一、光模块概述

1、了解光模块

1）光模块概述

光纤通信目前已经是现代通信的主要传输方式。光纤通信广泛应用于运营商、数据中心以及家庭网络。家庭网络采用的宽带接入技术也包含了光纤通信技术，例如FTTB（光纤直通楼宇）、FTTH（光纤直通家庭）、FTTR（光纤直通房间）。光纤通信通常依赖收发设备、光纤以及光模块，光模块一般是指光收发一体模块，英文名Optical Modules，光模块是光纤通信中的重要组成部分。

光模块和光纤收发器并不是同一种实体，光模块是一种无法独立使用的无源设备，而光纤收发器是一种可以独立使用的有源设备。

光模块主要工作在物理层，其主要功能就是执行光电转换，就是将光信号和电信号相互转换。光模块主要包含TOSA（即光发射组件）、ROSA（即光接收组件）、光纤接口、功能电路等。各组件的主要功能如下：

  • TOSA：通过激光器/发光二极管发射调制光信号；

  • ROSA：通过光探测器对光信号进行转换，转成电信号并输出；

  • 光纤接口：提供连接光纤的接口插槽；

2）光模块增强特性

为了更好的了解光模块的状态，供应商往往会提供一些高级功能，实时监控光模块各项参数。

  • DDM（数字诊断监控）：用于网元实时监控光模块的各种指标状态，例如电源电压、温度、收光功率、发光功率等。

  • DOM（数字光学监控）：基于DDM，提供了更多的诊断数据。

思科ASR9K通常可以使用"show controllers te0/10/0/4 phy" 查看DDM所展示的信息。

华为交换机通常可以使用"display transceiver interface G1/0/0 verbose" 查看DDM所展示的信息。

除了常规使用的光模块，还有一种基于WDM双向传输技术的光模块。BiDi是基于WDM双向传输的一种技术，能够实现一根光纤双向传输光信号（单纤双向）。采用BiDi技术的光模块就叫做BiDi光模块。常规光模块采用双纤双向数据传输方式，即互联光纤通常是一对，收发采用的波长都是相同的。BiDi光模块通过WDM将不同波长的数据进行整合和剥离，以下是BiDi光模块运作原理：发送数据通过某个发射波长的TOSA到达双工器经过光纤传输至对端BiDi光模块，数据抵达双工器根据波长被剥离到ROSA。

BiDi光模块需要成对使用，线路两端都必须是BiDi。BiDi光模块互联线路仅需要一根光纤，普通光模块互联线路需要一对光纤。通过协商匹配两端BiDi光模块的收发期望波长，实现数据的双向传输。例如BiDi-A发射波长为1310nm，接收波长为1550nm，那么BiDi-B发射波长就需要是1550nm，接收波长为1310nm。BiDi光模块价格普遍高于常规光模块。

2、光模块分类

1）单模&多模光模块

光模块的主要类别通常分为单模光模块（Single-Mode,SM）和多模光模块（Multi-Mode ,MM）。通常根据模块的波长、传输距离、光纤类型、光源这四个因素进行区分：

  • 不同类型的模块工作波长不同：SM的工作波长为1310nm和1550nm，MM的工作波长为850nm。

  • 模块的传输距离决定了模块的应用范围：SM的传输距离为（80KM）150~200 KM，MM的传输距离为2 KM以内。因此单模模块适用远距离传输数据，多用于城域网。多模模块适用近距离传输数据，多用于数据中心。

  • 按照光模块在光纤中的传输模式，所采用的光纤也不同。SM采用单模光纤（Single-Mode Fiber，SMF），纤芯直径为9/125μm。MM采用多模光纤（Multi-Mode Fiber，MMF），纤芯直径为50/125μm或62.5/125μm。

  • SM和MM的发光源不同。SM发光源通常为LD或者LED，MM发光源通常为发光二极管或激光器。

SM可以采用SMF直接互联，也可以采用MMF直接互联；但是MM只能采用MMF直接互联。

2）光模块封装&速率

区分完SM和MM后，可以根据光模块的封装和传输速率进一步细分。为了满足多种传输速率的需求，产生了不同传输速率的光模块。例如数据中心中常见的1GE、10GE、25GE、40GE、100GE光模块。为了实现某些传输速率，采用的技术是不同的，包括物理特性以及光学特性，因此也诞生不同的封装标准。例如数据中心中常见的SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28、SFP-DD、QSFP-DD等。

SFP常用于传输速率为1或1.25G模块封装。

1G多模模块

SFP+常用于传输速率为10G模块封装。

10G多模模块

SFP28常用于传输速率为25G模块封装。

25G多模模块

QSFP+常用于传输速率为40G模块封装。

40G多模模块

QSFP28常用于传输速率为100G模块封装。

100G多模模块

100G-BiDi多模模块

QSFP-DD常用于传输速率为200/400/800G模块封装。

400G多模模块

800G多模模块

3）光模块接口类型

接口类型即光模块概述中提到的光纤接口，光纤根据不同市场的需求也定义出了很多接口类型，因此光模块接口类型和光纤接口类型需要保持一致，否则无法连接。例如数据中心中常见的40GE光模块就是分LC和MTP/MPO接口类型：

  • LC：需要和LC光纤跳线配合使用，最大传输距离可达40KM。

  • MTP/MPO：MTP是MPO的升级版叫法；需要和MTP/MPO光纤跳线配合使用，最大传输距离可达400M。

根据低阶设计需求来决定使用何种光模块以及跳线。例如某客户8851同下行防火墙互联采用10Gbps，由于8851采购的都是40GBASE-SR4（IFType=MPO），因此需要采用MTP/MPO光纤跳线（已经考虑互联不超过100M），连接方式如图1。

客户仍然可以采用另一种方式。通过QSFP+到SFP+的转换模块，通常这种模块以CVR-QSFP-SFP10G命名。CVR-QSFP-SFP10G和SFP10G之间互联就可以采用接口类型为LC的光纤跳线了。

BiDi光模块也采用了两种接口类型。分别是BiDi单纤双向光模块和BiDi双纤双向光模块。

  • BiDi单纤双向光模块：仅有一个端口，常常采用LC单工单模光纤跳线互联。

  • BiDi双纤双向光模块：同常规模块类似拥有两个端口，常常采用LC双工多模光纤跳线互联。

BiDi单纤双向光模块

BiDi双纤双向光模块

3、光通信标准化组织&模块命名

1）光通信标准化组织

任何行业的快速发展离不开标准化组织，这点在计算机领域尤为重要。光通信标准化组织主要有大名鼎鼎的IEEE（即电气和电子工程师协会）以及MSA（多源协议），相比较而言MSA是一种供应商之间的规范。标准的制定增强了不同厂商之间的互操作性。

2）模块命名

标准化组织通常会规定光模块的各类物理特性。这些物理特性包括模块的尺寸大小、传输速率、兼容性能力、波长、模块颜色、传输线缆、封装类型、激光器类型等做出具体而明确的规定。标准化组织之间的命名格式有所不同：

  • IEEE规定光模块标准命名以XGBASE开头，例如100GBASE-SR10、10GBASE-SR10等。

  • MSA规定光模块标注命名包含PSM4和CWDM4，例如100G PSM4、100G CWDM4等。

IEEE命名格式：xGBASE-yRz

  • x：速率；

  • y：传输距离代码；

  • z：通道数；

例如100GBASE-LR4，表示100G传输速率，10KM有效传输距离，4通道组成100G，每个通道25G。

二、光模块兼容性

现网中会出现第三方光模块插入到某个品牌的交换机或路由器中无法被读取和使用，这就是光模块的兼容性。第三方模块生产厂商需要对模块进行兼容性测试，通常测试报告可以从生产厂商处获取。例如思科设备可以支持第三方模块，但是需要激活特性：

思科设备支持第三方模块特性：

Cisco(config)# service unsupported-transceiver

该特性全局生效！