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以太网光纤收发器
阅读:2669时间:2010-10-13 10:03:43

  以太网光纤收发器,是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元,在很多地方也被称之为光电转换器(Fiber Converter)。产品一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中,且通常定位于宽带城域网的接入层应用;同时在帮助把光纤最后一公里线路连接到城域网和更外层的网络上也发挥了巨大的作用。

基本特点

  1.提供超低延时的数据传输。

  2.对网络协议完全透明。

  3.采用专用ASIC芯片实现数据线速转发。可编程ASIC将多项功能集中到一个芯片上,具有设计简单、可靠性高、电源消耗少等优点,能使设备得到更高的性能和更低的成本。

  4.机架型设备可提供热拔插功能,便于维护和无间断升级。

  5.可网管设备能提供网络诊断、升级、状态报告、异常情况报告及控制等功能,能提供完整的操作日志和报警日志。

  6.设备多采用1+1的电源设计,支持超宽电源电压,实现电源保护和自动切换。

  7.支持超宽的工作温度范围。

  8.支持齐全的传输距离(0~120公里)

分类

  目前国外和国内生产光纤收发器的厂商很多,产品线也极为丰富。为了保证与其他厂家的网卡、中继器、集线器和交换机等网络设备的完全兼容,光纤收发器产品必须严格符合10Base-T、100Base-TX、100Base-FX、IEEE802.3和IEEE802.3u等以太网标准,除此之外,在EMC防电磁辐射方面应符合FCC Part15。时下由于国内各大运营商正在大力建设小区网、校园网和企业网,因此光纤收发器产品的用量也在不断提高,以更好地满足接入网的建设需要。   随着光纤收发器产品的多样化发展,其分类方法也各异,但各种分类方法之间又有着一定的关联。

  按光纤性质分类:

  单模光纤收发器:传输距离20公里至120公里

  多模光纤收发器:传输距离2公里到5公里

  按光纤来分,可以分为多模光纤收发器和单模光纤收发器。由于使用的光纤不同,收发器所能传输的距离也不一样,多模收发器一般的传输距离在2公里到5公里之间,而单模收发器覆盖的范围可以从20公里至120公里。需要指出的是因传输距离的不同,光纤收发器本身的发射功率、接收灵敏度和使用波长也会不一样。   如5公里光纤收发器的发射功率一般在-20~-14db之间,接收灵敏度为-30db,使用1310nm的波长;而120公里光纤收发器的发射功率多在-5~0dB之间,接收灵敏度为-38dB,使用1550nm的波长。

  按所需光纤分类:

  单纤光纤收发器:接收发送的数据在一根光纤上传输

  双纤光纤收发器:接收发送的数据在一对光纤上传输

  双纤收发器网络连接简图

  顾名思义,单纤设备可以节省一半的光纤,即在一根光纤上实现数据的接收和发送,在光纤资源紧张的地方十分适用。这类产品采用了波分复用的技术,使用的波长多为1310nm和1550nm。但由于单纤收发器产品没有统一国际标准,因此不同厂商产品在互联互通时可能会存在不兼容的情况。另外由于使用了波分复用,单纤收发器产品普遍存在信号衰耗大的特点。目前市面上的光纤收发器多为双纤产品,此类产品较为成熟和稳定,但需要更多的光纤。

  按工作层次/速率分类:

  100M以太网光纤收发器:工作在物理层

  10/100M自适应以太网光纤收发器:工作在数据链路层

  按工作层次/速率来分,可以分为单10M、100M的光纤收发器、10/100M自适应的光纤收发器和1000M光纤收发器。其中单10M和100M的收发器产品工作在物理层,在这一层工作的收发器产品是按位来转发数据。该转发方式具有转发速度快、通透率高、时延低等方面的优势,适合应用于速率固定的链路上,同时由于此类设备在正常通信前没有一个自协商的过程,因此在兼容性和稳定性方面做得更好。

  而10/100M光纤收发器是工作在数据链路层,在这一层光纤收发器使用存储转发的机制,这样转发机制对接收到的每一个数据包都要读取它的源MAC地址、目的MAC地址和数据净荷,并在完成CRC循环冗余校验以后才将该数据包转发出去。存储转发的好处一来可以防止一些错误的帧在网络中传播,占用宝贵的网络资源,同时还可以很好地防止由于网络拥塞造成的数据包丢失,当数据链路饱和时存储转发可以将无法转发的数据先放在收发器的缓存中,等待网络空闲时再进行转发。这样既减少了数据冲突的可能又保证了数据传输的可靠性,因此10/100M的光纤收发器适合于工作在速率不固定的链路上。1000M光纤收发器可以按实际需要工作在物理层或数据链路层,市场上这两种1000M光纤收发器都有提供。

  按结构分类:

  桌面式(独立式)光纤收发器:独立式用户端设备   机架式(模块化)光纤收发器:安装于十六槽机箱,采用集中供电方式

  按结构来分,可以分为桌面式(独立式)光纤收发器和机架式光纤收发器。桌面式光纤收发器适合于单个用户使用,如满足楼道中单台交换机的上联。机架式(模块化)光纤收发器适用于多用户的汇聚,如小区的中心机房必须满足小区内所有交换机的上联,使用机架便于实现对所有模块型光纤收发器的统一管理和统一供电,目前国内的机架多为16槽产品,即一个机架中最多可加插16个模块式光纤收发器。

  按管理类型分类:

  非网管型以太网光纤收发器:即插即用,通过硬件拨码开关设置电口工作模式

  网管型以太网光纤收发器:支持电信级网络管理

  按网管来分:

  可以分为网管型光纤收发器和非网管型光纤收发器。随着网络向着可运营可管理的方向发展,大多数运营商都希望自己网络中的所有设备均能做到可远程网管的程度,光纤收发器产品与交换机、路由器一样也逐步向这个方向发展。对于可网管的光纤收发器还可以细分为局端可网管和用户端可网管。局端可网管的光纤收发器主要是机架式产品,多采用主从式的管理结构,即一个主网管模块可串联N个从网管模块,每个从网管模块定期轮询它所在子架上所有光纤收发器的状态信息,向主网管模块提交。主网管模块一方面需要轮询自己机架上的网管信息,另一方面还需收集所有从子架上的信息,然后汇总并提交给网管服务器。如武汉烽火网络所提供的OL200系列网管型光纤收发器产品支持1(主)+9(从)的网管结构,一次性最多可管理150个光纤收发器。

  用户端网管主要可以分为三种方式:第一种是在局端和客户端设备之间运行特定的协议,协议负责向局端发送客户端的状态信息,通过局端设备的CPU来处理这些状态信息,并提交给网管服务器;第二种是局端的光纤收发器可以检测到光口上的光功率,因此当光路上出现问题时可根据光功率来判断是光纤上的问题还是用户端设备的故障;第三种是在用户端的光纤收发器上加装主控CPU,这样网管系统一方面可以监控到用户端设备的工作状态,另外还可以实现远程配置和远程重启。在这三种用户端网管方式中,前两种严格来说只是对用户端设备进行远程监控,而第三种才是真正的远程网管。但由于第三种方式在用户端添加了CPU,从而也增加了用户端设备的成本,因此在价格方面前两种方式会更具优势一些。目前大多数厂商的网管系统都是基于SNMP网络协议上开发的,支持包括Web、Telnet、CLI等多种管理方式。管理内容多包括配置光纤收发器的工作模式,监视光纤收发器的模块类型、工作状态、机箱温度、电源状态、输出电压和输出光功率等等。随着运营商对设备网管的需求愈来愈多,相信光纤收发器的网管将日趋实用和智能。

  按电源分类:

  内置电源光纤收发器:内置开关电源为电信级电源

  外置电源光纤收发器:外置变压器电源多使用在民用设备上   按电源来分,可以分为内置电源和外置电源两种。其中内置开关电源为电信级电源,而外置变压器电源多使用在民用设备上。前者的优势在于能支持超宽的电源电压,更好地实现稳压、滤波和设备电源保护,减少机械式接触造成的外置故障点;后者的优势在于设备体积小巧和价格便宜。

  按结构来分

  可以分为桌面式(独立式)光纤收发器和机架式光纤收发器。桌面式光纤收发器适合于单个用户使用,如满足楼道中单台交换机的上联。机架式光纤收发器适用于多用户的汇聚,如小区的中心机房必须满足小区内所有交换机的上联,使用机架便于实现对所有模块型光纤收发器的统一管理和统一供电,烽火网络的光纤收发器机架为16槽产品,即一个机架中最多可加插16个模块式光纤收发器。

  按光纤来分

  可以分为多模光纤收发器和单模光纤收发器。由于使用的光纤不同,收发器所能传输的距离也不一样,多模收发器一般的传输距离在2公里到5公里之间,而单模收发器覆盖的范围可以从20公里至120公里。需要指出的是因传输距离的不同,光纤收发器本身的发射功率、接收灵敏度和使用波长也会不一样。 如5公里光纤收发器的发射功率一般在-20~-14db之间,接收灵敏度为-30db,使用1310nm的波长;而120公里光纤收发器的发射功率多在-3~0dB之间,接收灵敏度小于-36dB,使用1550nm的波长。

  按光纤数量来分

  可以分为单纤光纤收发器和双纤光纤收发器。顾名思义,单纤设备可以节省一半的光纤,即在一根光纤上实现数据的接收和发送,在光纤资源紧张的地方十分适用。这类产品采用了波分复用的技术,使用的波长多为1310nm和1550nm。随着单纤光纤收发器使用的不断增多,产品已经成熟稳定。

  按电源来分

  可以分为内置电源和外置电源两种。其中内置开关电源为电信级电源,而外置变压器电源多使用在民用设备上。前者的优势在于能支持超宽的电源电压,更好地实现稳压、滤波和设备电源保护,减少机械式接触造成的外置故障点;后者的优势在于设备体积小巧和价格便宜。

  另外从设备供电电压类型来分,有交流220V、110V、60V;直流-48V、24V等。

  按网管来分

  可以分为网管型光纤收发器和非网管型光纤收发器。随着网络向着可运营可管理的方向发展,大多数运营商都希望自己网络中的所有设备均能做到可远程网管的程度,光纤收发器产品与交换机、路由器一样也逐步向这个方向发展。对于可网管的光纤收发器还可以细分为局端可网管和用户端可网管。局端可网管的光纤收发器主要是机架式产品,多采用主从式的管理结构,即一个主网管模块可串联N个从网管模块,每个从网管模块定期轮询它所在子架上所有光纤收发器的状态信息,向主网管模块提交。主网管模块一方面需要轮询自己机架上的网管信息,另一方面还需收集所有从子架上的信息,然后汇总并提交给网管服务器。如烽火网络公司所提供的OL200系列网管型光纤收发器产品支持1(主)+9(从)的网管结构,一次性最多可管理150(局端可管理收发器模块)+150(用户端可管理收发器)台光纤收发器。

构成及原理简介

  一块以太网光纤收发器包括OSI(系统互联)模型的两个层。物理层和数据链路层。物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等,并向数据链路层设备提供标准接口。数据链路层则提供寻址机构、数据差错检查、传送控制等功能。

  以太光纤收发器中数据链路层的芯片一般简称之为MAC 控制器,物理层的芯片我们简称之为PHY。自适应收发器还有缓存芯片等结构。目前许多光纤收发器的芯片把MAC 和PHY 的功能做到了一颗芯片中,甚至把以上几种芯片都集成在一起。但是MAC 和PHY 的机制还是单独存在的,只是外观的表现形式是一颗单芯片。当然也有很多光纤收发器的MAC 和PHY 是分开做的,

  2.MAC相关介绍

  首先我们来说说以太光纤收发器的MAC 芯片的功能。以太网数据链路层其实包含MAC(介质访问控制)子层和LLC(逻辑链路控制)子层。一块以太光纤收发器MAC 芯片的作用不但要实现MAC 子层,还要实现LLC 子层的功能。

  MAC 收到IP 数据包(或者其他网络层协议的数据包)后,将之拆分并重新打包成最大1518Byte,最小64Byte 的帧。这个帧里面包括了目标MAC 地址、自己的源MAC 地址和数据包里面的协议类型(比如IP 数据包的类型用80表示)。最后还有一个DWORD(4Byte)的CRC 码。

  2、PHY 的输出部分

  一颗CMOS 制程的芯片工作的时候产生的信号电平总是大于0V 的(这取决于芯片的制程和设计需求),但是这样的信号送到100米甚至更长的地方会有很大的直流分量的损失。而且如果外部网线直接和芯片相连的话,电磁感应(打雷)和静电,很容易造成芯片的损坏。

  3.网络传输的流程

  PHY 在发送数据的时候,收到MAC 过来的数据(对PHY 来说,没有帧的概念,对它来说,都是数据而不管什么地址,数据还是CRC),每4bit 就增加1bit 的检错码,然后把并行数据转化为串行流数据,再按照物理层的编码规则(10Based-T 的NRZ 编码或100based-T 的曼彻斯特编码)把数据编码,再变为模拟信号把数据送出去。

注意事项

  以太网光纤收发器有多种不同的分类,而实际使用中大多注意的是按光纤接头不同而区分的类别:SC接头以太网光纤收发器和FC/ST接头以太网光纤收发器。

  在使用以太网光纤收发器连接不同的设备时,必须注意使用的端口不同。

  1、以太网光纤收发器到100BASE-TX设备(交换机,集线器)的连接:

  确认双绞线的长度最长不超过100米;

  连接双绞线的一端到以太网光纤收发器的RJ-45口(Uplink口),另一端到100BASE-TX设(交换机,集线器)的 RJ- 45口(普通口)。

  2、以太网光纤收发器到100BASE-TX设备(网卡)的连接:

  确认双绞线的长度最长不超过100米;

  连接双绞线的一端到以太网光纤收发器的RJ-45口(100BASE-TX口),另一端到网卡的RJ-45口。

  3、以太网光纤收发器到100BASE-FX的连接:

  确认光纤长度没有超出设备能提供的距离范围;

  光纤的一端连以太网光纤收发器的SC/FC/ST接头,另一端连接100BASE-FX设备的SC/ST接头。

  另外需要补充的是很多用户在使用以太网光纤收发器时认为:只要光纤的长度在单模光纤或多模光纤所能支持的最大距离内就可以正常使用。其实这是一种错误的认识,这种认识只有在连接的设备都是全双工的设备时才是正确的,当有半双工的设备时,光纤的传输距离就有一定的限制了。

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