потянуть рычаг толкателя. После чего аккуратно вытянуть модуль из порта и установить заглушку оптического порта.

Хранить трансиверы необходимо с установленной заглушкой в специальном блистере, либо антистатическом пакете в условиях, описанных в технической документации. Обычно, температура хранения составляет -40…+85°С, при влажности от 0 до 95% без конденсата. Такой способ хранения убережёт модули от загрязнений и возможных механических повреждений или электростатических разрядов.

Мониторинг параметров работы SFP трансиверов

Все современные SFP модули оснащены системой DDM (Digital Diagnostic Monitoring). Система цифрового мониторинга в реальном времени показывает значения: уровня оптических приёма и передачи, подаваемого на модуль напряжения, температуры и тока смещения лазера. Кроме текущего значения, в системе так же отображаются пороговые значения каждого из параметров. Эти значения записаны в трансивере и индивидуальны для каждого типа трансиверов.

Рассмотрим подробнее каждый из этих параметров DDM:

1. Уровень сигнала Tx – данный параметр сообщает мощность излучения лазера. Если значение этого параметра ниже или выше допустимого, значит трансивер неисправен.
2. Уровень сигнала Rx – пожалуй самый востребованный параметр. Если текущее значение ниже порога чувствительности, в канале начнут возникать ошибки. Чем ниже уровень принимаемого сигнала, тем больше ошибок будет появляться при передаче. Необходимо знать, что «дальнобойные» трансиверы (80 км и более) оснащаются APD приёмниками, их особенность в том, что при превышении уровня допустимого сигнала приёмник может выйти из строя. Поэтому такие трансиверы нельзя устанавливать на короткие линии с маленьким затуханием.
3. Напряжение – нормальное значение для любого SFP / SFP+ составит около 3.3В
4. Температура – перегрев модуля может вызывать ошибки на приёме, а так же сокращает ресурс модуля.
5. Ток смещения BIAS – редко используемый параметр, отражает состояние лазера. Значения близкие к пороговым, означают о возможной неисправности, либо сообщают о скором выходе из строя.

Система DDM удобный и информативный инструмент для диагностики неисправностей и предотвращение возможных неполадок. Более подробно о системе Digital Diagnostic Monitoring можно ознакомиться по ссылке.

Основные проблемы при использовании модулей

При эксплуатации SFP трансиверов можно столкнуться с разнообразными проблемами и неполадками. Мы постараемся рассмотреть наиболее распространённые.

Стандарты SFP MSA чётко описывают габаритные размеры и конструкцию, как трансиверов, так и портов в оборудовании. Тем не менее, случаются ситуации, когда SFP модуль застревает в порту. Причиной как правило служит искривление края отверстия в язычке SFP порта. Как вытащить застрявший SFP модуль?

Начните с осмотра соседних свободных портов, если такие имеются, и аналогичного модуля. Обратите внимания на то, какими элементами модуль фиксируется в корпусе порта.

Для извлечения застрявшего трансивера необходимо:

1. Перевести скобу толкателя трансивера в горизонтальное положение;
2. Надавливая на нижнюю часть трансивера, попробуйте толкать его вверх и с не большим усилием тянуть на себя.

Если это не помогает, нужно отогнуть язычок SFP порта, для этого удобнее всего использовать плоское и прочное лезвие канцелярского ножа. Его необходимо просунуть между нижней стороной модуля и корпусом порта. Таким образом, вы освободите запорный механизм SFP модуля и сможете извлечь его из порта.

В нашей практике была и обратная ситуация: SFP модули плохо фиксировались в портах коммутатора. Проблема заключалась в том, что трансивер можно было легко вытащить, просто потянув за подключенные патч-корды. После небольшого расследования выяснилось, что размеры портов коммутатора не удовлетворяли требованиям SFP MSA и были значительно больше необходимого. То есть, в следствии несоблюдения габаритных размеров корзины SFP порта, запорный механизм установленного в нее SFP модуля не мог зафиксировать трансивер внутри.

На практике часто встречается ситуация, когда модуль «не светит», то есть не запускает лазер или испускаемый лазером импульс слишком мал. Это может происходить по нескольким причинам:

• Засорен оптический порт «Тх»;
• Порт коммутатора не активирован (shutdown);
• Неисправность лазера.

Проверить чистоту оптического порта можно при помощи специального микроскопа для проверки оптических разъемов и коннекторов.

Если в ходе осмотра порта выясниться что он засорен, и оптический сигнал не может «преодолеть» загрязнение, необходимо произвести очистку при помощи специального чистящего устройства One-Click-Cleaner или при помощи специальных безворсовых палочек. В том случае, если у вас нет микроскопа, необходимо произвести чистку оптического порта превентивно, указанными выше инструментами. Отдельно отметим, что не рекомендуется использовать спирт или спиртосодержащие смеси для очистки оптических разъемов трансиверов.

Для проверки активности порта необходимо подключиться к сетевому оборудованию и зайти в конфигурацию конкретного порта, в ней должна стоять отметка, указывающая на активность порта. В том случае если порт не активен, его необходимо перевести в активное состояние.

Если перечисленные действия не произвели требуемого эффекта, то можно констатировать неисправность лазера и обращаться к производителю для получения сервисного обслуживания: ремонта или замены неисправного SFP модуля.

Так же распространённой неполадкой является ситуация, когда порт в состоянии «link up», но при этом передача данных не происходит. В таком случае необходимо произвести следующие манипуляции:

• Проверить корректность кроссировки трансиверов;
• Удостовериться в согласованности скоростей передачи и протоколов между соединяемыми портами;
• Проверить показания DDM на обоих трансивера и сравнить их с пороговыми значениями;
• Проверить корректность оборудования оптической системы (оптических усилителей, мультиплексоров, компенсаторов хроматической дисперсии).

Важно отметить, что стандарт SFF-8472 допускает погрешность при измерении параметров. Для уровней Tx и Rx точность измерения составляет ±3дБ. На практике фактическая точность измерения гораздо лучше, но необходимо учитывать эту особенность. При диагностике неисправностей следует перепроверять показания DDM измерителем мощности.

Так же, вывести из строя оптический трансивер может аппарат для сварки волокон. После повреждении линии передачи, оборудование не всегда физически отключают от самой линии. При ремонтно-восстановительных работах волокна будут свариваться. В момент сведения волокон сигнал может отражаться от торца волокна и «засвечивать» трансиверы, что негативно влияет на лазеры и фотоприёмники. После сведения волокон, происходит разряд который и сваривает два волокна вместе. Разряд сопровождается мощной вспышкой света, который так же может попасть в волокно и достигнуть чувствительного приёмника трансивера. Особенно подвержены риску модули оснащенные чувствительными APD приёмниками. Чем ближе место проведения сварочных работ к площадке с оборудованием, тем выше риск выхода модулей из строя.

Рефлектометры также способны навредить трансиверам, причины те же самые. Во время измерения прибор подаёт в волокно мощные импульсы, и принимает отражённую мощность. Этот исходящий сигнал способен вывести трансивер из строя.