【E课堂】光纤、光模块和光接口常用知识

　　以太网交换机常用的光模块有SFP，GBIC，XFP，XENPAK。

　　它们的英文全称：

　　SFP：Small Form-factor Pluggabletransceiver ，小封装可插拔收发器

　　GBIC：GigaBit Interface Converter，千兆以太网接口转换器

　　XFP： 10-Gigabit small Form-factorPluggable transceiver 万兆以太网接口

　　小封装可插拔收发器

　　XENPAK： 10 Gigabit EtherNet TransceiverPAcKage万兆以太网接口收发器集合封装

　　光纤连接器

　　光纤连接器由光纤和光纤两端的插头组成，插头由插针和外围的锁紧结构组成。根据不同的锁紧机制，光纤连接器可以分为FC型、SC型、LC型、ST型和KTRJ型。

　　FC连接器采用螺纹锁紧机构，是发明较早、使用最多的一种光纤活动连接器。

　　SC是一种矩形的接头，由NTT研制，不用螺纹连接，可直接插拔，与FC连接器相比具有操作空间小，使用方便。低端以太网产品非常常见。

　　LC是由LUCENT开发的一种Mini型的SC连接器，具有更小的体积，已广泛在系统中使用，是今后光纤活动连接器发展的一个方向。低端以太网产品非常常见。

　　ST连接器是由AT&T公司开发的，用卡口式锁紧机构，主要参数指标与FC和SC连接器相当，但在公司应用并不普遍，通常都用在多模器件连接，与其它厂家设备对接时使用较多。

　　KTRJ的插针是塑料的，通过钢针定位，随着插拔次数的增加，各配合面会发生磨损，长期稳定性不如陶瓷插针连接器。

　　光纤知识

　　光纤是传输光波的导体。光纤从光传输的模式来分可分为单模光纤和多模光纤。

　　在单模光纤中光传输只有一种基模模式，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式射散使得单模光纤的传输频带很宽因而适用与高速，长距离的光纤通迅。

　　在多模光纤中光传输有多个模式，由于色散或像差，这种光纤的传输性能较差，频带窄，传输速率较小，距离较短。

　　光纤的特性参数

　　光纤的结构预制的石英光纤棒拉制而成，通信用的多模光纤和单模光纤的外径都为125μm。

　　纤体分为两个区域：纤芯(Core)和包层(Cladding layer)。单模光纤纤芯直径为8～10μm，多模光纤纤芯径有两种标准规格，芯径分别为62.5μm(美国标准)和50μm(欧洲标准)。

　　接口光纤规格有这样的描述：62.5μm/125μm多模光纤，其中62.5μm就是指光纤的芯径，125μm就是指光纤的外径。

　　单模光纤使用的光波长为1310nm或1550 nm。

　　多模光纤使用的光波长多为850 nm。

　　从颜色上可以区分单模光纤和多模光纤。单模光纤外体为黄色，多模光纤外体为橘红色。

　　千兆光口

　　千兆光口可以工作在强制和自协商两种模式。802.3规范中千兆光口只支持1000M速率，支持全双工(Full)和半双工(Half)两种双工模式。

　　自协商和强制最根本的区别就是两者再建立物理链路时发送的码流不同，自协商模式发送的是/C/码，也就是配置(Configuration)码流，而强制模式发送的是/I/码，也就是idle码流。

　　千兆光口自协商过程

　　一、两端都设置为自协商模式

　　双方互相发送/C/码流，如果连续接收到3个相同的/C/码且接收到的码流和本端工作方式相匹配，则返回给对方一个带有Ack应答的/C/码，对端接收到Ack信息后，认为两者可以互通，设置端口为UP状态。

　　二、一端设置为自协商，一端设置为强制

　　自协商端发送/C/码流，强制端发送/I/码流，强制端无法给对端提供本端的协商信息，也无法给对端返回Ack应答，故自协商端DOWN。但是强制端本身可以识别/C/码，认为对端是与自己相匹配的端口，所以直接设置本端端口为UP状态。

　　三、两端均设置为强制模式

　　双方互相发送/I/码流，一端接收到/I/码流后，认为对端是与自己相匹配的端口，直接设置本端端口为UP状态。

　　光纤是如何工作的?

　　通讯用光纤由外覆塑料保护层的细如毛发的玻璃丝组成。玻璃丝实质上由两部分组成：核心直径为9到62.5μm，外覆直径为125μm的低折射率的玻璃材料。 虽然按所用的材料及不同的尺寸而分还有一些其它种类的光纤，但这里提到的是最常见的那几种。光在光纤的芯层部分以“全内反射”方式进行传输，也就是指光线 进入光纤的一端后，在芯层和包层界面之间来回反射，进而传输到光纤另一端。芯径为62.5μm，包层外径为125μm的光纤称为62.5/125μm 光。

　　多模和单模光纤的区别?

　　多模：

　　可以传播数百到上千个模式的光纤，称为多模(MM)光纤。根据折射率在纤芯和包层的径向分布情况，又可分为阶跃多模光纤和渐变多模光纤。几乎所有的多模光纤尺寸均为50/125μm或62.5/125μm，并且带宽(光纤的信息传输量)通常为200MHz到2GHz。多模光端机通过多模光纤可进行长达5公里的传输。以发光二极管或激光器为光源。

　　单模：

　　只能传播一个模式的光纤称为单模光纤。标准单模(SM)光纤折射率分布和阶跃型光纤相似，只是纤芯直径比多模光纤小得多。

　　单模光纤的尺寸为9-10/125μm，并且较之多模光纤具有无限量带宽和更低损耗的特性。而单模光端机多用于长距离传输，有时可达到150至200公里。采用LD或光谱线较窄的LED作为光源。

　　区别与联系：

　　单模设备通常既可在单模光纤上运行，亦可在多模光纤上运行，而多模设备只限于在多模光纤上运行。

　　使用光缆时传输损耗如何?

　　这取决于传输光的波长以及所使用光纤的种类。

　　850nm波长用于多模光纤时： 3.0分贝/公里

　　1310nm波长用于多模光纤时： 1.0分贝/公里

　　1310nm波长用于单模光纤时： 0.4分贝/公里

　　1550nm波长用于单模光纤时： 0.2分贝/公里

　　何为GBIC?

　　GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的缩写，是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件。GBIC设计上可以为热插拔使用。GBIC是一种符合国际标准的可互换产品。采用 GBIC接口设计的千兆位交换机由于互换灵活，在市场上占有较大的市场分额。

　　何为SFP?

　　SFP是SMALL FORM PLUGGABLE的缩写，可以简单的理解为GBIC的升级版本。SFP模块体积比GBIC模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。SFP模块的其他功能基本和GBIC一致。有些交换机厂商称SFP模块为小型化GBIC(MINI-GBIC)。

　　未来的光模块必须支持热插拔，即无需切断电源，模块即可以与设备连接或断开，由于光模块是热插拔式的，网络管理人员无需关闭网络就可升级和扩展系统，对在线用户不会造成什么影响。热插拔性也简化了总的维护工作，并使得最终用户能够更好地管理他们的收发模块。同时，由于这种热交换性能，该模块可使网络管理人员能够根据网络升级要求，对收发成本、链路距离以及所有的网络拓扑进行总体规划，而无需对系统板进行全部替换。支持这热插拔的光模块目前有GBIC和SFP，由于SFP与SFF的外型大小差不多，它可以直接插在电路板上，在封装上较省空间与时间，且应用面相当广，因此，其未来发展很值得期待，甚至有可能威胁到SFF的市场。

　　何为SFF?

　　SFF(Small Form Factor)小封装光模块采用了先进的精密光学及电路集成工艺，尺寸只有普通双工SC(1X9)型光纤收发模块的一半，在同样空间可以增加一倍的光端口数，可以增加线路端口密度，降低每端口的系统成本。又由于SFF小封装模块采用了与铜线网络类似的KT-RJ接口，大小与常见的电脑网络铜线接口相同，有利于现有以铜缆为主的网络设备过渡到更高速率的光纤网络以满足网络带宽需求的急剧增长。

　　网络连接设备接口类型

　　BNC接口

　　BNC接口是指同轴电缆接口，BNC接口用于75欧同轴电缆连接用，提供收(RX)、发(TX)两个通道，它用于非平衡信号的连接。

　　光纤接口

　　光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。通常有SC、ST、LC、FC等几种类型。对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型，另一端FC连的是光纤步线架。FC是FerruleConnector的缩写，其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。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接口是以太网最为常用的接口，RJ-45是一个常用名称，指的是由IEC(60)603-7标准化，使用由国际性的接插件标准定义的8个位置(8针)的模块化插孔或者插头。

　　RS-232接口

　　RS-232-C接口(又称 EIA RS-232-C)是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。

　　RJ-11接口

　　RJ-11接口就是我们平时所说的电话线接口。RJ-11是用于西部电子公司(Western Electric)开发的接插件的通用名称。其外形定义为6针的连接器件。原名为WExW，这里的x表示“活性”，触点或者打线针。例如， WE6W 有全部6个触点，编号1到6， WE4W 界面只使用4针，最外面的两个触点(1和6) 不用，WE2W 只使用中间两针(即电话线接口用)。

　　CWDM 与 DWDM

　　随着Internet的IP数据业务高速增长，造成对传输线路带宽的需求不断加大。虽然DWDM(密集波分复用)技术作为最有效的解决线路带宽扩容的方法，但是CWDM (粗波分复用) 技术比DWDM在系统成本、可维护性等方面具有优势。

　　CWDM与DWDM皆属于波分复用技术，都可以将不同波长的光偶合到单芯光纤中去，一起传输。

　　CWDM的ITU最新标准为G.695，规定了从1271nm到1611nm之间间隔为20nm的18个波长通道，考虑到普通G.652光纤的水峰影响，一般使用16个通道。因为通道间隔大所以，合分波器件以及激光器都比DWDM器件便宜。

　　DWDM的通道间隔根据需要有0.4nm，0.8nm，1.6nm等不同间隔，间隔较小、需要额外的波长控制器件，所以基于DWDM技术的设备较之基于CWDM技术的设备价格高。

　　PIN光电二极管是在掺杂浓度很高的P型、N型半导体之间，加一层轻掺杂的N型材料，称为I(Intrinsic，本征的)层。由于是轻掺杂，电子浓度很低，经扩散后形成一个很宽的耗尽层，这样可以提高其响应速度和转换效率。

　　APD雪崩光电二极管，它不但具有光/电转换作用，而且具有内部放大作用，其放大作用是靠管子内部的雪崩倍增效应完成的。APD是有增益的光电二极管，在光接收机灵敏度要求较高的场合，采用APD有利于延长系统的传输距离。