光通信那些事 4

jamdel

3.5 光模块

        光模块从诞生至今，一直拥有着不可撼动的江湖地位，可以说“没有光模块就没有光通信。”

        光模块本质上来说，是一个光信号和电信号相互转换的器件。光模块通常由光发射组件（含激光器）、光接收组件（含探测器）、驱动电路和光电接口等组成，结构如下图所示。

光模块结构示意图（SFP+封装）

        许多的模块封装标准都来自MSA（Multi Source Agreement 多源协议）协议，根据模块的历史上的发展顺序大致分为几种封装形式：GBIC、SFP、XFP、SFP+、QSFP+、CFP、CFP2、QSFP28。下图比较准确地描述了不同封装的出现时期，还有对应的工作速率。

光模块封装形式的发展

比较常见的几种封装模式

eSFP光模块：eSFP指的是带监控功能的小型化热插拔的低速光模块，速率一般小于5G。SFP可以理解为GBIC的升级版，它的体积只有GBIC模块的1/2，极大增加了网络设备的端口密度。监控功能包括：监控发送和接收光功率。早期的SFP光模块不支撑监控功能。

SFP+/XFP光模块：SFP+指的是8.5G-10G的小型化热插拔光模块。当前10Gbit/s光收发模块较多时候会选用XFP，但是XFP尺寸相对较大，为了解决密度的问题，出现了SFP+，用于8G的FiberChannel和10G以太业务。XFP指的是10G小型化热插拔光模块。

CFP系列光模块：CFP指的是40G/100G可插拔光模块。这类光模块的特点是高速率，多波长传输，体积较大，因为技术含量高，其中的光芯片技术国内还不能实现量产，需要依靠进口，所以价格昂贵，上万块钱很正常。它主要用于以太网交换互联，主要接口类型有100GBASE-LR4/10、ER4/10、SR10。当前的主要发展趋势是小型化，降低功耗以及提高端口密度。

QSFP+/QSFP28系列光模块：QSFP+是QSFP的升级版本。QSFP能同时支撑4通道传输，每条通道数据速率为1Gbit/s，但QSFP+与QSFP不同，它支撑4×10Gbit/s通道传输，可通过4个通道实现40Gbps传输速率。与SFP+相比，QSFP+光模块的传输速率可达SFP+光模块的四倍，在部署40G网络时可直接使用QSFP+光模块，从而在有效节省成本的同时提高端口密度。而QSFP28为满足100G应用需求而生，共有4个高速差分信号通道，每路通道传输速率从25Gbps到可能的40Gbps不等，可满足100G以太网（4×25Gbps）与EDR InfiniBand的应用需求。QSFP28产品类型众多，实现100G传输的方式各有不同，如100G直连、100G转4路25G分支链路或100G转2路50G分支链路。

        光模块传输距离，前期主要有SR（100 m）、LR（10 km）、ER（40 km）、ZR（80 km）几种，随着数据中心网络的建设，为了更具性价比的布线，又进一步衍生出了DR（500 m）、FR（2 km）两种传输距离。

        速率越高传输的距离越短。如果距离超过了上述极限，可以使用EDFA（Erbium Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器）等光纤放大器放大微弱的光信号，使其传输更远；或者使用相干光模块传输。当然两者都不便宜，需要付出额外的成本。