Выбор и использование XFP модулей

Съёмный модуль форм-фактора XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) — компактный трансивер в металлическом корпусе с функцией горячей замены. XFP включает в себя цифровую диагностику, аналогичную SFF-8472, но более расширенную. 

Основными компонентами XFP модулей являются:

1. Контактная группа для подключения к XFP порту сетевого устройства;
2. Оптический интерфейс, состоящий из передатчика (лазера) и приемника (фотодетектора); в зависимости от модификации компоненты могут представлять самостоятельные порты или образовывать оптическую сборку (BOSA).

Вне зависимости от модификации, трансиверы форм фактора XFP поддерживают передачу данных на скоростях от 9,95 Гбит/с до 11,3 Гбит/с, а именно:

• 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.

По технологии передачи данных XFP модули можно разделить на следующие типы:

• Двухволоконные XFP – используются для организации каналов передачи данных по двум волокнам: до 300 м – по многомодовым, и от 200 м до 80 км – по одномодовым;
• Одноволоконные XFP модули (WDM, BiDirectional) – используются для организации связи по одному одномодовому волокну на расстояние от 3 км до 80 км, передаваемый (Tx) и детектируемый (Rx) оптические сигналы передаются на разных длинах волн;
• CWDM XFP – трансиверы, позволяющие организовать многоканальную (до 9 каналов по одному одномодовому оптическому волокну) передачу данных при помощи системы спектральной уплотнения CWDM на расстояние до 80 км. Визуально CWDM трансиверы представляют собой двухволоконные приемо-передатчики, но лазеры этих модулей работают на длинах волн из сетки частот CWDM;
• DWDM XFP – оптические модули, применяемые в системах плотного спектрального уплотнения DWDM для организации каналов связи. В рамках системы DWDM можно организовать до 22 каналов передачи данных по одному волокну с протяженностью линии до 300 км. Трансиверы DWDM XFP так же визуально похожи на двухволоконные модули, но обладают специфическим передатчиком, настроенным на одну из длин волн из сетки частот DWDM, необходим отметить, что приемник у всех трансиверов, используемых в системах спектрального уплотнения широкополосный и может принимать сигналы в диапазоне 1260 – 1620 нм;
• XFP DAC кабель – это медный твинаксиальный кабель, с обоих концов оконеченный электрическими разъемами трансиверов форм-факторов XFP. Следует заметить, что данный вид кабелей прямого подключения является весьма редким и производится малым числом производителей. XFP DAC кабели используются для организации неразъёмного соединения с расстоянием передачи до 10 метров.

Параметр	Двухволоконный	Одноволоконный	CWDM	DWDM	DAC
Количество рабочих волокон	2	1	2	2	–
Тип кабеля	Многомодовый (MMF) Одномодовый (SMF)	Одномодовый (SMF)	Одномодовый (SMF)	Одномодовый (SMF)	Twinax (30AWG, 26AWG, 24AWG)
Рабочие длины волн	850 нм, 1310 нм, 1550 нм	1270/1330 нм, 1490/1550 нм	1270-1610 нм	1528,77-1565,5 нм	–
Дальность передачи (max)	100 км	80 км	80 км	80 км	10 м

Основные сферы применения

Для иллюстрации наиболее распространённых сфер применения различных моделей XFP 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).

При использовании в инфраструктуре многомодовых волокон подойдут двухволоконные XFP SR трансиверы, которые оснащены VSCEL лазером и передают сигнал на длине волны 850 нм. Если кабельная инфраструктура построена на основе одномодового волокна, выбор ложиться на модули XFP LR с дальностью передачи 2 – 20 км.

В случае смешанной инфраструктуры, где используются и многомодовое, и одномодовое волокна, оптимальным решением будет применение XFP LRM. Трансиверы этой модели могут передавать сигналы, как по многомодовым волокнам, так и по одномодовым, но следует помнить про достаточно ограниченную дальность передачи у данного типа модулей – около 300 метров для каждого типа волокна.

Для единичного соединения площадок в рамках протяженной сети (Metro-сети) эффективнее использовать одноволоконные WDM XFP. Эта модель незначительно дороже двухволоконного аналога, однако, позволяет экономичнее 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 XFP, дальностью до 60 км. Для передачи сигнала на расстояние 80 км, используются модули WDM XFP ZR 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, выбор технологии уплотнения происходит в зависимости от необходимой ёмкости системы передачи.

Если на сети уже стоит какая-либо система уплотнения, это может быть как CWDM, так и DWDM, для подбора трансиверов необходимо точно знать, какие длины волн «свободны» (не задействованы на данный момент для передачи) и какая модель трансиверов используются (дальность передачи или оптический бюджет).

При 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 XFP трансивера происходит аналогично с выбором трансивера для многоканальной Metro сети, описанный выше.

Совместимость XFP модулей

Совместимость трансиверов как правило сводиться к двум основным факторам:

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

Для проверки совместимости трансиверов с сетевым оборудованием, необходимо уточнить список, поддерживаемых оборудованием трансиверов (support list). Данный список уникален для каждой модели сетевого оборудования, а также может изменяться в зависимости от установленной версии операционной системы. Часто список поддерживаемых трансиверов указывается в технической спецификации оборудования.

Кроме присутствия модели трансивера в списке совместимости конкретного сетевого устройства, важным фактором совместимости трансивера является специальная подпись трансивера для каждой модели сетевого оборудования, которая заносится в постоянную память модуля.

В стандарте INF-8077, в разделе «Интерфейс управления», указано что часть памяти трансивера, отведена под «специальную» информацию производителя – Vendor Specific, которая может использоваться по усмотрению производителя. В эти участки памяти, производители сетевого оборудования вносят дополнительные маркёры, которые необходимы для идентификации трансиверов в производимом ими оборудовании. Это позволяет программно запретить использование OEM трансиверов.

Если размешать заказ на OEM трансиверы у проверенных 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 решения вопроса с совместимостью XFP трансивера с сетевым оборудованием, требуется проверить совместимость выбранного модуля с ответной частью.

Необходимо помнить, что все трансиверы производятся в рамках одних и тех же международных стандартов и поэтому, одинаковые модели трансиверов XFP от разных производителей совместимы друг с другом. Дальнейшие действия по подбору XFP модуля направлены на поиск технологической пары, уже установленному трансиверу. Более подробно о выборе оптических трансиверов можно прочитать по ссылке.

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

• XFP < > SFP+;
• XFP < > X2/XENPAK.

Перепрошивка XFP модулей

Трансиверы форм-фактора XFP, как и любые другие съемные приемо-передатчики, обладают внутренней служебной памятью – EEPROM. Внутреннюю память модулей XFP – EEPROM, при необходимости, можно перезаписывать (прошивать). Для изменения прошивки модуля (служебной информации), записанной в памяти трансивера, необходимо специальное устройство – программатор. Так же для смены прошивки XFP необходимо знать пароль на изменение прошивки, и иметь файл с новой прошивкой, 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 XFP модулей можно ознакомиться по ссылке.

Подключение XFP модулей

Все современные форм факторы съемных трансиверов в том числе и XFP поддерживают функцию «горячей замены». Эта функция позволяет устанавливать трансивер в порт работающего коммутатора или извлекать, без необходимости предварительно выключать сетевое оборудование.

Для установки XFP модуля в соответствующий слот:

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.

Через несколько секунд после инсталляции (не более 10 секунд) XFP модуль инициализируется сетевым 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/ам модуля.

Важно помнить, что оптические разъёмы трансиверов очень чувствительны к внутреннему загрязнению, так как из-за загрязнения оптических портов могут ухудшаться приемо-передающие характеристики модуля.

В исключительных случаях загрязнение оптических портов может повлечь за собой выход из строя трансивера. В связи с этим, рекомендуем снимать заглушку оптического разъёма только непосредственно перед подключением. Это позволит минимизировать возможное попадание пыли внутрь оптического разъёма трансивера.

Для извлечения XFP модуля из XFP-порта:

1. Отключить оптические патч-корды от извлекаемого трансивера;
2. Потянуть рычаг выталкивателя вниз;
3. Аккуратно вытягивать извлекаемый модуль «на себя»;
4. После извлечения из порта 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

Трансиверы форм-фактор XFP, оснащены системой DDM (Digital Diagnostic Monitoring). Система цифрового мониторинга позволяет в реальном времени получать значения рабочих значений:

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

Кроме текущих значений, при помощи функции DDM отображаются так же и 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 исходящей мощности сигнала Tx – данный параметр указывает оптическую мощность, излучаемую в данный момент лазером – передатчиком. В том случае, если значение этого параметра опускается ниже порогового, это означает неисправность или полный выход из строя оптического передатчика.
2. Уровень принимаемой мощности сигнала Rx – параметр, отображает текущее значение принимаемого приёмником оптического сигнала. Если значение ниже заявленного порога чувствительности приёмника, в передаваемой информации начнут возникать ошибки. Чем ниже уровень принимаемого сигнала, тем больше ошибок в принимаемом сигнале. 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 XFP колеблется в диапазоне 3,13-3,45 В.
4. Ток смещения BIAS – параметр, указывающий на силу тока, подаваемую на передатчик модуля. С помощью данного параметра можно определить корректность работы лазера. Если значения тока смещения близки 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 XFP модулями

При эксплуатации XFP трансиверов могут возникать различные сложности и неисправности. Ниже мы постараемся рассмотреть наиболее часто встречающиеся неполадки.

В ходе эксплуатации XFP модулей может возникнуть ситуация, что лазер установленного трансивера «не светит». Это может происходить из-за того, что на лазер не подаётся напряжение, или из-за того, что подаваемый лазером сигнал обладает недостаточной мощностью. Это может происходить по нескольким причинам:

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

Проверить чистоту оптического порта можно при помощи специального микроскопа для оптических разъемов и коннекторов. На данный момент на рынке присутствует два типа микроскопов: оптический и электронный. Наиболее удобным и эффективным инструментом для осмотра оптических портов и коннекторов на сегодняшний момент являются электронные микроскопы, они производятся как в портативном варианте, так и в стационарном.

Если в ходе осмотра порта установлено, что порт загрязнен, и оптический сигнал аттенюируется загрязнением, необходимо произвести очистку при помощи специальных чистящих устройств: One-Click-Cleaner или без ворсовых палочек. Если проверить состояние порта «Tx» нечем, то необходимо произвести превентивную чистку оптического порта XFP модуля. Использование в ходе очистки порта спирта или спиртосодержащих смесей не рекомендуется, так как это может повредить оптические компоненты трансивера.

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.). Так же должна стоять отметка, указывающая на активность порта. Если порт не активен, его необходимо перевести в активное состояние. Если же система не инициализировала XFP, 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 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 подключения модулей;
• Проверить согласованы ли скорости передачи и протоколы в коммутируемых портах;
• Проверить показания DDM на обоих трансиверах и сравнить их с пороговыми значениями;
• Проверить корректность работы оптической системы (оптических усилителей, мультиплексоров, компенсаторов хроматической дисперсии).

Важно отметить, что стандарт SFF-8432, как и INF-8077 допускают погрешность при измерении параметров. Для уровней Tx и Rx точность измерения составляет ±3 дБ. На практике фактическая точность измерения гораздо лучше, но необходимо учитывать этот нюанс при эксплуатации. При диагностике неисправностей следует перепроверять показания DDM измерителем мощности.

Достаточно часто встречаются неисправности приёмников XFP модулей высокой дальности (более 40 км). В таких модулях установлен APD приёмник, который очень чувствителен к высокой мощности подаваемых на него сигналов. APD приёмник легко вывести из строя просто прямым подключением – соединить передатчик с приёмником без внесения в кроссировку 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 APD 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.