400G光纖收發(fā)器及其應(yīng)用終極指南

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鑒于網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的不斷發(fā)展及其應(yīng)用范圍的不斷擴大，對更高帶寬和數(shù)據(jù)速率的需求導致了新型光收發(fā)器的發(fā)明。400G以太網(wǎng)收發(fā)器就是一個很好的例子，它是提高數(shù)據(jù)中心、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和電信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)容量的重要設(shè)備。本指南將詳細介紹400G光模塊的結(jié)構(gòu)、功能和在各個行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域。本文闡述了這些器件的設(shè)計和功能，并提供了高速數(shù)據(jù)傳輸、互操作性、低成本和低功耗等先進特性。無論您是網(wǎng)絡(luò)工程師還是IT從業(yè)者，還是對光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有濃厚興趣的人，本文都能很好地理解400G技術(shù)及其在現(xiàn)代連接中的相關(guān)性。

什么是400G以太網(wǎng)收發(fā)器？

400G光模塊技術(shù)概述

400G以太網(wǎng)收發(fā)器可以定義為數(shù)據(jù)傳輸單元的化身，其運行速度為400千兆位/秒(Gbps)。它使用不同的物理層接口技術(shù)，例如針對各種距離和應(yīng)用要求而設(shè)計的短距離(SR)、長距離(LR)和擴展范圍(ER)光學器件。這些收發(fā)器采用多種光波長和先進的調(diào)制技術(shù)（如PAM4）來增加光纖上的帶寬。重要部件包括激光發(fā)射器、光電二極管和數(shù)字信號處理器，所有這些都對其性能至關(guān)重要。400G收發(fā)器可用于增加數(shù)據(jù)中心內(nèi)的帶寬并將高速鏈路連接到電信網(wǎng)絡(luò)。

400G以太網(wǎng)收發(fā)器的主要特點

400G以太網(wǎng)收發(fā)器擁有多種嵌入式功能，這些功能決定了它們增強的性能和對復雜接近網(wǎng)絡(luò)的適用性。

高數(shù)據(jù)速率：與100G等提供較低吞吐量的其他前幾代產(chǎn)品相比，這些以400Gbps運行的收發(fā)器的設(shè)計是為了滿足現(xiàn)代服務(wù)提供商和數(shù)據(jù)中心的巨大帶寬需求。

多種外形尺寸：400G收發(fā)器具有多種不同的外形尺寸，例如QSFP-DD和OSFP，它們都可以實現(xiàn)更高的端口密度，并且與當前基礎(chǔ)設(shè)施向后兼容，以便于實現(xiàn)現(xiàn)代化。

波分復用(WDM)：部分或大部分400G收發(fā)器包含波分復用(WDM)技術(shù)，其中多個數(shù)據(jù)信號通過單根光纖電纜發(fā)送，從而擴展帶寬容量，這對于長途和城域應(yīng)用至關(guān)重要，因為可以最大化光纖利用率。

先進的調(diào)制技術(shù)：由于引入了PAM4調(diào)制，每個波長的有效編碼帶寬可有效加倍，每個符號可編碼雙比特。這意味著，相同數(shù)量的數(shù)據(jù)可以更高效地傳輸，而無需增加使用更多光纖所需的帶寬。

距離覆蓋范圍：不同類型的400G收發(fā)器經(jīng)過校準后可執(zhí)行一項常見任務(wù)，即長距離、短距離和擴展距離EWM。例如，用戶的登錄頁面定義超過100米，而LR可以達到10公里。

技術(shù)進步：由于技術(shù)的發(fā)展，400G收發(fā)器的輸出功率也更加節(jié)能。這些收發(fā)器的功率約為7-15瓦，因此在批量使用方面更經(jīng)濟。

標準化：所有行業(yè)協(xié)議均表明400收發(fā)器與許多其他設(shè)備結(jié)合使用，為網(wǎng)絡(luò)運營商提供投資的靈活性和安全性。

正是這些特性決定了對400G以太網(wǎng)收發(fā)器的需求，它們對于高速網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展至關(guān)重要，可以滿足云計算、人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的充分數(shù)據(jù)傳輸需求。

400G收發(fā)器如何在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中工作

400G收發(fā)器在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中占有重要地位，因為它們可以增強寬帶寬上的數(shù)據(jù)傳輸。為此，收發(fā)器利用多路復用技術(shù)，將多個數(shù)據(jù)流匯集在一起并通過一條光纜發(fā)送，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。使用標準PAM4調(diào)制技術(shù)對數(shù)據(jù)進行調(diào)制，使這些收發(fā)器能夠?qū)崿F(xiàn)每根光纖x2的數(shù)據(jù)速率，而無需更多光纖加固。

不同的收發(fā)器使用單模和多模光纖構(gòu)建，并使用適合該特定部署模式的懸臂資源。它們利用光放大器和色散補償技術(shù)來保持長距離通信的質(zhì)量。它們還利用自適應(yīng)光學方法，通過補償用于傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)上的不同條件來提高性能?？偠灾?，400G收發(fā)器對于處理云計算、視頻點播和其他形式的大數(shù)據(jù)吞吐量日益增長的帶寬需求至關(guān)重要。

比較不同的400G收發(fā)器外形尺寸

QSFP-DD：四通道小型可插拔雙倍密度

QSFP-DD收發(fā)器旨在通過增加通道數(shù)量（比標準QSFP多2個）來實現(xiàn)400G傳輸。這有助于實現(xiàn)SOSA，而無需強制更換QSFP接口。QSFP-DD外形尺寸的設(shè)計支持無源和有源銅纜和光纖，可在不同的網(wǎng)絡(luò)場景中提供靈活性。此外，它采用了改進的熱管理機制，以優(yōu)化在大量數(shù)據(jù)操作下的性能。體積小且非常密集，使其成為HPC數(shù)據(jù)中心的理想選擇，并且可在帶寬要求高的空間中最佳部署。

OSFP：八進制小型可插拔

OSFP（八進制小型可插拔）傳輸高效的400G數(shù)據(jù)，采用八進制設(shè)計，支持八個獨立數(shù)據(jù)通道。此設(shè)計中的增強功能可顯著增加帶寬，同時確保最大程度地利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施。OSFP面向高密度區(qū)域，因為它提供先進的熱管理解決方案，允許在最大負載下在惡劣的工作條件下運行。此外，它還非常適合銅纜和光纜，即使在數(shù)據(jù)中心和高性能計算環(huán)境中也是如此，在這些情況下速度和空間至關(guān)重要。

其他規(guī)格：CFP8和COBO

CFP8（即C型可插拔8收發(fā)器模塊）提供小巧堅固的400G接口，支持多種不同的傳輸技術(shù)。得益于現(xiàn)代調(diào)制技術(shù)，該收發(fā)器中有四個通道，每個通道以100G的速度運行，這增強了帶寬壓縮并最大限度地降低了功耗。CFP8外形尺寸的設(shè)計采用了板載冷卻裝置，可增強高使用密度網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的工作性能。其架構(gòu)還向后兼容前幾代CFP標準，以簡化網(wǎng)絡(luò)部署。

標準COBO（板載光學器件聯(lián)盟）是一種全新的光通信方法，因為它將板載光學器件作為電路的一部分，而不是單獨進行增強。這種新方法具有一些顯著的優(yōu)勢，因為主體尺寸減小到最小水平，信號質(zhì)量得到改善，因此各種性能基準得到優(yōu)化。COBO模塊可用于傳輸不同距離和電纜類型的高容量數(shù)據(jù)，這顯然使它們在各種網(wǎng)絡(luò)配置中更加通用。為了滿足日益增長的數(shù)據(jù)需求，同時簡化系統(tǒng)的設(shè)計和分布，COBO技術(shù)已被引入市場，尤其是在光收發(fā)器行業(yè)。

400G光模塊在數(shù)據(jù)中心有哪些應(yīng)用？

高速數(shù)據(jù)傳輸

高速數(shù)據(jù)傳輸是現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心不可或缺的要素，因為隨著用戶數(shù)量的增加和處理能力的提高，數(shù)據(jù)量也呈指數(shù)級增長。對于此類應(yīng)用，400G收發(fā)器被認為是滿足云計算、人工智能和大數(shù)據(jù)等各種領(lǐng)域高帶寬需求的不可或缺的解決方案。

例如，在數(shù)據(jù)中心等環(huán)境中，安裝400G收發(fā)器來連接機架中的交換機和服務(wù)器，使每個機架的數(shù)據(jù)傳輸速度超過10兆比特/秒。此功能大大減少了延遲，使其對于對延遲敏感的應(yīng)用來說非常有效。此外，據(jù)報道，與前幾代相比，400G技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)能將收發(fā)器的每千兆位功耗降低高達70%，從而降低成本并保護環(huán)境。

同樣，這些高帶寬400G收發(fā)器還能夠利用PAM4等先進調(diào)制格式，無需擴展帶寬即可實現(xiàn)每通道兩倍的數(shù)據(jù)速率。這種改進對于高頻交易應(yīng)用非常重要，因為每微秒對于交易執(zhí)行都至關(guān)重要。隨著數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿咚俣冗\行的結(jié)構(gòu)，集成400G收發(fā)器將成為更快提高整個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量的必需品。

優(yōu)化帶寬和端口密度

此外，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的帶寬和端口密度是最大限度提高資源利用率和確保數(shù)據(jù)順暢流動的關(guān)鍵方法之一。對于組織而言，使用400G收發(fā)器解決方案更具成本效益，因為它有助于節(jié)省更多空間并提高傳輸容量。諸如多速率接口(MRI)之類的技術(shù)允許在單個物理端口中操作多個通道，從而有效增加帶寬而無需額外的硬件要求。還可以擴展主干-葉子架構(gòu)并將其作為分層模型實現(xiàn)在附加葉子網(wǎng)絡(luò)中，這增加了需求可擴展性和靈活性，從而改善了負載平衡并最大限度地減少了擁塞的可能性。實施此類策略可以提高系統(tǒng)的性能，同時通過降低資本投資和提高節(jié)能效果來影響成本結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性

在引入400G收發(fā)器技術(shù)時，考慮它們?nèi)绾稳谌氍F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是重中之重。大多數(shù)當代網(wǎng)絡(luò)元素（無論是路由器、交換機還是光傳輸基礎(chǔ)設(shè)施）均采用行業(yè)標準的100G收發(fā)器及其模塊化模式設(shè)計，以允許插入其他類型的收發(fā)器。知名供應(yīng)商還包括向后兼容功能，以便400G模塊可以與當前技術(shù)（例如100G和10G）配合使用，而不會出現(xiàn)任何性能中斷。此外，以太網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)絡(luò)等各種標準化協(xié)議減少了現(xiàn)有系統(tǒng)集成的障礙。組織確實會考慮到網(wǎng)絡(luò)中新興硬件的存在，并通過逐步進行性能測試來規(guī)劃其安裝，以確保保留所需的目標，并在系統(tǒng)更改期間不損害網(wǎng)絡(luò)運營結(jié)構(gòu)的完整性。

了解400G光模塊

400G光模塊的類型

400G光收發(fā)器通常有5種類型，具體取決于制造方式以及此類系統(tǒng)的工作距離。以下是一些最常見類型的示例：

QSFP-（四通道小型可插拔雙密度）：支持高達400G以太網(wǎng)；非常適合高密度設(shè)置。

OSFP：提供與QSFP-DD相同的功能，但設(shè)計更笨重，可改善散熱。

CFP8：支持光接口，適合高速工作。

PAM4：收發(fā)器中采用的一種數(shù)據(jù)通信方案，利用現(xiàn)有帶寬兩倍的數(shù)據(jù)速率，從而提高數(shù)據(jù)吞吐量。

所有這些類型都有其規(guī)格并滿足增強網(wǎng)絡(luò)運行的不同需求。

性能指標：數(shù)據(jù)速率和傳輸距離

400G光模塊的性能指標至少要包括兩個參數(shù)，即數(shù)據(jù)速率和傳輸距離。光模塊的數(shù)據(jù)速率通常以千兆位/秒為單位，是衡量特定傳輸節(jié)點能夠承載多少信息的指標。與之前的型號相比，這些400G標準的光模塊能夠處理更多數(shù)量級的數(shù)據(jù)。

傳輸距離也稱為信號無任何明顯失真或性能下降的距離。這些距離取決于所用光纖的類型，是多模還是單模。例如，400g多模光纖支持的范圍可達150米，而單模光纖可以將范圍有效性提高到幾公里的極遠距離。這些措施對于在施工和網(wǎng)絡(luò)部署期間正確選擇組件非常重要。

400G收發(fā)器使用的電纜類型

選擇合適類型的電纜對于充分利用400G光收發(fā)器非常重要。常用的電纜如下：必需的電纜包括：

單模光纖(SMF)：這種光纖只有一個傳輸端，專為長距離傳輸而設(shè)計，允許在500米以上的距離內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。這種*28小芯徑差分玻璃光纖的芯徑特別小，不幸的是，由于單模徑向傳播受到限制，它減少了色散，從而有助于大多數(shù)光信號在長距離上傳輸。

多模光纖(MMF)：主要用于短距離應(yīng)用。多模光纖能夠支持高達400G的高數(shù)據(jù)速率，但僅對150米以上的可靠傳輸距離有效。其更大的芯徑允許同時傳輸多種光模式，并且適用于建筑物內(nèi)和建筑物間的連接。

有源光纜(AOC)：這是一種特殊類型的有源電纜，電纜組件本身包含光收發(fā)器。AOC專為高帶寬短距離應(yīng)用而設(shè)計，是一種在數(shù)據(jù)中心內(nèi)連接設(shè)備的廉價方式，非常適合距離通常不超過100米的400G應(yīng)用。

總之，單模光纖、多模光纖和有源光纜的選擇完全取決于網(wǎng)絡(luò)要執(zhí)行的工作性質(zhì)，特別是其距離、帶寬和安裝成本。

有關(guān)400G以太網(wǎng)和光纖收發(fā)器的常見問題解答

100G和400G收發(fā)器之間有什么區(qū)別？

吞吐量是100G和400G收發(fā)器之間的主要區(qū)別。與能夠以給定速度傳輸數(shù)據(jù)的100G收發(fā)器不同，在這種情況下，容量更大的400G收發(fā)器能夠做到這一點，并為傳輸系統(tǒng)內(nèi)的更多流量釋放空間并提高效率。還有一個事實是，400G收發(fā)器通常支持更先進的調(diào)制格式，這對于在人口密集的地區(qū)和更長的距離內(nèi)提供效率非常有用。此外，隨著技術(shù)的進步，400G收發(fā)器每千兆位的功耗也低于通常的100G收發(fā)器，使其成為當代數(shù)據(jù)中心使用的更好選擇。

如何為網(wǎng)絡(luò)選擇合適的400G收發(fā)器？

選擇400G收發(fā)器時必須考慮許多因素，以確保獲得的性能與成本合理。以下是一些重點：

傳輸距離：確定網(wǎng)絡(luò)元素之間的最遠物理間隔。根據(jù)距離，不同的收發(fā)器效果最佳；短距離SR（70米）多模光纖最適合短距離，而長距離LR（最長10公里）單模光纖最適合長距離。

調(diào)制格式：分析收發(fā)器能夠運行的調(diào)制格式。更復雜的調(diào)制格式或先進的PAM4（4脈沖幅度調(diào)制）技術(shù)可用于幫助提高比特率并提高設(shè)計效率，尤其是在高密度設(shè)計中。

連接器類型：連接器兼容性對于實現(xiàn)與現(xiàn)有布局的輕松連接至關(guān)重要。SC、LC、外部/中間和啟動器連接器等的選擇取決于布線類型和應(yīng)用。

功耗：衡量收發(fā)器在能源方面的運行能力。這是因為當數(shù)據(jù)中心采用“綠色”重點時，每千兆位采用較低的功耗將反過來減少系統(tǒng)恢復使用所產(chǎn)生的稅費，從而提高整體效率。

兼容性與標準：檢查現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和協(xié)議是否可以集成。確保收發(fā)器符合IEEE、OIF等組織提供的標準，以便與其他網(wǎng)絡(luò)互通。

因此，通過考慮上述因素，網(wǎng)絡(luò)管理員能夠選擇最佳的400G收發(fā)器，滿足其基礎(chǔ)設(shè)施需求，同時又不影響性能和數(shù)據(jù)傳輸。

400G技術(shù)的未來趨勢是什么？

由于已經(jīng)確定了某些趨勢，400G技術(shù)的未來前景有望合理發(fā)展和富有成效的部署。

相干技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛：鑒于網(wǎng)絡(luò)流量水平和增長趨勢，相干光學技術(shù)對于提高400G網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和距離至關(guān)重要。該技術(shù)能夠覆蓋長距離，從而滿足云計算和互聯(lián)網(wǎng)的需求。

800G及以上技術(shù)的進步：業(yè)界已經(jīng)預見到從400G到800G及更高技術(shù)的過渡將成為世界正常趨勢。通過這種轉(zhuǎn)變，光子集成將改變數(shù)據(jù)傳輸方式，從而降低每單位傳輸信息所消耗的能量。

網(wǎng)絡(luò)模塊化和智能化程度的提高：未來趨勢表明，網(wǎng)絡(luò)管理將受到自動化和人工智能(AI)技術(shù)的深度驅(qū)動。這些技術(shù)將消除操作繁瑣的工作，提高故障查找能力和整體網(wǎng)絡(luò)運行性能，從而改善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使其更加靈活，容錯能力更強。

這些變化將促進400G技術(shù)的發(fā)展以及下一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃。

常見問題

什么是400GQSFP-DD光模塊？

400GQSFP-DD收發(fā)器是一種用于400千兆以太網(wǎng)連接的先進光學模塊。QSFP-DD代表四通道小型可插拔雙密度收發(fā)器，其推出是為了實現(xiàn)比QSFP標準中的前代產(chǎn)品更高的數(shù)據(jù)速率。

400G光模塊主要有哪些類型？

400G光模塊的主要類型包括400GQSFP-DD、400GOSFP、SR8、DR4、LR4和FR4。根據(jù)其范圍和應(yīng)用，光模塊可分為不同類型：短距離-100米，中等距離-超過1公里，長距離-最遠10公里。

400G收發(fā)器與400gsqft-max速率收發(fā)器相比如何？

400GOSFP也針對千兆以太網(wǎng)，但封裝外觀略有不同。400GOSFP晶體管也可以像400GQSFP-DD一樣支持400Gbps傳輸速率，但由于OSFP結(jié)構(gòu)，與QSFPDD相比，OSFP的最低限度下熱管理穩(wěn)定性導致功耗存在上限。

400GDR4收發(fā)器的規(guī)定范圍是多少？

400GDR4收發(fā)器是采用四元件設(shè)計的400G模塊之一，通常支持單模光纖中長達500米的傳輸距離。這是通過使用四個以PAM4調(diào)制的光通道(DR)來實現(xiàn)400Gbps速率的。

400GQSFP-DD光模塊可以實現(xiàn)哪些應(yīng)用？這些應(yīng)用的性能如何？

400GQSFP-DD收發(fā)器在數(shù)據(jù)中心、高性能計算和電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中的使用更為頻繁。它有助于提高云計算、視頻點播、高性能計算應(yīng)用和分析等應(yīng)用中的數(shù)據(jù)傳輸速度和容量。

400GSR8光模塊適用于哪些應(yīng)用？

400GSR8收發(fā)器屬于短距離類型，通常用于多模光纖上約100米的距離范圍。它們使用8個通道進行數(shù)據(jù)傳輸，每個通道50Gbps，主要用于數(shù)據(jù)中心連接。

過渡到400G以太網(wǎng)技術(shù)有哪些優(yōu)點和缺點？

過渡到400G以太網(wǎng)有許多優(yōu)勢，其中包括能夠支持更寬的帶寬以及更低的延遲。它滿足了通常的數(shù)據(jù)增長要求，并滿足了設(shè)計適應(yīng)下一代應(yīng)用和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)的需求。

是否可以將400GQSFP-DD收發(fā)器與當前的QSFP28端口一起使用？

400GQSFP-DD收發(fā)器不適用于與域QSRP28上的現(xiàn)有端口向后兼容。QSFP-DD專用于400G操作，如果沒有合適的QSFP-DD，則無法與現(xiàn)有接口配合使用。

400G交換機中的CWDM是什么？

CWDM是指粗波分復用。在400G光學領(lǐng)域中，CWDM技術(shù)可以將多個光信號匯集到一起并放入一根光纖中，從而增強光纖鏈路的帶寬容量。

400G以太網(wǎng)解決方案中的收發(fā)器概述是什么？

400G以太網(wǎng)解決方案中的收發(fā)器概述涉及收發(fā)器模塊方面的描述和細節(jié)，例如類型、400G收發(fā)器外形尺寸、應(yīng)用和規(guī)格。

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