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Guida ai dispositivi ottici 40GbE e 100GbE

Nel giugno 2010, per rispondere all'aumento delle esigenze di larghezza di banda a cui andavano incontro i data center, IEEE ha introdotto lo standard Ethernet 802.3ba, che ha preparato il terreno per l'introduzione delle connessioni Ethernet a 40 Gb/s e 100 Gb/s. A due anni di distanza gli utenti di questa tecnologia sono ancora relativamente isolati, ma continuano ad aumentare via via che sempre più operatori di rete richiedono di poter raggiungere le massime velocità su una singola connessione dati. Nel valutare le prospettive future di una rete, destreggiarsi tra le caratteristiche di tutti i componenti ottici 40GbE e 100GbE può essere complesso. Curvature ha pertanto creato una breve panoramica dei componenti ottici 40GbE e 100GbE attualmente sul mercato, con i relativi form factor, per semplificare la pianificazione delle esigenze future delle reti Ethernet ad alte prestazioni.

Tipi di moduli

QSFP

I componenti ottici con form factor QSFP costituiscono lo strumento principale per fornire connettività 40GbE, e oggi stanno comparendo i primi modelli compatibili con 100GbE. Queste unità presentano connettori MPO per i componenti ottici multimodali, o connettori LC per i componenti ottici a modalità singola.

QSFPhttps://www.curvature.com/sites/default/files/uploads/qsfp_optic_1.png

CFP

I componenti ottici con form factor CFP sono disponibili nelle varianti 40GbE e 100GbE. Queste unità presentano connettori MPO per i componenti ottici multimodali o connettori LC per i componenti ottici a modalità singola.

CFPhttps://www.curvature.com/sites/default/files/cfp.jpg

CFP2

Il form factor CFP2 è un'evoluzione del precedente form factor CFP, ma si avvale di un processo di fabbricazione e componenti ottici più avanzati che riducono le dimensioni del modulo a circa la metà di quelle del form factor CFP originale, permettendo di aumentare la densità dell'interfaccia.

CPAK

CPAK è un form factor proprietario di Cisco, concepito per offrire componenti ottici 100GbE più potenti ed efficienti dal punto di vista dello spazio, rispetto ai moduli CFP o CFP2, soprattutto per i componenti ottici ad ampio raggio come 100GBase-LR4.

Convertitori e cavi di breakout

La maggior parte delle porte 40GbE può essere utilizzata in modalità 4x 10GbE, ciò che semplifica le implementazioni 10GbE/40GbE con supporti misti. Tali porte forniscono anche l'opzione con densità ultra elevata di porte 10GbE (ad esempio, un router Nexus 3016 può essere configurato in modo da presentare un totale di 64 porte 10GbE, superiore al numero delle porte SFP+ che è possibile inserire in 1 RU). Per i sistemi basati su QSFP, questa configurazione può essere ottenuta utilizzando uno speciale cavo a collegamento diretto con un modulo QSFP a un'estremità e quattro SFP+ all'altra, oppure un dispositivo ottico SR4 con un cavo da MPO a 8 slot LC personalizzato. Per i prodotti Cisco che utilizzano componenti 40GbE basati su CFP, come le parti WS-X6904-40G, Cisco offre il convertitore CVR-CFP-4SFP10G, che trasforma lo slot CFP in quattro slot SFP+.

QSFPhttps://www.curvature.com/sites/default/files/qsfp_cable.jpg

https://www.curvature.com/sites/default/files/mpo_cable.jpg

Cavo a collegamento diretto da QSFP a 4 slot SFP+

Cavo da MPO a 8 slot LC

Cavi a collegamento diretto
Come per i componenti ottici 10GbE, sono disponibili cavi in rame a collegamento diretto anche per i componenti ottici 40GbE e 100GbE che richiedono un cablaggio a breve distanza (nello stesso rack).  Sono disponibili cavi passivi con lunghezze standard di 1, 3 e 5 metri. Sono disponibili anche cavi attivi per le distanze superiori.

preventivo
 

Componenti ottici multimodali

Considerazioni sul cablaggio
Gli attuali standard ottici multimodali per i componenti 40GbE e 100GbE prevedono l'utilizzo di più laser da 10 Gbps che trasmettono simultaneamente su più fili in fibra per ottenere velocità dati molto elevate. A causa della loro natura multilinea, i componenti ottici multimodali 40GbE e 100GbE usano un diverso tipo di cablaggio in fibra, noto come MPO o MTP. Un singolo cavo a nastro MPO/MTP contiene 12 fili in fibra ottica multimodali separati. Come nel caso dei componenti ottici 10GbE su fibra multimodale, per coprire le distanze più lunghe (fino a 150 m) è necessario un cavo MMF di livello OM3 o OM4.


Connettore MPO

40GBase-SR4
I componenti ottici 40GBase-SR4 utilizzano un singolo cavo a nastro MPO per la ricetrasmissione, con quattro fili per la trasmissione e quattro per la ricezione. La distanza massima dipende dal tipo di fibra multimodale utilizzato.

 

Lunghezza d'onda (nm)

Tipo di cavo

Dimensione del nucleo (micron)

Lunghezza d'onda modale (MHz*km)

Distanza coperta

40GBase-SR4

850

MMF

50,0
50,0
50,0

2000 (OM3)
4700 (OM4)

30 m
100 m
150 m

preventivo

100GBase-SR10
I componenti ottici 100GBase-SR10 utilizzano un cavo di connettività MPO a 24 fili, con 10 fili per la trasmissione e 10 per la ricezione. Poiché le singole linee utilizzano lo stesso tipo di laser dei cavi 40GBase-SR4, le distanze massime sono identiche, come mostrato nella tabella seguente.

 

Lunghezza d'onda (nm)

Tipo di cavo

Dimensione del nucleo (micron)

Lunghezza d'onda modale (MHz*km)

Distanza coperta

100GBase-SR10

850

MMF

50,0
50,0

2000 (OM3)
4700 (OM4)

100 m
150 m

preventivo

100GBase-SR4

I componenti ottici 100GBase-SR4 utilizzano quattro fibre per la trasmissione e quattro per la ricezione, e ogni linea fornisce una velocità dati di 25 Gbps. Come i cavi 40GBase-SR4, i cavi 100GBase-SR4 utilizzano un cavo MPO a 12 fibre, quattro per la trasmissione e quattro per la ricezione, che permette di riutilizzare i gruppi 40GBase-SR4 in fibra quando sono si richiedono prestazioni superiori. Questo standard di interfaccia è stato introdotto insieme ai moduli QSFP da 100 Gbps, che compariranno a breve sul mercato, al fine di semplificare il più possibile l'aggiornamento da 40GbE a 100GbE.

 

Componenti ottici a modalità singola

40GBase-LR4
I componenti ottici 40GBase-LR4 utilizzano la stessa tecnologia multilinea dei componenti SR4, con una differenza. Anziché utilizzare un filo in fibra per ogni linea, utilizzano la tecnologia WDM con multiplexing delle quattro linee di trasmissione in un singolo filo di fibra e delle quattro linee di ricezione in altro singolo filo di fibra, e in tal modo consentono di riutilizzare l'installazione in fibra a modalità singola eventualmente esistente. Per tale motivo, vengono utilizzate connessioni LC (per i moduli QSFP) o SC (per i moduli CFP) standard, che semplificano l'aggiornamento dalle connessioni a 10 GbE.

 

Potenza di trasmissione (dBm)

Potenza di ricezione (dBm)

Lunghezza d'onda di trasmissione e ricezione (nm)

 

Max.

Min.

Max.

Min.

Distanza coperta

40GBASE-LR4 1310 nm SMF

2,3 per linea

-7 per linea

2,3 per linea

-13,7 per linea

Quattro linee:
1271, 1291, 1311, 1331

10 km

preventivo
 

40GBase-FR
40GBase-FR è una tecnologia a laser singolo particolarmente adatta agli ambienti in cui non è possibile utilizzare componenti ottici multilinea a causa della qualità della fibra o del tipo di dati da inviare. (Per i componenti ottici multilinea vengono utilizzati algoritmi interni di bilanciamento del carico che non sempre funzionano in modo ottimale.) Tuttavia, la distanza risulta piuttosto limitata rispetto ai cavi LR4.

 

Potenza di trasmissione (dBm)

Potenza di ricezione (dBm)

Lunghezza d'onda di trasmissione e ricezione (nm)

 

Max.

Min.

Max.

Min.

Distanza coperta

40GBase-FR

3,0

0,0

3,0

-6,0

Da 1530 a 1565

2km

100GBase-LR4
Come 40GBase-LR4, anche 100GBase-LR4 è uno standard ottico multilinea. In questo caso, tuttavia, la velocità dati delle singole linee viene incrementata a 25 Gbps, per arrivare a una velocità dati complessiva di 100 Gbps.

 

Potenza di trasmissione (dBm)

Potenza di ricezione (dBm)

Lunghezza d'onda di trasmissione e ricezione (nm)

 

Max.

Min.

Max.

Min.

Distanza coperta

100GBase-LR4

4,5 per linea

-4,3 per linea

4,5 per linea

-10,6 per linea

Quattro linee:
1295,6 nm, 1300,1 nm
1304,6nm, 1309,1nm

10km

preventivo