Выбор и использование SFP+ модулей

Съёмный модуль форм-фактора SFP+ (Enhanced Small Form factor Pluggable) представляет собой компактное устройство в металлическом корпусе. Данный вид модуля является эволюцией стандарта SFP.

Основные компоненты модуля остались те же: трансивер оснащён контактной группой для подключения к SFP+ порту сетевого устройства, а с другой стороны оптическим интерфейсом или электрическим интерфейсом RJ-45 (разъем 8Р8С) для подключения к линии передачи. В зависимости от модификации, модули SFP+ поддерживают передачу данных на скоростях от 1,25 Гбит/с до 11,3 Гбит/с, а именно:

• 1,25 Гбит/с – GigabitEthernet (1000base – T);
• 2,5 Гбит/с – 2,5GigabitEthernet (2,5Gbase – T);
• 5 Гбит/с – 5GigabitEthernet (5Gbase – T);
• 8,5 Гбит/с – 8 Gigabit Fiber Channel;
• 9,95 Гбит/с – STM-64;
• 10 Гбит/с – 10GigabitEthernet;
• 10,51 Гбит/с – 10 Gigabit Fiber Channel;
• 11,09 Гбит/с – OTU2e;
• 11,32 Гбит/с – OTU2f.

После определения скорости и протокола передачи, необходимо определиться с технологией передачи, а именно с типом среды передачи, типом волокна, количеством свободных волокон, протяженностью оптической трассы. По этим характеристикам трансиверы SFP+ можно разделить на следующие типы:

• Двухволоконные SFP+ – используются для организации связи по двум волокнам: до 300 м – по многомодовым, и от 200 м до 80 км – по одномодовым;
• Одноволоконные SFP+ модули (WDM, BiDirectional) – используются для организации каналов передачи данных по одному одномодовому волокну на расстояние от 2 км до 80 км, принимаемый (Rx) и передаваемый (Tx) оптические сигналы передаются в разных направлениях и имеют отличную друг от друга длину волны;
• CWDM SFP+ – оптические модули, позволяющие организовать многоканальную (до 9 каналов по одному одномодовому оптическому волокну) передачу данных в рамках спектральной системы уплотнения CWDM на расстояние до 70 км. Визуально CWDM трансиверы не отличаются от двухволоконных аналогов, но передатчики этих модулей работают на длинах волн из сетки частот CWDM, что позволяет вместе с CWDM мультиплексорами создавать многоканальные системы передачи в рамках одного или нескольких волокон;
• DWDM SFP+ – трансиверы, используемые для организации каналов связи в системах плотного спектрального уплотнения DWDM, позволяющие создавать протяженные линии связи до 300 км;
• SFP+ DAC кабель – это медный твинаксиальный кабель, с обоих концов оконеченный электрическими разъемами трансиверов форм-факторов SFP+. DAC кабели используются для организации локального, неразъёмного соединения с расстоянием передачи до 15 метров;
• SFP+ AOC кабели – это оптический патч-корд, состоящий из многомодового OM3 кабеля, с жёстко закреплёнными SFP+ трансиверами на обоих концах. AOC кабели позволяют организовывать локальное, неразъёмное соединение на расстояние до 300 метров;
• Copper SFP+ – трансиверы с разъемом RJ45, используются для организации связи по витой паре cat. 5e и 6. Дальность передачи составляет до 30 м – на скорости передачи 10 Гбит/с, и до 100 м – на скорости 1,25 Гбит/с. Таким образом, в зависимости от потребностей пользователя или удалённости стыкуемого оборудования, при помощи «медного» SFP+ модуля, можно организовать канал по протоколам 10Gbase-T/5Gbase-T/2.5Gbase-T/1000base-T.

Для наглядной иллюстрации сфер применения различных моделей SFP+ трансиверов, приведём несколько примеров.

В пределах машинного зала (серверной) или одного кампуса (здания), исторически принято использовать для организации канала пару волокон. В этом случае необходимо уточнить тип волокна: одномодовое или многомодовое (OM2, OM3, OM4).

В случае использования многомодовых волокон подойдут двухволоконные SFP+ SR трансиверы, которые оснащены VSCEL лазером и передают сигнал на длине волны 850 нм. В том же случае если в кабельной инфраструктуре используется одномодовое волокно, выбор ложиться на модули SFP+ LR с дальностью передачи 2 – 20 км.

При смешанной инфраструктуре, где в равной степени используются и многомодовое, и одномодовое волокна, наиболее правильным решением будет использование SFP+ LRM.

Трансиверы этой модели могут передавать информацию, как по многомодовым волокнам, так и по одномодовым, но следует помнить про достаточно ограниченную дальность передачи до 220 метров. 

Copper SFP+ трансиверы представляют собой весьма удачное решение для «стыковки» активного сетевого оборудования с серверами, в которые часто встроен медный RJ45 разъем.  В остальном этот вид SFP+ модулей сильно уступает, как по функциональности (дальность передачи), так и по цене, выше описанным аналогам.

Для единичного соединения площадок в рамках Metro-сети (города) целесообразнее использовать одноволоконные WDM SFP+ модули. Эта модель незначительно дороже двухволоконного аналога, однако, позволяет эффективнее использовать ёмкость существующих кабельных линий.

Особенностью этих трансиверов является работа на разных длинах волн, и как следствие, парность: модуль типа «А» работает только с модулем типа «Б». На одном конце линии устанавливается модуль, который передаёт информацию на волне 1270 нм и принимает на волне 1330 нм, а на другой стороне используется зеркальный модуль, с передачей на волне 1330 нм и приёмом сигнала на 1270 нм. При таких длинах волн используют трансиверы WDM SFP+ LR, дальностью до 60 км. Для передачи сигнала на расстояние 80 км, используются модули WDM SFP+ ZX с длинами волн передачи 1490/1550 нм.

В рамках городских сетей часто встречается нехватка свободных волокон. В таком случае применяются системы спектрального уплотнения CWDM или DWDM, в зависимости от необходимой ёмкости трассы.

Если на сети уже стоит какая-либо система уплотнения, необходимо выяснить, какие длины волн «свободны» (не задействованы на данный момент для передачи) и какие трансиверы используются (дальность передачи или оптический бюджет).

При необходимости организации каналов связи между городами Long-Haul сети, используются активные системы спектрального уплотнения DWDM с применением оптических усилителей EDFA и/или Raman. В этом случае выбор необходимого DWDM SFP+ трансивера происходит аналогично с выбором трансивера для многоканальной Metro сети, описанный выше.

Совместимость SFP+ модулей

Совместимость трансиверов форм-фактора SFP+ зачастую сводиться к двум основным факторам:

1. Совместимость SFP+ модулей с активным сетевым оборудованием (коммутаторы, маршрутизаторы, транспондеры и т.д.);
2. Совместимость трансиверов друг с другом.

Для проверки совместимости трансиверов с сетевым оборудованием, первое что необходимо сделать – это уточнить список, поддерживаемых оборудованием трансиверов (support list). Данный список уникален для каждой модели сетевого оборудования, а также, варьируется в зависимости от установленной версии операционной системы. Подробный список поддерживаемых трансиверов указывается в технической спецификации оборудования.

Кроме списка совместимости, необходимо учитывать «специфичность» прошивок трансиверов каждого производителя.

В стандарте MSA SFF-8432, в разделе о внутренней прошивке SFP+ модулей, указано что часть памяти, отведена под «специальную» информацию производителя – Vendor Specific, которая может использоваться по усмотрению производителя. При помощи этих участков памяти, производители сетевого оборудования вносят дополнительные маркёры, которые необходимы для идентификации трансиверов в производимом ими оборудовании. Это позволяет программно запретить использование OEM трансиверов.

В том случае, если заказывать SFP+ модули у проверенных поставщиков OEM продукции, необходимо указать лишь марку и модель оборудования, с которым необходимо добиться совместимости. Дальше – это задача сервисно-инженерного отдела поставщика. Более подробно о перепрошивке трансиверов можно узнать по ссылке.

Кроме программной защиты, у некоторых производителей встречается аппаратная защита, которая выражается в отходе от стандарта MSA при производстве трансиверов, и внесении изменений в схемотехнику платы. Наиболее ярким примером такой защиты является производитель HPE (Hewlett Packard Enterprise). При заказе OEM трансиверов для сетевого оборудования этого бренда, нужно быть готовым что «стандартные» трансиверы не подойдут, вне зависимости от прошивки, а «специализированные» трансиверы могут стоить дороже.

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

Главное, что необходимо помнить, что все трансиверы производятся в рамках одних и тех же международных стандартов. Это утверждение не касается вопроса аппаратной защиты, описанной ранее. И поэтому, одинаковые модели трансиверов SFP+ от разных производителей совместимы друг с другом. 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+ < > XFP;
• SFP+ < > X2/XENPAK;
• XFP < > X2/XENPAK.

Перепрошивка SFP+ модулей

Трансиверы форм-фактора SFP+, как и любые другие трансиверы, обладают внутренней служебной памятью – EEPROM, и, как и у других трансиверов, EEPROM SFP+, при необходимости, можно перезаписывать (прошивать). Для изменения служебной информации, записанной во внутреннюю память трансивера, необходимо специальное устройство – программатор. Так же для перепрошивки SFP+ необходимо знать пароль на изменение прошивки, и файл новой 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, при этом зачастую перезаписи подвергаются лишь 128 или 256 байт.

Более подробно о процессе перепрошивки SFP модулей можно ознакомиться по ссылке.

Подключение SFP+ модулей

Трансиверы SFP+ поддерживают функцию «горячей замены». То есть трансивер можно устанавливать в порт работающего коммутатора, без необходимости предварительно выключать сетевое оборудование.

Для установки SFP+ модуля в SFP+ порт:

1. Вставьте трансивер в свободный порт сетевого оборудования;
2. С небольшим усилием толкайте модуль вглубь порта;
3. При подключении контактной группы трансивера с ответной частью порта появится небольшое усилие;
4. В конце механизм фиксации трансивера в порту зафиксируется с характерным щелчком – модуль установлен.

Спустя некоторое время после установки (не более 10 секунд) SFP+ модуль будет инициализирован устройством и станет доступен в системе управления.

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

После успешной инициализации, необходимо подключить трансивер к линии передачи.

Для этого необходимо:

1. Снять заглушку с оптического разъема трансивера;
2. Подключить оптический/ие коннекторы патч-корда к разъему.

Обращаем внимание, что оптические разъёмы трансиверов очень чувствительны к попадающей в них грязи. Из-за загрязнения оптических портов могут ухудшаться приемо-передающие характеристики модуля. В крайних случаях загрязнение оптических портов может повлечь за собой выход из строя трансивера. В связи с этим, рекомендуем снимать заглушку оптического разъёма непосредственно перед подключением. Это позволит минимизировать возможное попадание пыли внутрь оптического разъёма трансивера.

Внимательное отношение к оптическим соединениям позволит облегчить запуск каналов и оборудования, а также это способствует длительной и надёжной работе.

Для извлечения SFP+ модуля из SFP+ порта:

1. Отключить оптические патч-корды от извлекаемого трансивера;
2. Потянуть рычаг выталкивателя вниз, как это показано на схеме;
3. Аккуратно вытягивать извлекаемый модуль «на себя»;
4. Установить защитную заглушку на оптический порт.

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

Мониторинг параметров работы

Все современные трансиверы, в том числе форм-фактор SFP+, оснащены системой DDM (Digital Diagnostic Monitoring). Система цифрового мониторинга позволяет в реальном времени контролировать значения:

• мощность излучения передатчика;
• поступающую на приёмник оптическую мощность;
• подаваемого на модуль напряжения; ток смещения лазера;
• температуру трансивера.

Кроме текущего значения, в системе так же отображаются пороговые значения каждого из параметров. Эти значения записаны в трансивере, и индивидуальны для каждого типа трансивера.

Рассмотрим подробнее каждый из этих параметров DDM:

1. Уровень сигнала Tx – данный параметр сообщает оптическую мощность, излучаемую лазером – передатчиком. В том случае, если значение этого параметра опускается ниже допустимого, по записанному в DDM значению, это означает неисправность или полный выход из строя оптического передатчика.
2. Уровень сигнала Rx –  параметр, регистрирующий текущее значение подаваемого на приёмник оптического сигнала. Если значение ниже заявленного порога чувствительности приёмника, в передаваемой информации начнут возникать ошибки. Чем ниже уровень принимаемого сигнала, тем больше ошибок «на приёме». Так же для трансиверов, оснащённых APD приёмниками, критичен высокий по мощности, подаваемый на приёмник сигнал. При превышении порогового значения приёмник может выйти из строя.
3. Напряжение, подаваемое на трансивер, – нормальное значение для любого SFP / SFP+ колеблется в диапазоне 3,15-3,45 В.
4. Ток смещения BIAS – редко используемый параметр, указывающий на силу тока, подаваемую на передатчик модуля. Если значение этого параметра близко к пороговым, это может означать – возможную неисправность трансивера или скорый выход из строя лазера.
5. Температура – перегрев модуля может вызывать ошибки на приёме, а также сокращает ресурс модуля.

Функция DDM является простым и удобным инструментом для первичной диагностики неисправностей и предотвращения возможных неполадок. Более подробно о Digital Diagnostic Monitoring можно ознакомиться по ссылке.

Основные проблемы с модулями

При эксплуатации SFP+ трансиверов могут возникнуть различные неполадки и неисправности.   Мы постараемся рассмотреть наиболее частые из них.

Несмотря на то, что стандарты MSA жестко регламентируют габаритные размеры и конструкцию, как трансиверов, так и портов для этих трансиверов, тем не менее, случаются ситуации, когда SFP+ модуль застревает в порту. Причиной, как правило служит искривление края отверстия в язычке SFP порта.

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

Итак, как же вытащить застрявший SFP модуль? Для этого 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 эти действия не помогли, необходимо отогнуть фиксирующий язычок SFP+ порта, для этого можно использовать, к примеру, плоское и узкое лезвие канцелярского ножа. Лезвие нужно вставить между нижней гранью застрявшего SFP+ модуля и корпусом порта. Так вы разомкнёте запорный механизм модуля и сможете извлечь его из порта.

Иногда может происходить и обратная ситуация – SFP+ модуль не фиксируется в порту коммутатора. Проблема заключалась в том, что трансивер можно было легко вытащить –  потянув за подключённые патч-корды. Такое может происходить если габариты порта не соответствует SFP+ MSA, и запорный механизм трансивера не стыкуется с фиксирующим язычком в порту.

При использовании SFP+ модулей можно столкнуться с ситуацией, когда лазер установленного трансивера «не светит», что может говорить, как о том, что на лазер не подаётся напряжение, так и о том, что испускаемый лазером импульс, слишком мал. Это может происходить по нескольким причинам:

• Засорен оптический порт «Тх»;
• Порт коммутатора не активирован (shutdown);
• Прошивка в SFP+ трансивере не совместима с коммутатором;
• Неисправность лазера.

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

Если в ходе осмотра порта выясниться что он засорён, и оптический сигнал не может «преодолеть» загрязнение, необходимо произвести очистку при помощи специальных чистящих устройств: One-Click-Cleaner или без ворсовых палочек. Если проверить состояние порта «Tx» нечем, то необходимо произвести чистку оптического порта SFP+ модуля превентивно. Использование для очистки спиртом или спиртосодержащих смесей не рекомендуется, так как это может вывести трансивер из строя.

Для проверки того, что трансивер инициализирован коммутатором, а порт, в который он установлен активен, необходимо подключиться к сетевому оборудованию и зайти в конфигурацию конкретного порта. В ней должна быть отображена служебная информация о трансивере (артикул, серийный номер, тип трансивера и т.д.), а также информация о состоянии трансивера (подключён, не поддерживается, установлено неизвестное устройство и т.д.). Ещё должна стоять отметка, указывающая на активность порта. В том случае если порт не активен, его необходимо перевести в активное состояние. Если же система не инициализировала SFP+, необходимо проверить совместим ли проблемный модуль с данным сетевым оборудованием.

Если перечисленные действия не произвели требуемого эффекта, то с большой долей вероятности можно предполагать неисправность лазера, и обращаться к производителю для получения сервисного обслуживания/ремонта или замены неисправного SFP+ модуля.

Распространённой неполадкой является ситуация, когда порт сетевого оборудования 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 трансиверах и сравнить их с пороговыми значениями;
• Проверить корректность оборудования оптической системы (оптических усилителей, мультиплексоров, компенсаторов хроматической дисперсии).

Важно отметить, что стандарт SFF-8432 допускает погрешность при измерении параметров. Для уровней Tx и Rx точность измерения составляет ±3 дБ. На практике фактическая точность измерения гораздо лучше, но необходимо учитывать эту особенность. При диагностике неисправностей следует перепроверять показания DDM измерителем мощности.

Достаточно часто встречаются неисправности приёмников SFP+ модулей высокой дальности (более 40 км). В таких модулях установлен APD приёмник, который очень чувствителен к мощному подаваемому сигналу. APD приёмник легко вывести из строя простым прямым подключением – соединить высокомощный передатчик с приёмником без дополнительной аттенюации. Так как максимально допустимая подаваемая на APD приёмник мощность, составляет -9 дБм, а средняя мощность передатчиков колеблется в диапазоне 0 – 4 дБм, такая разница в уровнях оптических сигналов с лёгкостью выводит приёмник из строя. Так же необходимо отметить, что неисправность APD приёмника вызванная перегрузкой, не является гарантийным случаем. Подробнее о модулях с APD приемниками можно почитать здесь.