Porty 10Gb Ethernetu jsou nejčastěji osazeny nějakým druhem modulárního transceiveru. Tak jako u 1Gb Ethernetu (a FibreChannelu a SDH apod.) se používají známé starší GBICy a SFP, u 10Gb Ethernetu jsou dnes údajně nejprogresivnější transceivery ve formátu SFP+, k vidění je nadále i formát XFP, Cisco má svůj formát X2. Tyto zkratky se týkají vnitřního konektoru mezi elektronikou síťového aktivního prvku a transceiverem, a dále mechanických rozměrů transceiveru.
Méně často jsou vidět 10GbE transceivery "napevno zabudované", které jsou beztak typicky realizovány XFP nebo SFP+ transceiverem s drátovými vývody pro přímou montáž do desky plošného spoje. Klasickou koncepci bez modulárního transceiveru lze očekávat u metaliky, především u 10GBase-T.
Každý formát transceiveru se dodává i s několika typy konektorů / fyzických rozhraní.
Začíná to na první pohled konektorem pro připojení kabelu. Solidní variantou je optika - asi nejběžnějším konektorem je LC (duplexní) na transceiverech SFP+ nebo XFP, případně SC (duplexní) na transceiverech Cisco X2. Levnější (obvykle) variantou je tradičně metalika zvaná "CX4", oproti optice přirozeně s mnohem omezenějším dosahem a méně ohebnou kabeláží. Asi posledním výstřelkem módy na metalice je kabeláž 10GBase-T, která §§používá konektory RJ-45 a čtyřpárovou CAT* metráž.
Ať už je použit konektor LC (SFP+, XFP) nebo SC (X2), samozřejmě se s tímto konektorem vyrábějí transceivery pro singlemode i multimode kabeláž v různých variantách dosahu apod.
Výkony vysílačů a rozsahy citlivosti přijímačů jsou standardizovány, takže vzájemná kompatibilita co do těchto základních parametrů by měla být samozřejmostí, a to i navzájem mezi různými formáty transceiverů / typy optických konektorů od různých výrobců - samozřejmě za předpokladu, že souhlasí "modálnost", vlnová délka, případná obskurnější modulace, WDM full duplex po jednom vlákně apod. Zmíněné vysílací výkony a citlivosti lze případně dohledat v katalogových listech uvažovaných transceiverů, a zajisté existují také praxí ověřené kombinace...
Na single-mode kabeláži není moc co vymýšlet. Dosahy jsou dány víceméně útlumem, protože rozostření hran pulzů teoreticky neexistuje. Proto jsou vzálenostní dosahy stejné například pro 1Gb i 10Gb Ethernet (za jinak stejných podmínek - stejný laser, stejné vlákno). Kategorie dostupných transceiverů podle dosahu jsou prakticky stejné, jako u tradičních single-mode transceiverů pro 1Gb Eth a další sítě dříve narozené.
Zato multimode kabeláž je pestrá jako karneval v Riu.
Asi nejviditelnější je odlišný (kratší) dosah 10Gb transceiveru oproti "podobnému" 1Gb modelu. Na 1Gb Ethernetu byl člověk zvyklý automaticky počítat s multimodovým dosahem 2 km. A třeba multimode SFP transceivery pro STM1 (155 Mbps) umí prakticky až 5 km. Na stejném vlákně je použitelný dosah 10Gb Ethernetu typicky maximálně 300 m, na méně kvalitních MM vláknech i mnohem méně. Viz například jedna zásadní tabulka na webu firmy Cisco nebo katalogový list od firmy RLC. Údaje v různých dalších pramenech se liší vcelku zanedbatelně (katalogové listy optických vláken, transceiverů apod.).
Velmi stručně řečeno, vícevidové šíření paprsku znamená, že hrany optických pulzů jsou se vzrůstající vzdáleností stále více "rozostřené" (zkosené). Toto rozostření má pro konkrétní daný materiál a délku vlákna konstantní dobu trvání. Proto je použitelný vzdálenostní dosah závislý na hodinovém taktu přenášených pulzů - při kratších pulzech (vyšším taktu) má určitá míra rozostření relativně větší váhu (rozvratný účinek na chybovost přenášených dat). Proti tomuto jevu se dá bojovat (a taky bojuje) několika způsoby.
U 10Gb Ethernetu na multimode vlákně velmi záleží na "kvalitě" vlákna. Důležitý není ani tak jmenovitý útlum na metr. Klíčovým parametrem je zde tzv. "modal bandwidth", udávaný běžně v jednotkách MHz/km. Čím vyšší, tím lépe. Znamená to, jaká šířka pásma je k dispozici na danou vzdálenost. Solidní hodnoty jsou 2000 MHz/km a víc.
Obecně je 50um vlákno v tomto parametru modernější a lepší než 65um vlákno. V rámci 50um vláken je kategorie OM3 lepší než kategorie OM2. Vlákna OM3 jsou někdy označována jako "laser-optimized", tj. určena pro použití s rychlými VCSEL vysílači (tradičním MM vysílačem je LED). Konkrétně OM3 postrádá jistou nelinearitu okolo středu jádra vlákna, která byla charakteristická pro starší materiály kategorie OM1/OM2.
Vedle důrazu na kvalitu vlákna, druhým velice zajímavým opatřením jsou tzv.
"kondicionéry" (mode conditioning patchcords).
Mode conditioning patchcord
je hybridní patchcord, kde jedno vlákno je čistý multimode, kdežto druhé
vlákno je hybridní svařenec dvou úseků, jeden multimode, druhý singlemode.
Single-mode pigtail se připojí na TX konektor duplexního 10Gb SM transceiveru
(tj. na vysílací laser). Záměrně excentricky svařený přechod SM=>MM
jednak vylepšuje soustředěnost "svazku vidů" při následném šíření MM vláknem,
druhak svítí do MM vlákna mimo geometrický střed jádra, který zejména
u 50um OM2 a starších vláken vykazoval jistou "nelinearitu".
Výsledkem je významné zlepšení dosahu i po méně kvalitní MM kabeláži.
Pozor! Kondicionéry lze zjevně nasadit pouze v kombinaci se singlemodovými transceivery!
Pro krátké vzdálenosti, typické pro MM vlákna, se pochopitelně hodí spíš "kratší"
SM transceivery (s menším světelným výkonem) - tj. LX4 nebo snad ještě LR (podobně
jako 1Gb LX/LH). Z dostupných zdrojů informací jednoznačně nevyplývá, nakolik
je nesmysl nasadit kondicionéry v kombinaci s MM transceivery a konkrétně proč,
ale jako základní důvod si lze představit útlum daný zapojením MM vysílače
(LED nebo VCSEL zdroj o mechanickém průměru odpovídajícím 50nm jádru,
s širokým vyzařovacím úhlem) do 9/125um singlemode vlákna.
Pokud při čtení dáváte pozor, určitě už Vám došlo, že "conditioning patchcords"
se na point-to-point trasy osazují ve dvojicích - ke každému aktivnímu portu jeden.
Kondicionéry mají pochopitelně praktický smysl pouze na delších trasách,
reálně půjde zřejmě hlavně o rozsáhlejší optické strukturované kabeláže
(málokdo používá přímé patchcordy delší než pár metrů).
Z výše uvedených typických dosahů je jasné, že na krátkém propoji přímým patchcordem nemá valný smysl materiál MM vlákna příliš řešit. Pokud se ale bavíme o strukturce někde ve větším objektu, tam už má smysl trochu se na kvalitu trasy zaměřit - informovat se o stávajícím stavu, případně nasadit "kondicionéry" + odpovídající transceivery. Pokud se trasa bude teprve stavět, nechat ji natáhnout materiálem OM3 (a i v rámci OM3 co nejkvalitnějším).
Klasické multimode transceivery jsou typicky značeny příponou "SR" (Short Range). Každým směrem svítí jediný klasický MM laser, typicky na vlnové délce 850 nm, hodiny běží v základním pásmu 10 GHz. Existují ale také MM transceivery značené LX4, které jsou na první pohled nápadné výrazně delším dosahem. Delší dosah zde plyne z použití WDM v kombinaci s nižším taktem per lambda. Každým směrem svítí ne jeden, ale čtyři lasery (lambdy), a to mimochodem v pásmu 1300 nm, v taktu 2.5 GHz. Pomalejší takt znamená menší citlivost na zkosení hran optických pulzů. Plyne z toho jedno důležité upozornění: nejsou všechny 10Gb MM transceivery stejné. SR a LX4 jsou sice oba určeny pro MM vlákna, ale navzájem nekompatibilní! Vlastně v mnoha ohledech je LX4 spíš SM než MM transceiver - jeho vysílač je průměrem paprsku uzpůsoben pro SM jádro (9um) a skutečně ho lze nasadit i na SM kabeláž, po které zvládne standardní vzdálenost 10 km. Naopak přijímač LX4 transceiverů je uzpůsoben i pro jádro 65um. LX4 transceivery jsou méně běžné, mohou být hůře dostupné, zejména v některých konkrétních "mechanických formátech" - pokud jste u jednoho z obou portů na daném spoji omezeni dostupností na SR transceiver, můžete naproti použít zase jedině SR modul!
Závěrem pár dalších odkazů k optice:
Konektor CX4 je možná známější jako "Infiniband",
nebo ještě lépe a jednoznačněji "SFF-8470",
jinak též externí x4 multilane SAS.
(Dnes se na SASu používá spíš SFF-8088, tj. "x4 mini SAS".)
V tomto konektoru jsou na každé straně čtyři páry pinů TX
a čtyři páry RX. Tj. v kabelu jsou 4 signálové páry pro
každý směr (dohromady 8 párů).
Pozor, varianta používaná pro CX4 10Gb Ethernet má upevnění petlicemi,
na rozdíl od IB/SAS, kde se používají šroubky.
|
|
| 10Gb Eth CX4 samec na kabelu | 10Gb Eth CX4 samice na zařízení |
|
|
| SAS/IB SFF-8470 samec | SAS/IB SFF-8470 samice |
Bitstream na každém signálovém páru běží v taktu cca 2.5 GHz v základním pásmu (obdélníkový signál, 1 bit na každý takt hodin), potažmo musí kabeláž splňovat poměrně vysoké požadavky na šířku pásma. Krát 8 párů. Vychází z toho docela tlustý neohebný kabel, maximální dosah signálu po této kabeláži je 15 m.
Zájemci o CX4 10Gb Eth se obvykle ptají: rozlišuje se přímý a křížený kabel?
Standard pro 10Gb Ethernet s propojem CX4 jednoznačně stanoví,
že CX4 kabel má být zapojen vždy jako křížený.
Konektory jsou na obou koncích stejného pohlaví, se shodným pinoutem,
prokřížení RX/TX má být provedeno v kabelu. Konkrétně viz
http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.3ak-2004.pdf
str. 48-49 PDF souboru (str. 34-35 v tisku).
Jak je to vlastně u SATA/SAS/IB kabeláže? Jestlipak by kabely byly vzájemně záměnné s 10Gb Ethernetem? Bitrate=bandwidth by zhruba odpovídal, na napětí nezáleží. Čili jde o pinout.
Konkrétně na SASu a SATA je to přesně stejně. Kabel "externí x4 SAS
to externí x4 SAS" (neplést s x4 mini-SAS) má dle specifikace prokřížené
páry pinů na A a B straně, opět na konektorech shodného pohlaví,
tj. jedná se o klasický křížený kabel. Potažmo samotný konektor
na zařízení neurčuje, zda se jedná o "hostitelský konec" nebo
"diskový konec". Viz
http://www.t10.org/ftp/t10/drafts/sas2/sas2r14.pdf
str. 207 PDF souboru (str.157 v tisku).
Zapojení kabelů pro Infiniband není na webu k nalezení - standardizační dokumenty patrně nejsou volně k dispozici. Ale asi to zapojení bude stejné jako u SATA/SAS a 10Gb CX4 Eth.
|
V této souvislosti dovolte zcela offtopic poznámku, pro pořádek: u interní SAS/SATA kabeláže pozor na "chobotnicové" rozpletové kabely, tam je to jinak! Obyčejný jednoportový diskrétní SATA kabel 1:1 (červený plochý) je přímý, tj. připojená zařízení mají sice papírově stejný pinout a pohlaví, ale potichu/implicitně se rozlišuje "initiator end" vs. "target end" (nebo jim třeba říkejte "host end" vs. "drive end") - je to podobné, jako rozlišení "počítač" vs. "switch/hub" v 10/100Base-T Ethernetu. (Případná analogie s DTE/DCE na RS232 kulhá v tom smyslu, že na RS232 je DTE od DCE rozlišeno pohlavím, tj. samec/samice.)
Z toho plyne, že "chobotnicové" kabely SAS/SATA
x4 multilane na 4 diskrétní SATA konektory jsou i při stejné
kombinaci konektorů nutně dvou druhů:
http://www.t10.org/ftp/t10/drafts/sas2/sas2r14.pdf str. 204 PDF souboru (str.154 v tisku) str. 206 PDF souboru (str.156 v tisku) |
| 1000Base-T | 10GBase-T | |
| Modulace | 5stavová PAM 2 bity na symbol | 10stavová PAM 3 bity na symbol |
| Bandwidth | 125 MBaud využité pásmo cca 80 MHz | 833 MBaud využité pásmo cca 450 MHz |
Příbuznosti s 1000Base-T odpovídá také schopnost používat přímé kabely pro všechny druhy spojů, resp. autodetekce MDI/MDI-X (přímý/křížený). Podmínkou je, aby v kabelu byly zapojeny skutečně všechny čtyři páry.
Rozdíly oproti CX4 jsou zřejmé: díky "modemové" modulaci je dosah znatelně větší i po méně kvalitní CATx kabeláži při menší frekvenční šířce pásma na každý pár. 833 MS/s skrz 450 MHz se zdá popírat poučky pana Nyquista, ale to je způsobeno "zkratkou" ve výkladu použité modulace (dva po sobě následující PAM symboly se skládají v zásadě do QAM konstelace). Daní za lepší využití pásma oproti CX4 je složitější (výpočetně náročnější) modulátor a demodulátor uvnitř PHY čipu transceiveru. Tomu odpovídá dost nepěkný topný výkon prvních vzorků hardwaru (6 - 18W). Při pečlivějším pohledu na tabulku ve výše uvedeném Tutorialu je zřejmé, že u některých výrobců většina topného výkonu jde kupodivu navrub bloku "Analog Front End", tj. analogového zpracování (snad včetně ADC), a DSP blok má menší spotřebu. Implementační detaily jsou konec konců v zásadě nepodstatné - uvidíme, jak se budou vyvíjet ceny portů.
Škoda jen, že web "IEEE Xplore" vyžaduje placenou registraci (zrovna když tohle píšu, tak vykazuje nějaké náhodné poruchy autentikace, takže občas některý článek naservíruje bez loginu - ale jedná se zřejmě o dočasný chybový stav). Google na tomto webu najde k tématu spoustu zajímavého a detailního materiálu.
Závěrem ještě odkaz na Wikipedii.