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Documento riassuntivo sui moduli ottici Cisco a 10GbE

10 Gigabit Ethernet

La tecnologia a 10GbE, precedentemente considerata singolare e di fascia alta, oggi è la più diffusa e ampiamente impiegata sia nei data center sia negli ambienti dei campus.  Tale tecnologia ha comunque subito un processo di sviluppo piuttosto lungo per arrivare al livello attuale e con molti moduli e piattaforme a 10GbE di versioni precedenti ancora in uso, vi sono numerosi tipi di moduli ottici diversi ancora installati su piattaforme di produzione sia legacy sia attuali.

Tipi di moduli

Tipi di moduli

10 GIG Optics Module Types

Da sinistra a destra:

XENPAK - il modulo ottico originale a 10GbE collegabile. Dotato di connettori SC

X2 - il successore di XENPAK. Il modulo ottico X2 ha registrato un uso limitato sul mercato; Cisco è stato l’unico utente principale dei prodotti basati su X2.  Dotato di connettori SC

XFP - il primo modulo ottico a 10GbE in formato compatto.  I moduli ottici XFP sono stati principalmente adottati per i router e sono tuttora presenti quasi esclusivamente in tali prodotti.  Dotato di connettori LC

SFP+ - un modulo ottico a 10GbE con lo stesso fattore di forma fisico di uno SFP gigabit. Per questo motivo, molti piccoli switch 10GbE basati su SFP+ usano porte 1G/10G, offrendo un maggior livello di flessibilità. I moduli ottici SFP+ sono diventati di gran lunga quelli più diffusi tra i prodotti con capacità 10 gigabit.  Dotato di connettori LC

Nell’ambito di questi fattori di forma vi sono numerosi tipi di moduli ottici e specifiche elettriche; l’unico requisito è la corrispondenza del tipo di modulo ottico. È assolutamente corretto collegare un modulo X2 a uno SFP o un modulo XENPAK a uno SFP+, oppure adottare qualunque altra combinazione.

Standard ottici

Collegamenti elettrici/Rame

10GBase-CX1/10GBase-CU
10GBase-CX1, chiamato anche DAC (direct attach cable), è il cavo standard SFP+ in rame. Lo standard prevede una distanza massima di 10 metri, sebbene attualmente Cisco offra solo lunghezze fino a un massimo di 5 m. Si tratta in realtà di un cavo con terminali SFP+, non di un modulo con un cavo separato.

10GBase-CX1-SFP_cable
Cisco 10GBase-CX1-SFP+ cable

Il cavo è stabilmente integrato nei terminali SFP+. Per questo motivo, entrambi i dispositivi devono essere dotati di porte SFP+. Mentre i cavi sono in parte scomodi da utilizzare a causa di questa integrazione, i moduli CX1 sono usati per il loro costo molto basso ($150-$200 per cavo), un assorbimento di corrente estremamente basso (0,25 W per cavo) e una latenza trascurabile.  Per queste caratteristiche, i DAC sono usati principalmente per la connettività tra server e switch top-of-rack, o per l’interconnessione tra dispositivi nello stesso rack.

10GBase-T/NBase-T
Uno dei principali obiettivi per la tecnologia 10GbE era sviluppare uno standard di connettività adatto per l’utilizzo con cablaggi Ethernet standard e terminali RJ45.  Lo standard 10GBase-T nacque da questa esigenza e negli ultimi anni i progressi tecnologici hanno consentito l’implementazione delle interfacce 10GBase-T con una densità pari ai prodotti basati su SFP+.  Analogamente a 10GBase-CU, la maggior parte delle implementazioni 10GBase-T avviene da server a switch top-of-rack.

Alla fine del 2014, è stata proposta un’estensione dello standard 10GBase-T, denominata NBase-T, e a metà del 2015, gli switch NBase-T sono entrati sul mercato.   NBase-T aggiunge due velocità intermedie, 2,5 e 5 Gbps, alle velocità disponibili supportate.  I fattori trainanti dello standard NBase-T sono rappresentati dalla compatibilità con i cablaggi esistenti Cat5e (massimo 2,5 G) e Cat6 (massimo 5 G) alla distanza massima standard di 100 m pur essendo in grado di supportare velocità di trasmissione dati superiori a 1 Gbps per power user e punti di accesso wireless ad alte prestazioni 802.11ac (e oltre).  

A causa delle richieste di potenza, attualmente non sono disponibili moduli SFP collegabili 10GBase-T o NBase-T; tutti i prodotti presenti sul mercato sono esclusivamente a interfaccia fissa.

Fibra multimodale

10GBase-SR
10GBase-SR è la specifica originale per moduli ottici multimodali, ed è ancora di gran lunga la più diffusa. Dato che usa un singolo gruppo laser a stato solido e a basso costo funzionante a 850 nm, è anche il modulo ottico meno costoso disponibile per una piattaforma 10GbE. Tuttavia, 10GBase-SR è molto sensibile al tipo di fibra. Segue un elenco di specifiche di cavi e di distanze massime con moduli ottici SR.

Dimensione del nucleo (micron)

Larghezza di banda modale (MHz*km)

Distanza massima

Note

62,5

160

26 m

Questa è la fibra multimodale standard.

62,5

200

33 m

 

50

400

66 m

 

50

500

82 m

 

50

2000

300 m

Noto anche come: OM3 o fibra ottimizzata a 10GbE

 

A causa di questi limiti di distanza, è fortemente consigliato utilizzare fibra di grado OM3 o superiore per ogni nuova implementazione di fibra multimodale per garantire che le implementazioni 10GbE non presentino problemi dovuti alla distanza.

10GBase-LRM
Per le implementazioni in cui sono impiegate lunghezze maggiori di fibra multimodale tradizionale a 62,5 micron, non aggiornabili, è stato sviluppato lo standard 10GBase-LRM.  Viene utilizzato un singolo laser funzionante a 1310 nm unitamente a un cavo speciale mode-conditioning per ottenere una distanza massima di 220 m su fibra da 62,5 micron.

Fibra monomodale

10GBase-LR
10GBase-LR può coprire fino a 10 km con fibra monomodale. Inoltre, non esiste una distanza minima per LR, quindi è adatta anche per brevi connessioni su fibra monomodale.

10GBase-ER
10GBase-ER può coprire fino a 40 km con fibra monomodale. A causa della potenza del laser, è richiesta un’attenuazione per collegamenti di lunghezza inferiore a 20 km.

10GBase-ZR
I moduli ottici ZR possono coprire fino a 80 km con fibra monomodale. A causa dell’elevatissima potenza di trasmissione, è necessaria una significativa attenuazione per collegamenti più brevi. L’uso di moduli ottici ZR deve essere preceduto da un test sulla potenza ottica del tratto di fibra in questione per garantire un’implementazione senza problemi. È interessante notare che 10GBase-ZR in realtà non è uno standard IEEE, sebbene la maggior parte dei fornitori offra un’opzione ZR.

10G su DWDM
Grazie alla tecnologia 10GbE, è possibile ottenere moduli ottici che emettono lunghezze d’onda DWDM, consentendo implementazioni DWDM molto più semplici; con questi moduli ottici inoltre non è richiesto hardware aggiuntivo per i transponder. Le attuali innovazioni nei moduli ottici 10GbE/DWDM includono una completa capacità di regolazione su banda C per facilitare la gestione di pezzi di ricambio, ordini e fornitura di canali DWDM, oltre a funzionalità quali la correzione FEC (forward error correction) e il supporto OTN/G.709 integrato direttamente nel modulo ottico.

40 e 100 Gigabit Ethernet

QSFP 28
Il modulo QSFP 28 utilizza lo stesso fattore di forma fisico dei moduli ottici QSFP+ per 40GbE, ma supporta 4 canali da 25 Gbps, consentendo una velocità di trasmissione totale di 100 Gbps.  QSFP 28 sta rapidamente diventando lo standard per 100GbE su fibra multimodale, in quanto il formato compatto consente un’elevata densità delle porte come richiesto dagli switch per data center, mentre l’uso di gruppi ottici a 4 canali consente l'aggiornamento di sistemi da 40GBase-SR4 a 100GbE senza dover aggiornare l’impianto fisico.

Uno sguardo al futuro - 25 e 50 Gigabit Ethernet

Negli ambienti di data center ad alte prestazioni, la necessità di performance di rete a livello di server sta già superando la connettività 10GbE, soprattutto quando vengono aggiunte nuove tecnologie come lo storage basato su oggetti e le SAN virtuali.  Per risolvere questo problema, sono stati creati standard a 25 e 50 gigabit, che si stanno affacciando sul mercato.  Questi standard utilizzano le stesse tecnologie di base sviluppate originariamente per gli standard 100GBase-SR4 e LR4.  Una connessione a 25GbE usa un solo canale a 25 Gbps, mentre una connessione a 50GbE utilizza due canali da 25 Gbps.  Le implementazioni iniziali a 25 e 50GbE impiegano un modulo ottico QSFP 28 con cavi breakout; per 25GbE, si tratta degli stessi cavi usati per convertire l’interfaccia a 40GbE in 4x 10GbE.  Alla fine, lo standard 25GbE sarà disponibile in un fattore di forma SFP+, mentre lo standard 50GbE manterrà il fattore di forma QSFP.