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光纤收发器

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  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;如:监控安全工程的高清视频图像传输;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作用。


1作用

  光纤收发器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,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。有了光纤收发器,也为需要将系统从铜线升级到光纤,为缺少资金、人力或时间的用户提供了一种廉价的方案。光纤收发器的作用是,将我们要发送的电信号转换成光信号,并发送出去,同时,能将接收到的光信号转换成电信号,输入到我们的接收端。

2分类

  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,主要有深圳三旺通信、光路科技、瑞斯康达、烽火、博威、德胜、Netlink、迅捷、腾达等。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。

  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;

  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。

  所需分类

  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;

  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。

  工作层次/速率

  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光纤收发器以及10/100/1000自适应收发器。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。

  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,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。

  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;

  网管分类

  可以分为非网管型光纤收发器和网管型光纤收发器。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,大多采用主从式的管理结构,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。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。

  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。

  工作方式分类

  全双工方式(full duplex)是指当数据的发送和接收分流,分别由两根不同的传输线传送时,通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作,这样的传送方式就是全双工制,如图1所示。在全双工方式下,通信系统的每一端都设置了发送器和接收器,因此,能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向的切换,因此,没有切换操作所产生的时间延迟。

  半双工方式(half duplex)是指使用同一根传输线既作接收又作发送,虽然数据可以在两个方向上传送,但通信双方不能同时收发数据,这样的传送方式就是半双工制。采用半双工方式时,通信系统每一端的发送器和接收器,通过收/发开关转接到通信线上,进行方向的切换,因此,会产生时间延迟。

3特点

  光纤收发器通常具有以下基本特点:

  1. 提供超低时延的数据传输。

  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)。

4优势

  提到光纤收发器,人们常常不免会将光纤收发器与带光口的交换机进行比较,下面主要谈一下光纤收发器相对于光口交换机的优势。

  首先,光纤收发器加普通交换机在价格上远远比光口交换机便宜,特别是有些光口交换机在加插光模块后会损失一个甚至几个电口,这样可以使运营商在很大程度上减少前期投资。

  其次,由于交换机的光模块大多没有统一标准,因此光模块一旦损坏就需要从原厂商用相同的模块更换,这样给后期的维护带来很大的麻烦。但光纤收发器不同厂商的设备之间在互连互通上已没有问题,因此一旦损坏也可以用其他厂商的产品替代,维护起来非常容易。

  还有,光纤收发器比光口交换机在传输距离上产品更加齐全。当然光口交换机在很多方面上也具有优势,如可统一管理、统一供电等,这里就不再讨论了。

5发展趋势

  光纤收发器产品在不断的发展和完善中,用户对设备也提出了很多新的要求。

  首先,当今的光纤收发器产品还不够智能。举个例子,当光纤收发器的光路断掉后,大多数产品另一端的电口仍然会保持开启状态,因此上层设备如路由器、交换机等依然还是会继续向该电口发包,导致数据不可达。希望广大设备提供商能在光纤收发器上实现自动切换,当光路DOWN掉后,电口自动向上报警,并阻止上层设备继续向该端口发送数据,启用冗余链路以保证业务不中断。

  其次,光纤收发器本身应能更好地适应实际的网络环境。在实际工程中,光纤收发器的使用场所多为楼道内或室外,供电情况十分复杂,这就需要各个厂商的设备最好能支持超宽的电源电压,以适应不稳定的供电状况。同时由于国内很多地区会出现超高温和超低温的天气情况,雷击和电磁干扰的影响也是实际存在的,所有这些对收发器这种室外设备的影响都非常大,这就要求设备提供商在关键元器件的采用、电路布板和焊接以及结构设计上都必须精心严格。

  此外,在网管控制方面,用户大都希望所有网络设备能通过统一的网管平台来进行远程的管理,即能够将光纤收发器的MIB库导入到整个网管信息数据库中。因此在产品研发中需保证网管信息的标准化和兼容性。

  光纤收发器在数据传输上打破了以太网电缆的百米局限性,依靠高性能的交换芯片和大容量的缓存,在真正实现无阻塞传输交换性能的同时,还提供了平衡流量、隔离冲突和检测差错等功能,保证数据传输时的高安全性和稳定性。因此在很长一段时间内光纤收发器产品仍将是实际网络组建中不可缺少的一部分,相信今后的光纤收发器会朝着高智能、高稳定性、可网管、低成本的方向继续发展。

6选择兼容性

  由于光纤收发器(Fiber Converter)为区域网络连接器设备之一,所以必须考虑与周边环境相互兼容性的配合,及本身产品的稳定性、可靠性,反之:价格再低,也无法得到客户的青睐!

  1、本身是否支持全双工及半双工?

  市场上有些芯片只能使用全双工环境,无法支持半双工,如接到其他品牌的交换机(SWITCH)或集线器(HUB),而它又使用半双工模式,则一定会造成严重的冲突及丢包。

  2.是否与其它光纤收发器做过连接测试?

  市面上的光纤收发器收发器越来越多,不同品牌的收发器相互的兼容性事前没做过测试则会产生丢包、传输时间过长、忽快忽慢等现象。

  3、是否有防范丢包的安全装置?

  有些厂商在制造光纤收发器收发器时,为了降低成本,往往采用寄存器(Register)数据传输模式,这种方式最大的缺点就是传输时不稳定、丢包,而最好的就是采用缓冲线路设计,可安全避免数据丢包。

  4、温度适应能力?

  光纤收发器本身使用时会产生高热,温度过高时(不能大于85°C),光纤收发器是否工作正常?是非常值得客户考虑的因素!

  5、是否有符合IEEE802.3u标准?

  光纤收发器如符合IEEE802.3标准,即delay time控制在46bit,如超过46bit时,则表示光纤收发器所传输的距离会缩短!!

7连接方式

  环形骨干网

  环形骨干网是利用SPANNING TREE特性构建城域范围内的骨干,这种结构可以变形为网状结构,适合于城域网上高密度的中心小区,形成容错的核心骨干网络。环形骨干网对IEEE.1Q及ISL网络特性的支持,可以保证兼容于绝大多数主流的骨干网络,如跨交换机的VLAN、TRUNK等功能。环形骨干网可为金融、政府、教育等行业组建宽带虚拟专网。

  链形骨干网

  链形骨干网利用链形的联接可以节省大量的骨干光线数量,适合于在城市的边缘及所属郊县地区构造高带宽低价位的骨干网络,该模式同时可用于高速公路、输油、输电线路等环境。链形骨干网对IEEE802.1Q及ISL网络特性的支持,可以保证兼容于绝大多数的骨干网络,可为金融、政府、教育等行业组建宽带虚拟专网。链形骨干网是可以提供图像、语音、数据及实时监控综合传输的多媒体网络。

  用户接入系统

  用户接入系统利用10Mbps/100Mbps自适应及10Mbps/100Mbps自动转换功能,可以联接任意的用户端设备,无需准备多种光纤收发器,可为网络提供平滑的升级方案。同时利用半双工/全双工自适应及半双工/全双工自动转换功能,可以在用户端配置廉价的半双工HUB,几十倍的降低用户端的组网成本,提高网络运营商的竞争力。

8常见问题

  1.Power灯不亮

  电源故障。

  2.LOS灯不亮必有以下故障

  (a)从机房到用户端的光缆已经断了;

  (b) SC尾纤与光纤收发器的插槽没有插好或者已经断开。

  3.Link灯不亮可能有如下情况

  (a)检查光纤线路是否断路;

  (b) 检查光纤线路是否损耗过大,超过设备接收范围;

  (c) 检查光纤接口是否连接正确,本地的TX 与 远方的RX 连接,远方的TX 与本地的RX连接;

  (d)检查光纤连接器是否完好插入设备接口,跳线类型是否与设备接口匹配,设备类型是否与光纤匹配,设备传输长度是否与距离匹配。

  4.电路Link灯不亮故障可能有如下情况

  (a)检查网线是否断路;

  (b) 检查连接类型是否匹配:网卡与路由器等设备使用交叉线,交换机,集线器等设备使用直通线;

  (c) 检查设备传输速率是否匹配。

  5.网络丢包严重可能故障如下

  (a)收发器的电端口与网络设备接口,或两端设备接口的双工模式不匹配。

  (b)双绞线与RJ-45头有问题,进行检测。

  (c)光纤连接问题,跳线是否对准设备接口,尾纤与跳线及耦合器类型是否匹配等。

  6.光纤收发器连接后两端不能通信

  (a)光纤接反了,TX和RX所接光纤对调。

  (b)RJ45接口与外接设备连接不正确(注意直通与绞接)。

  光纤接口(陶瓷插芯)不匹配,此故障主要体现在100M带光电互控功能的收发器上,如APC插芯的尾纤接到PC插芯的收发器上将不能正常通信,但接非光电互控收发器没有影响。

  7. 时通时断现象

  (a)可能为光路衰减太大,此时可用光功率计测量接收端的光功率,如果在接收灵敏度范围附近,1-2dB范围之内可基本判断为光路故障。

  (b)可能为与收发器连接的交换机故障,此时把交换机换成PC,即两台收发器直接与PC连接,两端对PING,如未出现时通时断现象可基本判断为交换机故障。

  (c)可能为收发器故障,此时可把收发器两端接PC(不要通过交换机),两端对PING没问题后,从一端向另一端传送一个较大文件(100M)以上,观察它的速度, 如速度很慢(200M以下的文件传送15分钟以上),可基本判断为收发器故障。

  8. 通信一段时间后死机,即不能通信,重启后恢复正常

  此现象一般由交换机引起,交换机会对所有接收到的数据进行CRC错误检测和长度校验,检查出有错误的包将丢弃,正确的包将转发出去。但这个过程中有些有错误的包在CRC错误检测和长度校验中都检测不出来,这样的包在转发过程中将不会被发送出去,也不会被丢弃,它们将会堆积在动态缓存(buffer)中,永远无法发送出去,等到buffer中堆积满了,就会造成交换机死机的现象。因为此时重起收发器或重起交换机都可以使通信恢复正常,所以用户通常都会认为是收发器的问题。

  9. 收发器测试方法 如果发现收发器连接有问题 ,请按以下方法进行测试,以便找出故障原因

  (a) 近端测试:

  两端电脑对PING ,如可以PING通的话证明光纤收发器没有问题。如近端测试都不能通信则可判断为光纤收发器故障。

  (b) 远端测试:

  两端电脑对PING ,如PING不通则必须检查光路连接是否正常及光纤收发器的发射和接收功率是否在允许的范围内。如能PING通则证明光路连接正常。即可判断故障问题出在交换机上。

  (c) 远端测试判断故障点:

  先把一端接交换机,两端对PING,如无故障则可判断为另一台交换机的故障。

  光纤收发器技术发展

  光纤收发器水平已经非常完善了,返修率相当的低,厂家一般可以承诺三年包换,终身保修。

9应用范围

  本质上光纤收发器只是完成不同介质间的数据转换,可以实现0-120Km内两台交换机或计算机之间的连接,但实际应用却有着更多的扩展。

  1、 实现交换机之间的互联。

  2、 实现交换机和计算机之间的互联。

  3、 实现计算机之间的互联。

  4、 传输中继:当实际传输距离超过收发器的标称传输距离,特 别是实际传输距离超过120Km的时候,在现场条件允许的情况下,采用2台收发器背对背进行中继或采用光-光转换器进行中继,是一种很经济有效的解决方案。

  5、 单多模转换:当网络间出现需要单多模光纤连接时,可以用1台单多模转换器进行连接,解决了单多模光纤转换的问题。

  6、 波分复用传输:当长距离光缆资源不足,为了提高光缆的使用率,降低造价,可将收发器和波分复用器配合使用,让两路信息在同一对光纤上传输。

10注意事项

  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接头光纤收发器和FC/ST接头光纤收发器。

  在使用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、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、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光纤收发器的RJ-45口(100BASE-TX口),另一端到网卡的RJ-45口。

  3、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。

参考资料

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