Wie erreicht ein 100G-Transceiver eine Übertragungskapazität von 100 Gbit/s?

Da Rechenzentren höhere Übertragungsgeschwindigkeiten und größere Bandbreiten benötigen, nimmt 100G-Ethernet einen immer größeren Marktanteil ein. Immer mehr Rechenzentren setzen auf 100G-Ethernet-Datenübertragung. Laut einem Bericht von IHS Infonetics profitieren derzeit über 50 % der Rechenzentren von der hervorragenden Leistung von 100G-Transceivern. Wissen Sie, wie ein 100G-Transceiver eine Übertragungskapazität von 100 Gbit/s erreicht? Dieser Beitrag stellt verschiedene QSFPTEK-Typen vor. 100G-Transceiver im Detail.

Übertragungsprinzipien für 100G-Transceiver

QSFP28 100G SR4

QSFP28SR4 Das optische Modul ist ein Hot-Plug-fähiger Vollduplex-Transceiver. Er wird üblicherweise für die Übertragung von 100G-Ethernet-Daten im Nahbereich verwendet und hat eine Arbeitswellenlänge von 850 nm. Dank seines Miniaturdesigns ist der QSFP28 SR4 kleiner als der 100G-CFP/CXP-Transceiver. Die Leistungsaufnahme des QSFP28 SR4 beträgt üblicherweise 3.5 W oder weniger. Der QSFP28-100G-SR4 ist standardisiert nach IEEE 802.3ba, SFP28 MSA, SFF-8665, SFF-8636, RoHS, CPRI und eCPRI. Das Funktionsprinzip besteht darin, Daten über vier unabhängige Kanäle zu senden oder zu empfangen. Die Datenrate der vier Kanäle beträgt somit 25 Gbit/s, was einer Datenrate von 100 Gbit/s entspricht.

QSFP28 SR4 überträgt parallele optische Signale über die Sendeseite. Es nutzt das Layer-Array, um die parallelen elektrischen Eingangssignale in parallele optische Signale umzuwandeln. Da es sich bei den Eingangssignalen um parallele Signale handelt, ist es für die parallele Übertragung auf MTP/MPO-Multimode-Bändchenfasern abgestimmt. Nach dem Empfang der Signale werden diese über das PIN-Array in elektrische Signale umgewandelt. Auch hier handelt es sich um parallele elektrische Signale. Die maximale Übertragungsdistanz beträgt bis zu 70 m über OM3-Faser und 100 m über OM4-Faser. Das 100GBASE SR4-Modul kann bis zu 12 m an einen 100-Faser-MMF-Strang MTP/MPO angeschlossen werden.

Abbildung 1: Funktionsprinzip von QSFP28 SR4

QSFP28 100G PSM4 

Der QSFP28 100G PSM4 ist ein Hot-Plug-fähiges optisches Transceiver-Modul mit geringem Stromverbrauch und integrierter digitaler Diagnosefunktion. PSM4 MSA standardisiert das 100GBASE PSM4. Der Unterschied zwischen PSM4 und SR4 besteht darin, dass PSM4 bei 1310 nm arbeitet. Zudem beträgt der Stromverbrauch von PSM4 weniger als 3.5 W. Es ist für Singlemode-Langstreckenübertragungen bis zu 500 m über 12 Glasfaser-MTP/MPO-Anschlüsse ausgelegt.

Das Funktionsprinzip von 100GBASE PSM4 ähnelt dem des 100GBASE SR4-Moduls. Die Übertragung erfolgt ebenfalls über vier separate Kanäle. Die Einkanal-Übertragungsrate beträgt 25 Gbit/s. Die elektrischen Eingangssignale werden intern über das Layer-Array in parallele optische Signale umgewandelt. Das parallele optische Signal wird in ein paralleles elektrisches Signal umgewandelt. QSFP28 SR4 unterscheidet sich dadurch, dass es für Singlemode-Fasern verwendet wird, während QSFP28 SR4 üblicherweise für Multimode-Fasern verwendet wird.

Abbildung 2: Funktionsprinzip von QSFP28 PSM4

100GBASE CWDM4

Der QSFP28 CWDM4 ist für die 100G-Ethernet-Datenübertragung konzipiert und vollständig kompatibel mit dem QSFP MSA-, CWDM4 MSA- und IEEE P802.3bm-Protokoll. Das Funktionsprinzip von 100GBASE CWDM4 besteht darin, elektrische Eingangsdaten in optische CWDM-Signale umzuwandeln. Vier unabhängige Kanäle mit 25 Gbit/s werden zu einem einzigen 100 Gbit/s-Kanal gemultiplext. Im Empfangsterminal demultiplext der QSFP28 CWDM4 ein optisches 100-Gbit/s-Eingangssignal in vier unabhängige elektrische Ausgangsdaten.

Es überträgt Daten normalerweise bis zu 2 km über eine Singlemode-Faser, es gibt vier Hauptwellenlängenbereiche: L0: 1271 nm (1264.5–1277.5 nm), L1: 1291 nm (1284.5–1297.5 nm), L2: 1311 nm (1304.5–1317.5 nm), L3: 1331 nm (1324.5–1337.5 nm) und sein Stromverbrauch beträgt nicht mehr als 3.5 W. Es verwendet einen LC-Stecker nach Industriestandard, um vier optische Signale von vier Wellenlängen an die Singlemode-Faser zu koppeln.

Abbildung 3: Funktionsprinzip von QSFP28 CWDM4

100GBASE-LR4

Der QSFP28LR4 Der Transceiver ist vollständig IEEE802.3ba-kompatibel und für Hot-Plug-fähige Vollduplex-Übertragungskanäle mit vier Kanälen ausgelegt. Er eignet sich für 100G-Ethernet-Langstreckenübertragungen mit einer maximalen Übertragungsreichweite von bis zu 10 km. Der Wellenlängenbereich liegt zwischen 1295 und 1310 nm. Der 100GBASE LR4 erfüllt die Anforderungen von Hochleistungsrechnern und sehr großen Rechenzentren.

Ein 100GBASE LR4-Transceiver kann vier unabhängige Kanäle mit 25 Gbit/s elektrischen Signalen in optische Signale mit vier unabhängigen Kanälen umwandeln. Anschließend multiplext das QSFP28 LR4-Modul das optische Signal in einen einzigen Kanal für eine 100G-Glasfaserverbindung. Am Empfangsterminal wandelt das Modul das optische Eingangssignal in ein LAN-WDM-Lichtsignal mit vier separaten Kanälen um und wandelt das optische Signal anschließend in vier elektrische Ausgangskanäle um.

Abbildung 4: Funktionsprinzip von QSFP28 LR4

QSFP28 ER4 

Der 100GBASE ER4 Der optische Transceiver ist vollständig kompatibel mit dem QSFP MSA-, IEEE 802.3ba 100GBASE-ER4 Lite- und OTU4-Standardprotokoll. Der QSFP28 ER4 überträgt Singlemode-Signale mittels dichter Wellenlängenmultiplextechnologie. Dieses optische Modul ist für Singlemode-Glasfaserkabel konzipiert und hat eine Arbeitswellenlänge von 1310 nm. Die maximale Leistungsaufnahme des QSFP28 ER4 beträgt 4.5 W. Durch die Verwendung eines Halbleiter-Optikverstärkers (SOA) zur Verstärkung des optischen Signals vor dem Eintritt in den PIN-Fotodetektor wurde die Übertragungsdistanz des ER4 deutlich verbessert; die maximale Übertragungsdistanz beträgt bis zu 40 km.

Die Arbeitswellenlänge des optischen Transceivers 100GBASE ER4 entspricht der LAN-WDM-Wellenlänge (1295 nm, 1300 nm, 1305 nm, 1310 nm). Der 100GBASE ER4 kann vier Wellenlängen optischer Signale multiplexen. Er wird üblicherweise über einen industrieüblichen LC-Stecker an die Singlemode-Faser angeschlossen. Zusätzlich können die Wellenlängensignale mittels WDM-MUX auf einer SMF-Faser zusammengefasst werden, um eine 100G-Lichtwellenleiterübertragung zu ermöglichen. Beim Empfänger unterstützt der optische Halbleiterverstärker das Modul bei der Signalverstärkung, bevor ein WDM-Demux die Signale in vier unabhängige Datenübertragungskanäle aufteilt.

Abbildung 5: Funktionsprinzip von QSFP28 ER4

Fazit

Nach der Einführung dieser verschiedenen optischen 100G-Module kennen Sie vermutlich bereits deren Funktionsprinzip und wissen, wie sie eine Übertragungsrate von 100G erreichen. QSFPTEK bietet verschiedene kompatible optische 100G-Module an. Darüber hinaus QSFPTEK bietet 100G-Transceiver im QSFP28-Format an und ermöglicht so kostengünstige, hochdichte und stromsparende 100G-Ethernet-Konnektivitätslösungen für Rechenzentren, Verteilungsebenen und Service-Provider-Anwendungen. Kontaktieren Sie unseren Kundenservice für ein Angebot unter [email protected].