作者：曹世宏

光模塊簡(jiǎn)介

什么是光模塊：

光模塊(Optical Module)作為光纖通信中的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換功能的光電子器件。

準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，光模塊是幾種類別的模塊的統(tǒng)稱，具體包括：光發(fā)送模塊Transmitter、光接收模塊Receiver、光收發(fā)一體模塊Transceiver和光轉(zhuǎn)發(fā)模塊Transponder。通常我們所說(shuō)的光模塊，一般是指光收發(fā)一體模塊（下同）。

工作原理：

光模塊工作在OSI模型的物理層，是光纖通信系統(tǒng)中的核心器件之一。它主要由光電子器件（光發(fā)射器、光接收器）、功能電路和光（電）接口等部分組成，主要作用就是實(shí)現(xiàn)光纖通信中的光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換功能。

圖：光模塊原理圖

基本原理：發(fā)送接口輸入一定碼率的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)芯片處理后由驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器（LD）或者發(fā)光二極管（LED）發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號(hào)，通過(guò)光纖傳輸后，接收接口再把光信號(hào)由光探測(cè)二極管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)前置放大器后輸出相應(yīng)碼率的電信號(hào)。

光模塊關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)

光模塊的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)主要包含：發(fā)送光功率、接收光功率、過(guò)載光功率、接收靈敏度最大值、消光比。

接收光功率：發(fā)送光功率指光模塊在正常工作條件下發(fā)送端光源輸出的光功率，可以理解為光的強(qiáng)度，單位為W或mW或dBm。其中W或mW為線性單位，dBm為對(duì)數(shù)單位。在通信中，我們通常使用dBm來(lái)表示光功率，0dBm的光功率對(duì)應(yīng)1mW。

接收光功率：接收光功率指光模塊在一定的誤碼率（BER=10-12）條件下，接收端組件能接收的平均光功率范圍。上限值為過(guò)載光功率，下限值為接收靈敏度最大值。

過(guò)載光功率： 又稱飽和光功率，指的是在一定的傳輸速率下，維持一定的誤碼率（BER=10-12）時(shí)接收端組件所能接收的最大輸入平均光功率，單位：dBm。

需要注意的是，光探測(cè)器在強(qiáng)光照射下會(huì)出現(xiàn)光電流飽和現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象后，探測(cè)器需要一定的時(shí)間恢復(fù)，此時(shí)接收靈敏度下降，接收到的信號(hào)有可能出現(xiàn)誤判而造成誤碼現(xiàn)象，而且還非常容易損壞接收端探測(cè)器，在使用操作中應(yīng)盡量避免強(qiáng)光照射，防止超出飽和光功率。

接收靈敏度最大值： 接收靈敏度指的是在一定的傳輸速率下，維持一定的誤碼率（BER=10-12）時(shí)接收端組件所能接收的最小平均輸入光功率，單位：dBm。

一般情況下，速率越高接收靈敏度越差，即最小接收光功率越大，對(duì)于光模塊接收端器件的要求也越高。

消光比：消光比（Extinction Ratio，EXT）是用于衡量光模塊質(zhì)量的重要參數(shù)之一。它是指全調(diào)制條件下激光器在發(fā)射全“1”碼時(shí)的光功率P1與全“0”碼時(shí)發(fā)射的光功率P0的比值，單位為dB。消光比反應(yīng)了光信號(hào)“1”電平和“0”電平相對(duì)幅度。光模塊中影響消光比的因素是偏置電流（Bias）與調(diào)制電流（Mod），消光比可看作為EXT=Bias/Mod的值。

消光比的值并非越大光模塊越好，而是消光比滿足IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的光模塊才好。

交換機(jī)上光模塊信息示例：

華為設(shè)備接口光模塊信息：

?

[huawei]?display??interface??100GE??1/0/0??transceiver?verbose??

?100GE1/0/0?transceiver?information:
-------------------------------------------------------------------
?Common?information:
???Transceiver?Type??????????????????????:100GBASE_CWDM4
???Connector?Type????????????????????????:LC
???Wavelength?(nm)???????????????????????:1301
???Transfer?Distance?(m)?????????????????:2000(9um/125um?SMF)
???Digital?Diagnostic?Monitoring?????????:YES
???Vendor?Name???????????????????????????:XXX
???Vendor?Part?Number????????????????????:XXXX
???Ordering?Name?????????????????????????:
-------------------------------------------------------------------
?Manufacture?information:
???Manu.?Serial?Number???????????????????:XXXXX
???Manufacturing?Date????????????????????00
???Vendor?Name???????????????????????????:FINISAR?CORP.
-------------------------------------------------------------------
?Alarm?information:
????Non-Huawei-Ethernet-Switch-Certified?Transceiver
-------------------------------------------------------------------
?Diagnostic?information:?
???Temperature?(Celsius)?????????????????:38.64
???Voltage?(V)???????????????????????????:3.25
???Bias?Current?(mA)?????????????????????:40.23|36.02??(Lane0|Lane1)
??????????????????????????????????????????36.68|36.97??(Lane2|Lane3)
???Bias?High?Threshold?(mA)??????????????:55.00
???Bias?Low?Threshold?(mA)???????????????:25.00
???Current?RX?Power?(dBm)????????????????:-1.05|-1.02??(Lane0|Lane1)??????????????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????0.14|0.01????(Lane2|Lane3)
???Default?RX?Power?High?Threshold?(dBm)?:3.50
???Default?RX?Power?Low?Threshold?(dBm)??:-16.00
???Current?TX?Power?(dBm)????????????????:0.72|-0.14???(Lane0|Lane1)?????????????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????-0.48|0.55???(Lane2|Lane3)
???Default?TX?Power?High?Threshold?(dBm)?:5.50
???Default?TX?Power?Low?Threshold?(dBm)??:-8.00
-------------------------------------------------------------------

?

個(gè)參數(shù)詳細(xì)說(shuō)明：

華三設(shè)備接口光模塊信息：

?

#?查看接口光模塊信息
[H3C]display?transceiver?interface??HundredGigE??6/0/1??
HundredGigE6/0/1?transceiver?information:
??Transceiver?Type??????????????:?100G_CWDM4_FEC_QSFP28
??Connector?Type????????????????:?LC
??Wavelength(nm)????????????????:?1301
??Transfer?Distance(km)?????????:?2(SMF)
??Digital?Diagnostic?Monitoring?:?YES
??Vendor?Name???????????????????:?XXXX
????

#查看接口光模塊診斷信息
[H3C]display?transceiver?diagnosis?interface?HundredGigE?6/0/1?
HundredGigE6/0/1?transceiver?diagnostic?information:
??Current?diagnostic?parameters:
[module]??Temp.(oltage(V)??
??????????31?????????3.31????????
[channel]?Bias(mA)??RX?power(dBm)??TX?power(dBm)??
????1?????39.71?????-0.91??????????-0.72??????????
????2?????36.20?????-0.97??????????-0.39??????????
????3?????36.22?????-0.49??????????0.65???????????
????4?????36.45?????-0.74??????????0.02???????????
??Alarm?thresholds:
??????????Temp.(oltage(V)??Bias(mA)??RX?power(dBm)??TX?power(dBm)??
????High??75?????????3.63????????55.00?????3.50???????????5.50???????????
????Low???-5?????????2.97????????25.00?????-16.00?????????-8.00?

?

銳捷設(shè)備接口光模塊信息：

?

Ruijie#?show?interface?hundredGigabitEthernet??0/49?transceiver
??Transceiver?Type????:??100GBASE-SR4-QSFP28
Connector?Type??????:??MPO
Wavelength(nm)??????:??850
Wavelength?tolerance(nm):??(+/-)10
Transfer?Distance???:?
????50/125?um?OM3?fiber
????????--?70m
????50/125?um?OM4?fiber
????????--?100m
Digital?Diagnostic?Monitoring??:?YES
Vendor?Serial?Number???????????:?XXXX

Current?diagnostic?parameters[C1:Channel-1?C2:Channel-2?C3:Channel-3?C4:Channel-4?AP:Average?Power]:
Temp(Celsius)???Voltage(V)??????Bias(mA)????????????RX?power(dBm)???????TX?power(dBm)
47(OK)??????????3.34(OK)????????7.70(OK)[C1]????????-0.42(OK)[C1/AP]????-1.90(OK)[C1]
????????????????????????????????7.70(OK)[C2]????????-0.19(OK)[C2/AP]????-1.80(OK)[C2]
????????????????????????????????7.70(OK)[C3]????????-0.18(OK)[C3/AP]????-1.90(OK)[C3]
????????????????????????????????7.70(OK)[C4]????????-0.08(OK)[C4/AP]????-2.46(OK)[C4]

Transceiver?current?alarm?information:
None

?

思科設(shè)備接口光模塊信息：

?

Cisco#?show?int?ethernet??1/50?transceiver???details??
Ethernet1/50
????transceiver?is?present
????type?is?QSFP-100G-SR4
????name?is?XXXX
????part?number?is?XXX
????revision?is?1A
????serial?number?is?XXXX
????nominal?bitrate?is?25500?MBit/sec?per?channel
????Link?length?supported?for?50/125um?OM3?fiber?is?70?m
????cisco?id?is?17
????cisco?extended?id?number?is?204

Lane?Number:1?Network?Lane
???????????SFP?Detail?Diagnostics?Information?(internal?calibration)
??----------------------------------------------------------------------------
????????????????Current??????????????Alarms??????????????????Warnings
????????????????Measurement?????High????????Low?????????High??????????Low
??----------------------------------------------------------------------------
??Temperature???45.25?C????????75.00?C?????-5.00?C?????73.00?C???????-3.00?C
??Voltage????????3.24?V?????????3.63?V??????2.97?V??????3.46?V????????3.13?V
??Current????????7.38?mA???????14.99?mA?????3.00?mA????12.99?mA???????4.49?mA
??Tx?Power??????-0.31?dBm???????3.39?dBm??-10.40?dBm????2.39?dBm?????-8.41?dBm
??Rx?Power??????-0.06?dBm???????3.39?dBm??-12.36?dBm????2.39?dBm????-10.31?dBm
??Transmit?Fault?Count?=?0
??----------------------------------------------------------------------------
??Note:?++??high-alarm;?+??high-warning;?--??low-alarm;?-??low-warning

?

光模塊的分類與封裝

按速率分類：

目前常見(jiàn)光模塊種類如下：

400GE光模塊

200GE光模塊

100GE光模塊

40GE光模塊

25GE光模塊

10GE光模塊

GE光模塊

FE光模塊

按封裝類型分類：

傳輸速率越高，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，由此產(chǎn)生了不同的封裝方式。有SFP/eSFP、SFP+、SFP28、QSFP+、CXP、CFP、QSFP28等。

SFP（Small Form-factor Pluggable）光模塊：小型可插拔。SFP光模塊支持LC光纖連接器。

eSFP（Enhanced Small Form-factor Pluggable）光模塊：增強(qiáng)型SFP，指的是帶電壓、溫度、偏置電流、發(fā)送光功率、接收光功率監(jiān)控功能的SFP，當(dāng)前所有的SFP都帶，所以也就把eSFP都統(tǒng)一叫SFP了。

SFP+（Small Form-factor Pluggable Plus）光模塊：指速率提升的SFP模塊，因?yàn)樗俾侍嵘?，所以?duì)EMI敏感，殼子上面的裙片做的多了，配對(duì)的籠子也相對(duì)縮緊了。

XFP（10GB Small Form-factor Pluggable）光模塊：“X”是羅馬數(shù)字10的縮寫(xiě)，所有的XFP模塊都是10GE光模塊。XFP光模塊支持LC光纖連接器。相比SFP+光模塊，XFP光模塊尺寸更寬更長(zhǎng)。

SFP28（Small Form-factor Pluggable 28）光模塊：接口封裝大小與SFP+相同，支持速率為25G的SFP28光模塊和10G的SFP+光模塊。

QSFP+（Quad Small Form-factor Pluggable）光模塊：四通道小型可熱插拔光模塊。QSFP+光模塊支持MPO光纖連接器，相比SFP+光模塊尺寸更大。

CXP（120 Gb/s eXtended-capability Form Factor Pluggable Module）光模塊：是一種可熱插拔的高密并行光模塊標(biāo)準(zhǔn)，在發(fā)送和接收（Tx/Rx）方向各提供12個(gè)通道，僅適用于短距離多模鏈路。

CFP（Centum Form-factor Pluggable）光模塊：長(zhǎng)×寬×高尺寸定義為144.75mm×82mm×13.6mm，是一種高速的可以熱插拔的支持?jǐn)?shù)據(jù)通信和電信傳輸兩大應(yīng)用的新型光模塊標(biāo)準(zhǔn)。

QSFP28（Quad Small Form-factor Pluggable 28）光模塊：接口封裝大小與QSFP+相同，支持速率為100G的QSFP28光模塊和40G的QSFP+光模塊。

按模式分類：

纖分為單模光纖、多模光纖。為了使用不同類別的光纖，產(chǎn)生了單模光模塊、多模光模塊。

單模光模塊與單模光纖配套使用。單模光纖傳輸頻帶寬，傳輸容量大，適用于長(zhǎng)距傳輸。

多模光模塊與多模光纖配套使用。多模光纖有模式色散缺陷，其傳輸性能比單模光纖差，但成本低，適用于較小容量、短距傳輸。

中心波長(zhǎng)指光信號(hào)傳輸所使用的光波段。目前常用的光模塊的中心波長(zhǎng)主要有三種：850nm 波段、1310nm 波段以及 1550nm 波段。

850nm 波段：多用于≤2km 短距離傳輸

1310nm 和 1550nm 波段：多用于中長(zhǎng)距離傳輸，2km 以上的傳輸。

按傳輸距離分類：

根據(jù)光模塊傳輸距離的不同，大體可以分為：

短距離光模塊，一般認(rèn)為2km及以下為短距離。

中距離光模塊，10～20km為中距離。

長(zhǎng)距離光模塊：一般指?jìng)鬏斁嚯x為30Km以上的光模塊。

光模塊的傳輸距離受到限制，主要是因?yàn)楣庑盘?hào)在光纖傳輸時(shí)會(huì)有一定的損耗和色散。

損耗是光在光纖中傳輸時(shí)，由于介質(zhì)的吸收散射以及泄漏導(dǎo)致的光能量損失，這部分能量 隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。

色散的產(chǎn)生主要是因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)速度不等，從而造成光信號(hào) 的不同波長(zhǎng)成分由于傳輸距離的累積而在不同的時(shí)間到達(dá)接收端，導(dǎo)致脈沖展寬，進(jìn)而無(wú) 法分辨信號(hào)值。

其他光模塊：

彩色光模塊：

彩色光模塊與其它類型的光模塊的最大的區(qū)別是中心波長(zhǎng)不同，一般的光模塊的中心波長(zhǎng)有850nm、1310nm和1550nm。彩色光模塊承載了若干不同中心波長(zhǎng)的光。彩色光模塊分為粗集波光模塊（CWDM）和密集波光模塊（DWDM）兩種。在同一波段下，密集波光模塊的種類更多，所以密集波光模塊對(duì)波段的資源利用更充分。中心波長(zhǎng)各異的光在同一根光纖中可以互不干涉的傳輸，因此，通過(guò)無(wú)源合波器將來(lái)自多路彩色光模塊不同中心波長(zhǎng)的光合成一路進(jìn)行傳輸，遠(yuǎn)端則通過(guò)分波器根據(jù)不同的中心波長(zhǎng)將光分出多路，有效的節(jié)省了光纖線路。彩色光模塊主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離的傳輸線路。

使用長(zhǎng)距光模塊，其發(fā)送光功率一般大于過(guò)載光功率，因此需要關(guān)注光纖長(zhǎng)度，保證實(shí)際接收光功率小于過(guò)載光功率。如果光纖長(zhǎng)度較短，使用長(zhǎng)距光模塊時(shí)需要配合光衰使用，注意不能燒壞光模塊。

光電模塊

光電模塊通常稱為電模塊，又叫做光轉(zhuǎn)電模塊、RJ45模塊，與光模塊不同，電模塊不進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。通過(guò)電模塊的轉(zhuǎn)接，可以用網(wǎng)線將兩個(gè)光接口連接起來(lái)。目前華為只提供GE電模塊，接口為RJ45接口，使用5類網(wǎng)線，支持1000BASE-T（IEEE 802.3ab）標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸距離為100m。

光模塊的命名規(guī)則

100G光模塊命名規(guī)則：

100G光模塊的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)組織主要有兩個(gè)，IEEE和MSA，兩者之間互補(bǔ)而又互相借鑒。其中100GBASE開(kāi)頭的標(biāo)準(zhǔn)都是IEEE802.3提出的，命名規(guī)則如下：

圖：光模塊命名規(guī)則

每個(gè)字段具體規(guī)則如下：

第一個(gè)字端：XXX，表示速率，速率標(biāo)準(zhǔn)；100就是指100GE。

m：表示傳輸距離，常見(jiàn)距離有如下幾種：

KR：表示傳輸距離為10cm級(jí)，K即backplane，為背板之間的信號(hào)傳輸距離。

CR：表示傳輸距離為米級(jí)，C即copper，高速線纜連接。

SR：表示傳輸距離為10m級(jí)，S級(jí)short，短距離傳輸，一般為多模光纖。

DR：表示傳輸距離為500m。PSM4是500米傳輸，但是不屬于IEEE的標(biāo)準(zhǔn)體系。

FR：表示傳輸距離為2km。通常是CWDM單模

LR：表示傳輸距離為10km，L即Long。單模光纖

ER：表示傳輸距離為40km，E即Extended。

ZR：表示傳輸距離為80km。

n：表示通道數(shù)量，表示100GE占用的SerDes通道數(shù)量。

4：表示占用4個(gè)SerDes通道，即4*25GE。

10:表示占用的10個(gè)SerDes通道，即10*10GE。

除了以上規(guī)則，一般在后面還會(huì)有封裝類型。

光模塊的演進(jìn)歷程

以太網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了1Mbit/s、10Mbit/s、100Mbit/s（FE）、1Gbit/s(GE)、10Gbit/s（10GE）到40Gbit/s(40GE）、100Gbits(100GE)的迅速變遷，隨著大數(shù)據(jù)、智慧城市、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)流量已經(jīng)呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)。對(duì)帶寬持續(xù)增長(zhǎng)的渴求將需要更高的帶寬速率，光模塊也將快速發(fā)展。

在當(dāng)前主流數(shù)據(jù)中心的物理架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，普遍遵循Spine-Leaf（Clos網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)）架構(gòu)。通常以10GE接口作為接入側(cè)服務(wù)器對(duì)接，Leaf側(cè)上的上行鏈路則普遍采用40GE接口。在大型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心，已經(jīng)普遍使用25G作為主流接入，100G上行鏈路。在需要高計(jì)算，高帶寬的場(chǎng)景中，使用RDMA技術(shù)，GPU服務(wù)器等已經(jīng)使用了100GE，甚至200GE接入的。數(shù)據(jù)中心交換機(jī)互聯(lián)正在向大規(guī)模400GE互聯(lián)演進(jìn)。

Clos網(wǎng)絡(luò)可參考：Clos網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

25GE標(biāo)準(zhǔn)：

25GE標(biāo)準(zhǔn)方案的誕生是在2014年的IEEE北京會(huì)議中，微軟率先提出了25GE的立項(xiàng)需求，用于制定TOR與Server互聯(lián)場(chǎng)景，但I(xiàn)EEE大會(huì)以25GE會(huì)分散業(yè)內(nèi)投資、不利于行業(yè)發(fā)展為理由拒絕了25GE標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)需求。由于25GE方案能夠解決服務(wù)器網(wǎng)卡從10Gbit/s遷移至40Gbit/s帶來(lái)的CPU性能提升、PICE位帶寬匹配等一系列問(wèn)題，微軟、高通等廠商自主成立了25GE以太網(wǎng)聯(lián)盟，投入25GE方案的研究。IEEE不希望25GE游離于組織標(biāo)準(zhǔn)外而成為事實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，在同年7月通過(guò)了25GE項(xiàng)目。隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，事實(shí)證明25GE規(guī)范能夠經(jīng)濟(jì)高效地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)帶寬，為新一代的服務(wù)器和存儲(chǔ)方案提供更好的支撐，將來(lái)會(huì)覆蓋更多的互聯(lián)場(chǎng)景。

25GE標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)目前主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器接入。將從以下幾個(gè)方面來(lái)解讀為什么數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的接入速率是25Gbit/s，而不是已有的40Gbit/s。

一、技術(shù)實(shí)現(xiàn)的天然優(yōu)勢(shì)。

提及25GE標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，就必須提到SerDes（串行器/解串器）。SerDes被廣泛地應(yīng)用在各種電路與光纖通信技術(shù)中，從計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用的PCIe到網(wǎng)卡、交換機(jī)內(nèi)部芯片之間的互聯(lián)，全部采用SerDes連接。可以說(shuō)，所有的高速器件都是使用SerDes的串行組件連接，轉(zhuǎn)化為最終接收器的數(shù)據(jù)**。一個(gè)交換機(jī)端口所需要的SerDes連接數(shù)量稱為“通道數(shù)（Lane）**”。

經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)發(fā)展，SerDes速度可以達(dá)到25Gbit/s，也就是說(shuō)，從25Gbit/s網(wǎng)卡出來(lái)，經(jīng)過(guò)交換機(jī)傳輸?shù)搅硪欢说?5Gbit/s網(wǎng)卡，端到端的所連接全都只需要使用一條25Gbit/s速率的SerDes連接通道即可，而40GE端口則采用QSFP封裝類型，利用4個(gè)并行的10GE鏈路構(gòu)成（每個(gè)10GE利用12.5GHz SerDes），需要4個(gè)SerDes通道。

另外，在匯聚層和骨干層已經(jīng)成為主流的100GE端口，在前期的探索中已經(jīng)有了成熟的IEEE 100Gbit/s 以太標(biāo)準(zhǔn)，它包括4個(gè)通道的25 Gbit/s電子信號(hào)，通過(guò)在4根光纖或者銅纜對(duì)上運(yùn)行4個(gè)25Gbit/s的通道（IEEE 802.3bj）來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了25GE標(biāo)準(zhǔn)方案的誕生奠定了一定的基礎(chǔ)。而且100GE端口通過(guò)一條QSPF28轉(zhuǎn)SFP28的一分四線纜，即可轉(zhuǎn)換成4個(gè)25GE端口，從端口匹配來(lái)比較，相較于40GE也有明顯的優(yōu)勢(shì)。

二、交換機(jī)性能提升

如果說(shuō)40GE是10Gbit/s速率時(shí)代的產(chǎn)物，那么25GE則是技術(shù)上的大勢(shì)所趨，單通道的25GE相比現(xiàn)有的10GE解決方案，將性能提升了2.5倍。同時(shí)，相對(duì)于機(jī)架服務(wù)器連接的40GE解決方案而言，25GE擁有更高的端口密度。

25GE標(biāo)準(zhǔn)與40GE標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)對(duì)比如下：

三、現(xiàn)有拓?fù)淦交葸M(jìn)，降低成本

資本支出（CapEx）是采用任何新數(shù)據(jù)中心技術(shù)都需重點(diǎn)考慮的因素之一。企業(yè)最關(guān)心數(shù)據(jù)中心部署的一個(gè)方面是布線。很多工作工程師認(rèn)為數(shù)據(jù)中心管理中最復(fù)雜的、最困難的部分就是布線，大多數(shù)工程師在安裝一次線纜后都希望不再觸碰它們。

40GE交換機(jī)上使用的是QSFP+封裝的光模塊，機(jī)柜內(nèi)部或者相鄰機(jī)柜的連接可以采用QSFP+的DAC線纜，而更遠(yuǎn)的連接就必須使用QSFP+光模塊配合MPO光線纜進(jìn)行傳輸，QSFP+光模塊普遍采用12芯光纖，相比10GE接口，兩芯LC接口光纖的成本大大提高，而且完全不能兼容。如果考慮基于現(xiàn)有10GE升級(jí)到40GE的話，則全部的光纖線纜都要廢棄，并且采用MPO光纜進(jìn)行重新布線。

25GE交換機(jī)上使用的SFP28封裝類型的光模塊，與10GE SFP封裝類型的光模塊一樣，僅采用單通道連接，可以兼容現(xiàn)有拓?fù)涞腖C連接頭類型的光纖。相較于從10GE升級(jí)到40GE而言，如果升級(jí)到25GE的話，支持從10GE以太網(wǎng)無(wú)縫遷移，無(wú)需重新規(guī)劃拓?fù)湟约爸匦虏季€，設(shè)備升級(jí)或者更換為25GE光模塊后，可以即插即用，省心省力。

相較于機(jī)架服務(wù)連接的40Gbit/s解決方案而言，25GE標(biāo)準(zhǔn)方案不僅可以利用當(dāng)前10GE的拓?fù)淦交葸M(jìn)，還可以大幅度降低TOR交換機(jī)和線纜的采購(gòu)支持，減少了電力、散熱和占地空間的需求。

100GE標(biāo)準(zhǔn)：

提到100GE標(biāo)準(zhǔn)，就得說(shuō)一說(shuō)光模塊的標(biāo)準(zhǔn)化組織。在光模塊產(chǎn)業(yè)剛剛起步的時(shí)代，產(chǎn)業(yè)鏈較為混亂，每家廠商有各自的封裝結(jié)構(gòu)類型，尺寸外觀也是五花八門(mén)。IEEE作為一個(gè)官方組織，IEEE 802.3工作組對(duì)光模塊標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一起到了關(guān)鍵作用。區(qū)別于官方組織IEEE，MSA（Multi Source Agreement，多源協(xié)議）算是一個(gè)非官方的組織形式，作為產(chǎn)業(yè)內(nèi)企業(yè)聯(lián)盟行為，針對(duì)不同光模塊的標(biāo)準(zhǔn)形成一致協(xié)議，定義統(tǒng)一的光模塊結(jié)構(gòu)封裝（封裝類型、外觀尺寸、引腳分配等）。

IEEE早在2006年就成立了以研究下一代高速以太網(wǎng)100GE標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)的工作組，并與2012年發(fā)布了關(guān)于100GE的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足不同距離的100GE上行場(chǎng)景需求，IEEE與MSA定義的100GE標(biāo)準(zhǔn)超過(guò)了10種，如下表所示，下面主要是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中主流的幾種標(biāo)準(zhǔn)。

100GBASE系列標(biāo)準(zhǔn)都是由IEEE 802.3制定的，具體命名規(guī)則已經(jīng)在光模塊命名那節(jié)已列出。

光纖的傳輸特性和光模塊的制造成本決定了不同的應(yīng)用場(chǎng)景，多模常用于短距離傳輸，單模常用于長(zhǎng)距離傳輸。由前面總結(jié)可知，IEEE的100GBASE系列標(biāo)準(zhǔn)足以覆蓋長(zhǎng)短距離的數(shù)據(jù)中心傳輸，100GBASE-SR4和100GBASE-LR4是IEEE定義的最為常用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。但在大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)場(chǎng)景中，100GBASE-SR4支持的距離過(guò)短，100GBASE-LR4的成本過(guò)高。MSA提出的PSM和CWDM4標(biāo)準(zhǔn)則完美解決了中距離傳輸場(chǎng)景中的成本問(wèn)題。

CWDM4是通過(guò)光學(xué)器件MUX和DEMUX將4條并行的25Gbit/s通道波峰復(fù)用到一條100Gbit/s光纖鏈路上，這一點(diǎn)與LR4類似，區(qū)別如下。

通道間隔不同：

CWDM4定義的是20nm的通道間隔，而LR4定義的是4.5nm的LAC-WDM間隔。通道間隔越大，對(duì)光學(xué)器件的要求越低，成本也隨之降低。

激光器不同：

CWDM使用的是DML（Direct Modulated Laser，直接調(diào)制激光器），是單個(gè)激光器。而LR4使用的EML（Electro-absorption Modulated Laser，電吸收調(diào)制激光器）是由DML和EAM組成的器件。

控溫要求不同：

由于LR4的通道間隔為4.5nm，激光器需要放置TEC（Thermo Electric Cooler，半導(dǎo)體熱電制冷器）Driver芯片。

總結(jié)以上3點(diǎn)，100GBASE-LR4標(biāo)準(zhǔn)的光模塊成本相較于100G WDM4成本更高。除了CWDM之外，PSM4也是中距離傳輸?shù)囊环N選擇方案。100G PSM4規(guī)范定義了8根單模光纖（4發(fā)4收）的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)100Gbit/s鏈路，每個(gè)通道以25Gbit/s的速率發(fā)送，每個(gè)信號(hào)方向使用4個(gè)相同波長(zhǎng)且獨(dú)立的通道。

由于CWDM4使用了波分復(fù)用器，所以光模塊成本高于PSM4。但在收發(fā)信號(hào)時(shí)，只需要兩根單膜光纖，遠(yuǎn)少于PSM4要求的8根單膜光纖。隨著傳輸距離的增加，PSM4的成本隨之增加。

完整的光模塊解決方案不僅僅包括光模塊的光電接口標(biāo)準(zhǔn)，還需要配套的結(jié)構(gòu)封裝。如下表，最早被提出應(yīng)用的封裝格式時(shí)CFP，但由于尺寸問(wèn)題，隨著光模塊集成度的提高，CFP得以演進(jìn)到CFP2、CFP4，再到盛行的QSFP28，光模塊的總體發(fā)展呈現(xiàn)出高速率、高密度、低成本、低功耗的趨勢(shì)。

下表是100GE光模塊封裝格式演進(jìn)趨勢(shì)：

經(jīng)過(guò)幾代的發(fā)展，100GE光模塊的發(fā)展已經(jīng)成熟。針對(duì)一些新技術(shù)應(yīng)用和新的發(fā)展方向，不斷有新的100G MSA成立和形成規(guī)范，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)發(fā)展。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，更高帶寬、更低時(shí)延時(shí)我們面臨的永無(wú)止境的挑戰(zhàn)。

400GE標(biāo)準(zhǔn)：

400GE以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)仍然由IEEE 802.3負(fù)責(zé)，自2013年起IEEE就實(shí)現(xiàn)了400GE標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)，啟動(dòng)了學(xué)習(xí)小組階段性地對(duì)400GE的規(guī)格進(jìn)行探討。經(jīng)過(guò)多次技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)和方案會(huì)議，400GE和200GE標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3bs正式發(fā)布，其中關(guān)鍵技術(shù)在于層次化結(jié)構(gòu)定義、FEC規(guī)范以及物理光接口傳輸機(jī)制。400GE標(biāo)準(zhǔn)主要采用的物理層技術(shù)方案和傳輸距離如下表所示。

其中，基于多模光纖的SR16基本無(wú)人問(wèn)津，基于PAM4電信號(hào)的調(diào)制技術(shù)的DR4、FR8和LR8成為矚目的焦點(diǎn)。區(qū)域于之前100GE標(biāo)準(zhǔn)普遍采用的NRZ信號(hào)傳輸技術(shù)（采用高、低兩種電平表示數(shù)字邏輯信號(hào)0和1），PAM4采用4個(gè)不同的信號(hào)電平進(jìn)行傳輸，每個(gè)時(shí)鐘周期可以傳輸2bit的邏輯信息（即00、01、10、11）。因此，在同一的波特率的條件下，PAM4的傳輸效率是NRZ信號(hào)的2倍。正式因?yàn)镻AM4高效的傳輸效率，IEEE將其規(guī)范為400GE標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。

前面提到，SerDes速度可以達(dá)到25Gbit/s，通過(guò)PAM4調(diào)制可以使對(duì)應(yīng)比特率為50Gbit/s，所以通常將IEEE 802.3 400GE/200GE接口中的編碼技術(shù)成為50Gbit/s/lane PAM4編碼技術(shù)。

400GE光模塊封裝格式綜合比較：

以上三種400G光模塊封裝結(jié)構(gòu)，目前市場(chǎng)對(duì)OSFP-DD的支持力度相對(duì)最大，其生態(tài)圈也是最為成為。主流光模塊廠商所生產(chǎn)的400G光模塊，最常見(jiàn)的就是OSFP-DD封裝，同時(shí)也包括主流交換機(jī)，主流商業(yè)PHY芯片等都對(duì)OSFP-DD的支持最為廣泛。OSFP-DD和OSFP都是電口支持8 * 50G PAM4信號(hào)，光口最高可支持8路并行，能耗較低，CFP8電口支持16 * 25G NRZ信號(hào)，光口最高支持16路并行，功耗相對(duì)較高。

相較于400GE標(biāo)準(zhǔn)，200GE雖然起步較晚，但從目前情況來(lái)看，各廠家均比較傾向于采用4 * 56 Gbit/s PAM4方式， 光器件即可采用現(xiàn)有的28Gbit/s器件。從應(yīng)用角度來(lái)看，200GE光模塊的實(shí)現(xiàn)難度低，在數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景中的應(yīng)用可能早于400GE，為自身的定位保留的窗口的可能。但隨著單波100GE技術(shù)研究的不斷深入，短距400GE光模塊在數(shù)據(jù)中新場(chǎng)景中將會(huì)得到更多的青睞。

更高速率800GE，1.6T：

面對(duì)新的應(yīng)用，以太網(wǎng)的速率也在不斷增長(zhǎng)，如下圖所示，從最初的10M,100M到最近標(biāo)準(zhǔn)化的400G,接口速率已經(jīng)翻了4萬(wàn)倍。進(jìn)一步應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心每?jī)赡杲粨Q機(jī)容量翻一倍的需求，于2018年，以太網(wǎng)聯(lián)盟就已經(jīng)明確了在未來(lái)的幾年內(nèi)，將推出下一代以太網(wǎng)速率，800G和1.6T。

光模塊提升帶寬的方法有兩種：

提高每個(gè)通道的比特速率

增加通道數(shù)。

10G到40G，提升的是通道數(shù)。從40G到100G，提升的是單通道的波特率（10G->25G）。

光模塊主要廠家

光器件及芯片是光通信企業(yè)最核心的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，尤其以光通信芯片為最。而我國(guó)光器件 及芯片企業(yè)整體實(shí)力較弱，產(chǎn)品主要集中在中低端領(lǐng)域，在 10G 以上速率的有源器件和 100G 光模塊還需突破。

國(guó)內(nèi)芯片供不應(yīng)求態(tài)勢(shì)仍將持續(xù)。中國(guó)光器件廠商普遍規(guī)模偏小、實(shí)力偏弱，難以單獨(dú)承 受高端器件及芯片高額的研發(fā)費(fèi)用。極少能研發(fā)高端芯片的廠商也面臨核心專利被國(guó)外壟斷 的風(fēng)險(xiǎn)。即使在門(mén)檻較低的接入網(wǎng)市場(chǎng)，其芯片也難以自給自足，需要向外采購(gòu)。

在芯片層面仍然主要依賴國(guó)外芯片廠商。

光模塊產(chǎn)業(yè)鏈：

產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步向中國(guó)集中，國(guó)內(nèi)光模塊供應(yīng)商開(kāi)始主導(dǎo)全球市場(chǎng)，市場(chǎng)份額有望超 50%。 LightCounting 最近一期調(diào)查報(bào)告指出，來(lái)自中國(guó)的中際旭創(chuàng)、海信、光迅科技、華工 正源和新易盛等 5 家光模塊廠商有望在 2020 年進(jìn)入全球前十，主導(dǎo)全球光模塊市場(chǎng)， 對(duì)比 2010 年時(shí)只有一家中國(guó)企業(yè)進(jìn)入前十。中際旭創(chuàng)有望在 2020 年終結(jié) Finisar 的“連 冠”記錄，登頂光模塊前十排行榜。

光模塊廠商份額：

光模塊生產(chǎn)廠家世界前幾大巨頭：

Finisar(菲尼薩)，總部位于美國(guó)硅谷，F(xiàn)inisar 是光通信領(lǐng)域的全球技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，是全球最大的光通信器件產(chǎn)品的供應(yīng)商。

JDSU（捷迪訊），總部位于美國(guó)，目前全球最大光纖零件供應(yīng)商，

光通訊領(lǐng)域巨頭之一。

Oclaro(合并Opnext)

Avago（安華高科技）。

Oplink，總部美國(guó)，為全球著名企業(yè)美國(guó)科氏（Koch）工業(yè)集團(tuán)下屬莫仕（Molex）公司之全資企業(yè)，致 力于為各種應(yīng)用提供創(chuàng)新型光纖集成解決方案。分公司-光聯(lián)通訊（珠海）有限公司則是全 球最重要的光無(wú)源和有源通訊器件、模塊及子系統(tǒng)供應(yīng)商之一。

Source Photonics （索爾思）EML，是一家領(lǐng)先的光通信產(chǎn)品供應(yīng)商，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電信系統(tǒng)和 數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。

國(guó)內(nèi)目前具備一定影響力的廠商：

Netphotonics新飛通（深圳），總部，美國(guó)。光電元器件、光電通訊系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品等。

光迅（Accelink）（WTD），武漢，全球領(lǐng)先的光電子器件廠商。

海信（HISENSE）

旭創(chuàng)（InnoLight），蘇州。

飛博創(chuàng)（FIBERXON），總部，美國(guó)。以技術(shù)和市場(chǎng)為主導(dǎo)，剝離生產(chǎn)環(huán)節(jié)的典型硅谷高科技公司。

亦飛揚(yáng)（Gigalight），光網(wǎng)絡(luò)中間件，致力于全球光網(wǎng)絡(luò)中間件最優(yōu)秀的提供商和設(shè)計(jì)大成者。

新易盛，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光模塊，一直專注于光模塊的研發(fā)。

華工科技，光電器件。

天孚通信，連接細(xì)分行業(yè)，光纖連接細(xì)分行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。

劍橋科技

光模塊失效的原因以及故障處理

光模塊失效的主要原因：

光口污染和損傷引起光鏈路損耗變大，導(dǎo)致光鏈路不通。光口污染和損傷的原因主要有：

光模塊的光口暴露在環(huán)境中，光口有灰塵進(jìn)入而污染。

使用的光纖連接器端面已經(jīng)污染，光模塊的光口被二次污染。

帶尾纖的光接頭端面使用不當(dāng)，比如：端面劃傷等。

使用了劣質(zhì)的光纖連接器。

這種情況下，對(duì)于污染的光口請(qǐng)用光口清潔棒等專用工具輕輕擦拭，對(duì)于損壞、劃傷的尾纖請(qǐng)直接更換。

在日常處理故障鏈路過(guò)程中：

常見(jiàn)鏈路故障原因，由光模塊引起的主要有：

以下情況：是個(gè)人在日常工作中通過(guò)解決大量故障鏈路總結(jié)而來(lái)。

發(fā)現(xiàn)無(wú)法識(shí)別的光模塊，可重新插拔或者更換光模塊。

發(fā)現(xiàn)接口抖動(dòng)的情況，可能原因是光模塊有問(wèn)題，導(dǎo)致接口有錯(cuò)誤包，或者光纖有問(wèn)題。解決辦法：首先查看兩邊收發(fā)光是否正常，其次判斷兩邊接口下是否有error包，crc包，丟包等。一般是入方向有error包，crc包，此時(shí)可通過(guò)更換對(duì)端光模塊嘗試解決。

一般情況下，如果發(fā)現(xiàn)接口出方向有丟包，可通過(guò)更換光模塊嘗試解決。

鏈路down的情況，可查看是否是err-down，這種情況一般是是有錯(cuò)誤包過(guò)多導(dǎo)致的，或者光纖問(wèn)題。如果有錯(cuò)誤包，可直接更換光模塊嘗試恢復(fù)。err-down的端口，在更換光模塊后一般需要手動(dòng)shutdown，no/undo shutdown才能恢復(fù)。

RX / TX low的情況導(dǎo)致接口不up的情況：

如果TX low：是本端沒(méi)發(fā)光，現(xiàn)判斷本端端口是否關(guān)閉，如果沒(méi)有關(guān)閉，插拔或者更換光模塊嘗試解決。

如果RX low：是收光低，可能是對(duì)端光模塊發(fā)光低，也可能是光纖問(wèn)題，或者本端光模塊可能也有問(wèn)題。需要通過(guò)更換嘗試解決。

通過(guò)將兩個(gè)端口自環(huán)測(cè)試，可確定是光模塊問(wèn)題還是交換機(jī)端口有問(wèn)題。

光模塊對(duì)接問(wèn)題

光模塊對(duì)接時(shí)主要考慮以下原則：接口標(biāo)準(zhǔn)類型相同理論上即可對(duì)接，但實(shí)際使用時(shí)要注意下收發(fā)光功率范圍和傳輸距離。

影響光模塊對(duì)接的主要因素：

　　審核編輯：湯梓紅