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Leitfaden zu 40 Gigabit Ethernet-Optionen

Als der IEEE den 802.3ba-Ethernet-Standard einführte, ebnet er den Weg für die Einführung von 40-Gb/s- und 100-Gb/s-Ethernet-Operationen. Ob Sie es glauben oder nicht, die 40-Gigabit-Ethernet-Ära steht bereits bevor. Dieser Text gibt einen kurzen Überblick über die aktuellen 40-GbE-Optiken und Formfaktoren, die bei der Planung zukünftiger Hochleistungs-Ethernet-Anforderungen hilfreich sind.

40GbE-Standards

IEEE 802.3ba führte die 40-Gigabit- und 100-Gigabit-Ethernet-Standards im Jahr 2010 ein. 802.3ba ist die Bezeichnung für die Ethernet-Task Force mit höherer Geschwindigkeit, die ihre Arbeit zur Änderung des 802.3-Standards für Geschwindigkeiten von mehr als 10 Gbit/s abgeschlossen hat. Dies war das erste Mal, dass zwei verschiedene Ethernet-Geschwindigkeiten in einem einzigen Standard spezifiziert wurden. Die folgende Tabelle enthält detaillierte Spezifikationen für 40-Gigabit-Ethernet-Standards.

40GbE-Standards

40GbE Transceiver-Optionen

Wie bei jeder neuen Generation von Technologie, ein Design-Ziel war es, so viel vorhandene Technologie wie möglich zu nutzen. Durch die Minimierung der Anzahl neuer Schnittstellen werden die Schnittstellen kostengünstiger und nutzen die Volumenproduktion und Einfachheit. Um diesem Design Ziel gerecht zu werden, gibt es drei Medienmodule, die in der ersten Generation von 40 Gigabit Ethernet eingesetzt werden: QSFP+ Module, CXP und CFP.

QSFP

Der Quad Small-Form-Factor pluggable QSFP+ Module ist ähnlich groß wie der CXP und bietet vier Sende-und vier Empfangs Bahnen zur Unterstützung von 40-Gigabit-Ethernet-Anwendungen für Multimode-oder Single-Fasern und Kupfer.

QSFP

CXP

Der CXP-Transceiver verfügt über 12 Sende-und 12 Empfangs Bahnen mit 10 Gbit/s, um 1 100 Gigabit-Ethernet-Port oder bis zu 3 40 Gigabit-Ethernet-Ports zu unterstützen. Es kann bis zu 120 Gbit/s von austauschbaren Daten über 12 Fahrspuren in einer Baugruppe erreichen, während Enhanced-Footprint-Konnektoren Signale über 10 Spuren für bis zu 100 Gbit/s übertragen.

CFP

Der C Form-Factor pluggable CFP Module ist ein neues Medienmodul, das für Anwendungen mit einer längeren Reichweite konzipiert wurde, mit bis zu 24 Watt Stromverlust. Seine dichten elektrischen Steckverbinder und der integrierte, fahrende Kühlkörper ermöglichen eine Reihe von Schnittstellen. Dieses Modul wird für 40GBASE-SR4, 40GBASE-LR4 verwendet.

CFP

40 Gigabit Ethernet Verkabelungsoptionen

Das häufigste GbE-Kabel ist das QSFP-Kabel. Z. b. QSFP Direct-Attach-Kupferkabel (DAC) und QSFP-aktives optisches Kabel (AOC). Außerdem gilt das MPO/MTP-Kabel als die beste Lösung für GbE. Da MPO/MTP-Steckverbinder entweder über 12 Fasern oder 24 Fibres-Arrays verfügen, kann die Datenübertragung über mehrere Fasern gleichzeitig ermöglicht werden.

Direct Attach Kabel

Die Übertragung von 40GbE über kurze Distanzen paralleler koaxialer Kupferverkabelung (auch als Twinax-Verkabelung bezeichnet) erfolgt über eine spezielle Verkabelung mit vier Bahnen koaxialer Verkabelung (acht Paare). Vier Paare übertragen jeweils 10 Gbit/s in eine Richtung und vier übertragen 10 Gbit/s in die andere Richtung für eine Gesamt Datenrate von 40Gbit/s. Die beide übliche DAC Kabel, die in 40 Gigabit Ethernet verwendet werden, sind QSFP auf QSFP und QSFP auf 4 SFP+ Kupfer Direct Attach kabel.

Direct Attach Kabel

Aktive optische Kabel

Auf dem Markt gibt es zwei gängige aktive optische Kabel für 40 Gibabit Ethernet: QSFP bis 4 SFP+ Breakout AOC Kabel und QSFP auf QSFP AOC Kabel. Das erstgenannte ist ein 4 x 10 Gb/s paralleles aktives optisches Kabel, das vier getrennte Ströme von 10 Gb/s Daten über Bandkabel in einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Konfiguration überträgt. Das Kabel enthält ein QSFP+ Module an einem Ende und vier separate SFP+ -Module an den anderen Enden. Letzteres ist ein paralleles aktives 40 Gb/s-Kabel, das fehlerfreie parallele 4 x 10 Gb/s-Daten über Multimode-Faser (MMF)-Bandkabel überträgt.

Aktive optische Kabel

MPO/MTP-Kabel

Gegenwärtige Multimode-Optikstandards für 40Gb-Optiken verwenden mehrere 10Gbps-Laser, die gleichzeitig über mehrere Faserstränge übertragen werden, um hohe Datenraten zu erreichen. Für 40 Gigabit Ethernet können wir 8 Fasern MPO/MTP Kabelbaumkabel oder 12 Fasern MPO/MTP Stammkabel verwenden. Erst verbinden Sie einen QSFP-Port direkt mit anderen 4 SFP+ -Ports. Dann sollen Sie einen QSFP-Port direkt mit einem anderen QSFP-Port verbinden.

MPO MTP-Kabel

40GBASE-LR4 CWDM vs. 40GBASE-LR4 PSM QSFP+ Transceiver

In response to the increasing bandwidth demands, the IEEE certificated 802.3ba Ethernet standard paving the way for the introduction of 40G and 100G Ethernet operations. Whether you believe it or not, the era of 40G Ethernet is upon us. 40GBASE QSFP+ (quad small form factor pluggable) portfolio offers customers a wide variety of high-density and low-power 40 Gigabit Ethernet connectivity options for data center, high-performance computing networks, enterprise core and distribution layers, etc. For instance, 40GBASE-SR4 and 40GBASE-LR4 QSFP+ transceiver are the common 40 Gigabit Ethernet connectivity options. 40GBASE-SR4 transceiver usually uses multimode fiber for short-reach application, while 40GBASE-LR4 QSFP+ is mostly favored by users for long-hual application. However, there are two links for 40GBASE-LR4 standards. One is coarse wavelength division multiplexing (CWDM). The other is parallel single-mode fiber (PSM). What’s the difference between them? In this article, a brief contrast between them will be introduced to you.

40GBASE-LR4 CWDM QSFP+ Transceiver

The 40GBASE-LR4 CWDM QSFP+ transceiver is compliant to IEEE P802.3ba 40GBASE-LR4 standard. This QSFP module supports link lengths of up to 10km over single-mode fiber (SMF) with duplex LC connectors. This transceiver converts 4 inputs channels of 10G electrical data to 4 CWDM optical signals by a driven 4-wavelength distributed feedback (DFB) laser array, and then multiplexes them into a single channel for 40G optical transmission, propagating out of the transmitter module from the SMF. Reversely, the receiver module accepts the 40G CWDM optical signals input, and demultiplexes it into 4 individual 10G channels with different wavelengths. The central wavelengths of the 4 CWDM channels are 1271, 1291, 1311 and 1331 nm (defined as members of the CWDM wavelength grid in ITU-T G694.2). Each wavelength channel is collected by a discrete photo diode and output as electric data after being amplified by a transimpedance amplifier (TIA).

CWDM-QSFP

40GBASE-LR4 PSM QSFP+ Transceiver

Unlike CWDM QSFP+ transceiver using a LC connector, PSM QSFP+ is a parallel single-mode optical transceiver with an MTP/MPO fiber ribbon connector. It also offers 4 independent transmit and receive channels, each capable of 10G operation for an aggregate data rate of 40G on 10km of single-mode fiber. Proper alignment is ensured by the guide pins inside the receptacle. The cable usually cannot be twisted for proper channel to channel alignment. In terms of a PSM QSFP+, the transmitter module accepts electrical input signals compatible with common mode logic (CML) levels. All input data signals are differential and internally terminated. The receiver module converts parallel optical input signals via a photo detector array into parallel electrical output signals. The receiver module outputs electrical signals are also voltage compatible with CML levels. All data signals are differential and support a data rates up to 10.3G per channel.

40G-PSM-QSFP

40GBASE-LR4 QSFP+—CWDM vs. PSM 

As noted before, 40GBASE-LR4 CWDM QSFP+ transceivers use a duplex LC connector via 2 optical single-mode fibers to achieve 40G without making any changes to the previous 10G fiber cable plant. However, 40GBASE-LR4 PSM QSFP+ transceivers use an MTP/MPO fiber ribbon connector via 8 optical single-mode fibers to reach 40G. Obviously, CWDM QSFP+ is a more cost-effective solution for 40G connectivity.

What’s more, in terms of the inner structure of an optical transceiver module, PSM QSFP+ uses a single uncooled CW laser that splits its output power into four integrated silicon modulators, which is much inexpensive than CWDM QSFP+. Besides, its array-fiber coupling to an MTP connector is relatively simple. A picture comparing the key differences between CWDM and PSM is shown below:

two links of QSFP+ 40GBASE-LR4

Additionally, the caveat is that the entire optical fiber infrastructure within a data center, including patch panels, has to be changed to accommodate MTP connectors and ribbon cables, which are more expensive than conventional LC connectors and regular SMF cables. Not to mention that cleaning MTP connectors is not a straightforward task.

Summary

To sum up, PSM and CWDM are the two links of 40GBASE-LR4 QSFP+ transceivers. Both of them can support a link distance of 10km. However, 40GBASE-LR4 CWDM QSFP+ are more common than 40GBASE-LR4 PSM QSFP+ because of its performance and low cost. Fiberstore offers a wide brand compatible 40G CWDM QSFP+ transceivers. Each of our fiber optic transceivers has been tested to ensure its compatibility and interoperability. For more information or quotation, please contact us directly.