【E課堂】光纖、光模塊和光接口常用知識

　　以太網(wǎng)交換機(jī)常用的光模塊有SFP，GBIC，XFP，XENPAK。

　　它們的英文全稱：

　　SFP：Small Form-factor Pluggabletransceiver ，小封裝可插拔收發(fā)器

　　GBIC：GigaBit Interface Converter，千兆以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換器

　　XFP： 10-Gigabit small Form-factorPluggable transceiver 萬兆以太網(wǎng)接口

　　小封裝可插拔收發(fā)器

　　XENPAK： 10 Gigabit EtherNet TransceiverPAcKage萬兆以太網(wǎng)接口收發(fā)器集合封裝

　　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(jié)構(gòu)組成。根據(jù)不同的鎖緊機(jī)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(jī)構(gòu)，是發(fā)明較早、使用最多的一種光纖活動連接器。

　　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(wǎng)產(chǎn)品非常常見。

　　LC是由LUCENT開發(fā)的一種Mini型的SC連接器，具有更小的體積，已廣泛在系統(tǒng)中使用，是今后光纖活動連接器發(fā)展的一個方向。低端以太網(wǎng)產(chǎn)品非常常見。

　　ST連接器是由AT&T公司開發(fā)的，用卡口式鎖緊機(jī)構(gòu)，主要參數(shù)指標(biāo)與FC和SC連接器相當(dāng)，但在公司應(yīng)用并不普遍，通常都用在多模器件連接，與其它廠家設(shè)備對接時(shí)使用較多。

　　KTRJ的插針是塑料的，通過鋼針定位，隨著插拔次數(shù)的增加，各配合面會發(fā)生磨損，長期穩(wěn)定性不如陶瓷插針連接器。

　　光纖知識

　　光纖是傳輸光波的導(dǎo)體。光纖從光傳輸?shù)哪Ｊ絹矸挚煞譃閱文９饫w和多模光纖。

　　在單模光纖中光傳輸只有一種基模模式，也就是說光線只沿光纖的內(nèi)芯進(jìn)行傳輸。由于完全避免了模式射散使得單模光纖的傳輸頻帶很寬因而適用與高速，長距離的光纖通迅。

　　在多模光纖中光傳輸有多個模式，由于色散或像差，這種光纖的傳輸性能較差，頻帶窄，傳輸速率較小，距離較短。

　　光纖的特性參數(shù)

　　光纖的結(jié)構(gòu)預(yù)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(qū)域：纖芯(Core)和包層(Cladding layer)。單模光纖纖芯直徑為8～10μm，多模光纖纖芯徑有兩種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，芯徑分別為62.5μm(美國標(biāo)準(zhǔn))和50μm(歐洲標(biāo)準(zhǔn))。

　　接口光纖規(guī)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1310nm或1550 nm。

　　多模光纖使用的光波長多為850 nm。

　　從顏色上可以區(qū)分單模光纖和多模光纖。單模光纖外體為黃色，多模光纖外體為橘紅色。

　　千兆光口

　　千兆光口可以工作在強(qiáng)制和自協(xié)商兩種模式。802.3規(guī)范中千兆光口只支持1000M速率，支持全雙工(Full)和半雙工(Half)兩種雙工模式。

　　自協(xié)商和強(qiáng)制最根本的區(qū)別就是兩者再建立物理鏈路時(shí)發(fā)送的碼流不同，自協(xié)商模式發(fā)送的是/C/碼，也就是配置(Configuration)碼流，而強(qiáng)制模式發(fā)送的是/I/碼，也就是idle碼流。

　　千兆光口自協(xié)商過程

　　一、兩端都設(shè)置為自協(xié)商模式

　　雙方互相發(fā)送/C/碼流，如果連續(xù)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(yīng)答的/C/碼，對端接收到Ack信息后，認(rèn)為兩者可以互通，設(shè)置端口為UP狀態(tài)。

　　二、一端設(shè)置為自協(xié)商，一端設(shè)置為強(qiáng)制

　　自協(xié)商端發(fā)送/C/碼流，強(qiáng)制端發(fā)送/I/碼流，強(qiáng)制端無法給對端提供本端的協(xié)商信息，也無法給對端返回Ack應(yīng)答，故自協(xié)商端DOWN。但是強(qiáng)制端本身可以識別/C/碼，認(rèn)為對端是與自己相匹配的端口，所以直接設(shè)置本端端口為UP狀態(tài)。

　　三、兩端均設(shè)置為強(qiáng)制模式

　　雙方互相發(fā)送/I/碼流，一端接收到/I/碼流后，認(rèn)為對端是與自己相匹配的端口，直接設(shè)置本端端口為UP狀態(tài)。

　　光纖是如何工作的?

　　通訊用光纖由外覆塑料保護(hù)層的細(xì)如毛發(fā)的玻璃絲組成。玻璃絲實(shí)質(zhì)上由兩部分組成：核心直徑為9到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還有一些其它種類的光纖，但這里提到的是最常見的那幾種。光在光纖的芯層部分以“全內(nèi)反射”方式進(jìn)行傳輸，也就是指光線 進(jìn)入光纖的一端后，在芯層和包層界面之間來回反射，進(jìn)而傳輸?shù)焦饫w另一端。芯徑為62.5μm，包層外徑為125μm的光纖稱為62.5/125μm 光。

　　多模和單模光纖的區(qū)別?

　　多模：

　　可以傳播數(shù)百到上千個模式的光纖，稱為多模(MM)光纖。根據(jù)折射率在纖芯和包層的徑向分布情況，又可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?guī)?光纖的信息傳輸量)通常為200MHz到2GHz。多模光端機(jī)通過多模光纖可進(jìn)行長達(dá)5公里的傳輸。以發(fā)光二極管或激光器為光源。

　　單模：

　　只能傳播一個模式的光纖稱為單模光纖。標(biāo)準(zhǔn)單模(SM)光纖折射率分布和階躍型光纖相似，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(jī)多用于長距離傳輸，有時(shí)可達(dá)到150至200公里。采用LD或光譜線較窄的LED作為光源。

　　區(qū)別與聯(lián)系：

　　單模設(shè)備通常既可在單模光纖上運(yùn)行，亦可在多模光纖上運(yùn)行，而多模設(shè)備只限于在多模光纖上運(yùn)行。

　　使用光纜時(shí)傳輸損耗如何?

　　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(shí)： 3.0分貝/公里

　　1310nm波長用于多模光纖時(shí)： 1.0分貝/公里

　　1310nm波長用于單模光纖時(shí)： 0.4分貝/公里

　　1550nm波長用于單模光纖時(shí)： 0.2分貝/公里

　　何為GBIC?

　　GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的縮寫，是將千兆位電信號轉(zhuǎn)換為光信號的接口器件。GBIC設(shè)計(jì)上可以為熱插拔使用。GBIC是一種符合國際標(biāo)準(zhǔn)的可互換產(chǎn)品。采用 GBIC接口設(shè)計(jì)的千兆位交換機(jī)由于互換靈活，在市場上占有較大的市場分額。

　　何為SFP?

　　SFP是SMALL FORM PLUGGABLE的縮寫，可以簡單的理解為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(shù)量。SFP模塊的其他功能基本和GBIC一致。有些交換機(jī)廠商稱SFP模塊為小型化GBIC(MINI-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(shè)備連接或斷開，由于光模塊是熱插拔式的，網(wǎng)絡(luò)管理人員無需關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)就可升級和擴(kuò)展系統(tǒng)，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(hù)工作，并使得最終用戶能夠更好地管理他們的收發(fā)模塊。同時(shí)，由于這種熱交換性能，該模塊可使網(wǎng)絡(luò)管理人員能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)升級要求，對收發(fā)成本、鏈路距離以及所有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行總體規(guī)劃，而無需對系統(tǒng)板進(jìn)行全部替換。支持這熱插拔的光模塊目前有GBIC和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，在封裝上較省空間與時(shí)間，且應(yīng)用面相當(dāng)廣，因此，其未來發(fā)展很值得期待，甚至有可能威脅到SFF的市場。

　　何為SFF?

　　SFF(Small Form Factor)小封裝光模塊采用了先進(jìn)的精密光學(xué)及電路集成工藝，尺寸只有普通雙工SC(1X9)型光纖收發(fā)模塊的一半，在同樣空間可以增加一倍的光端口數(shù)，可以增加線路端口密度，降低每端口的系統(tǒng)成本。又由于SFF小封裝模塊采用了與銅線網(wǎng)絡(luò)類似的KT-RJ接口，大小與常見的電腦網(wǎng)絡(luò)銅線接口相同，有利于現(xiàn)有以銅纜為主的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備過渡到更高速率的光纖網(wǎng)絡(luò)以滿足網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的急劇增長。

　　網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備接口類型

　　BNC接口

　　BNC接口是指同軸電纜接口，BNC接口用于75歐同軸電纜連接用，提供收(RX)、發(fā)(TX)兩個通道，它用于非平衡信號的連接。

　　光纖接口

　　光纖接口是用來連接光纖線纜的物理接口。通常有SC、ST、LC、FC等幾種類型。對于10Base-F連接來說，連接器通常是ST類型，另一端FC連的是光纖步線架。FC是FerruleConnector的縮寫，其外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。ST接口通常用于10Base-F，SC接口通常用于100Base-FX和GBIC，LC通常用于SFP 。

　　RJ-45接口

　　RJ-45接口是以太網(wǎng)最為常用的接口，RJ-45是一個常用名稱，指的是由IEC(60)603-7標(biāo)準(zhǔn)化，使用由國際性的接插件標(biāo)準(zhǔn)定義的8個位置(8針)的模塊化插孔或者插頭。

　　RS-232接口

　　RS-232-C接口(又稱 EIA RS-232-C)是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。

　　RJ-11接口

　　RJ-11接口就是我們平時(shí)所說的電話線接口。RJ-11是用于西部電子公司(Western Electric)開發(fā)的接插件的通用名稱。其外形定義為6針的連接器件。原名為WExW，這里的x表示“活性”，觸點(diǎn)或者打線針。例如， WE6W 有全部6個觸點(diǎn)，編號1到6， WE4W 界面只使用4針，最外面的兩個觸點(diǎn)(1和6) 不用，WE2W 只使用中間兩針(即電話線接口用)。

　　CWDM 與 DWDM

　　隨著Internet的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高速增長，造成對傳輸線路帶寬的需求不斷加大。雖然DWDM(密集波分復(fù)用)技術(shù)作為最有效的解決線路帶寬擴(kuò)容的方法，但是CWDM (粗波分復(fù)用) 技術(shù)比DWDM在系統(tǒng)成本、可維護(hù)性等方面具有優(yōu)勢。

　　CWDM與DWDM皆屬于波分復(fù)用技術(shù)，都可以將不同波長的光偶合到單芯光纖中去，一起傳輸。

　　CWDM的ITU最新標(biāo)準(zhǔn)為G.695，規(guī)定了從1271nm到1611nm之間間隔為20nm的18個波長通道，考慮到普通G.652光纖的水峰影響，一般使用16個通道。因?yàn)橥ǖ篱g隔大所以，合分波器件以及激光器都比DWDM器件便宜。

　　DWDM的通道間隔根據(jù)需要有0.4nm，0.8nm，1.6nm等不同間隔，間隔較小、需要額外的波長控制器件，所以基于DWDM技術(shù)的設(shè)備較之基于CWDM技術(shù)的設(shè)備價(jià)格高。

　　PIN光電二極管是在摻雜濃度很高的P型、N型半導(dǎo)體之間，加一層輕摻雜的N型材料，稱為I(Intrinsic，本征的)層。由于是輕摻雜，電子濃度很低，經(jīng)擴(kuò)散后形成一個很寬的耗盡層，這樣可以提高其響應(yīng)速度和轉(zhuǎn)換效率。

　　APD雪崩光電二極管，它不但具有光/電轉(zhuǎn)換作用，而且具有內(nèi)部放大作用，其放大作用是靠管子內(nèi)部的雪崩倍增效應(yīng)完成的。APD是有增益的光電二極管，在光接收機(jī)靈敏度要求較高的場合，采用APD有利于延長系統(tǒng)的傳輸距離。