Wie funktioniert ein SFP-Modul? – Kurth Electronic

Wie funktioniert ein SFP-Modul?

Wie funktioniert ein SFP-Modul?

Der Ausbau von Glasfaserstrecken schreitet voran. Neben FTTC, bei dem das Glasfaserkabel bis zum Bordstein verlegt wird, steigen auch die Anschlüsse für FTTH (bis zur Wohnung) und FTTD (bis zum Desktop) weiter an.

Es gibt unterschiedliche Glasfaserkabel, wie Singlemode und Multimode. Zusätzlich können die LWL-Kabel mit diversen Steckertypen konfektioniert werden.

Hierbei stehen nun folgende Fragestellungen im Mittelpunkt: Wie ist die Verbindung der Glasfaserkabel mit den unterschiedlichen Endgeräten möglich? Wie kann ein Hardwareentwickler flexibel auf diese Variationen reagieren?

1 Was ist ein Transceiver-Modul?

Ein Transceiver-Modul, wie auch ein SFP eines ist, arbeitet in beide Richtungen. Das Wort „Transceiver“ ist eine Kombination aus den englischen Wörtern „transmitter“ (Sender) und „receiver“ (Empfänger). Es kann also sowohl als Sender, wie auch als Empfänger agieren und damit die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten herstellen. Das Gegenstück zu einem Modul ist der sogenannte Port, in den das Modul eingesetzt werden kann. Im folgenden Abschnitt wird auf die SFP-Module genauer eingegangen.

Ein SFP-Transceiver
Abb. 1: in SFP-Transceiver
Foto von Dmitry Nosachev unter der CC BY-SA 4.0-Lizenz

1.1 Was ist ein SFP?

Die Abkürzung SFP steht für „Small Form-factor Pluggable“. Bei einem SFP handelt es sich um ein standardisiertes Transceiver-Modul. SFP-Module können unter anderem eingesetzt werden, um Netzwerkverbindungen mit Gbit/s-Geschwindigkeiten zu ermöglichen. Es können sowohl Multimode- als auch Singelmode-Glasfaserkabel angeschlossen werden. Der gängigste Steckertyp, der verwendet wird, ist ein LC-Stecker . Optisch kann das anschließbare LWL-Kabel auch direkt am farbigen Bügel des SFP erkannt werden, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Ein blauer Bügel signalisiert in der Regel die Verwendung eines Singlemodekabels, schwarze Bügel weisen auf ein Multimodekabel hin. Aktuell gibt es bei SFP-Modulen drei Klassen, die sich durch Ihre Übertragungsgeschwindigkeiten definieren. SFP28 besitzt eine weitere Besonderheit und kann die Datenrate auf vier sogenannte Lanes übertragen. In diesem Fall sind es viermal 25 GBit/s. Ein SFP28-Modul kann einen 100 GBit/s-Port auch dementsprechend in vier 25 GBit/s konvertieren.

Art Datenrate
SFP Bis zu 5 GBit/s
SFP+ Bis zu 16 GBit/s
SFP28 Bis zu 28 GBit/s

Tabelle 1: SFP-Klassen-Vergleich

1.2 Was ist der Unterschied zu einem QSFP?

Ein QSFP-Modul
Abb. 2: Ein QSFP-Modul
Auf Basis eines Fotos von Aurélien Rinaldi unter der CC BY-SA 4.0-Lizenz

QSFP steht für „Quad Form-factor Pluggable“. Ein QSFP kann vier unabhängige Kanäle unterstützen. Wie auch beim SFP können sowohl Singlemode- als auch Multimodefasern angeschlossen werden. Je Kanal kann eine Datenrate von bis zu 1,25 GBit/s übertragen werden. So kann eine Gesamtdatenrate von bis zu 4,3 GBit/s erreicht werden. Bei der Verwendung eines QSFP+-Moduls, können die vier Kanäle ebenfalls gebündelt werden. Somit kann eine Datenrate von bis zu 40 GBit/s erzielt werden.

Art Datenrate
QSFP 4 x 1,25 GBit/s
QSFP+ 4 x 10 GBit/s
QSFP28 4 x 28 GBit/s

Tabelle 2: QSFP-Klassen

1.3 Was macht den SFP-Port so besonders?

Bei einem SFP-Port besteht die Möglichkeit, die einzelnen Transceiver im sogenannten Hot-Swap-Verfahren zu tauschen. Das bedeutet, die Module können im laufenden Betrieb gewechselt und somit sehr schnell auf den aktuellen Anschluss angepasst werden. Ein Herunterfahren des Geräts oder des Switches könnte Teile der Kommunikation bis zum Neustart abschalten. Dies wird durch die Hot-Swap-Möglichkeit verhindert. Bei einem Defekt eines Transceivers, kann dieser ebenfalls schnell und einfach gewechselt werden, ohne die komplette Hardwaregruppe tauschen zu müssen. Die Verwendung ermöglicht somit ein hohes Maß an Flexibilität.

2 Wie können SFP angewendet werden?

In diesem Kapitel stehen die Verwendungsmöglichkeiten von SFP im Mittelpunkt.

Ein Switch mit SFP-Ports
Abb. 3: Ein Switch mit SFP-Ports
Ausschnitt eines Fotos von hdaniel unter der CC BY-SA 2.0-Lizenz

2.1 Welche Kabel- bzw. Steckertypen können angeschlossen werden?

SFP- und QSFP-Module werden nach ihrer Anschlussart in Singlemode- und Multimodefasern unterschieden. Der Durchmesser des Glasfaserkabelkerns unterscheidet sich bei Singlemode mit 9 µm und Multimode mit 50 µm bis 62,5 µm. Die direkte visuelle Unterscheidung wird bei den meisten Herstellern durch die farbliche Codierung des Bügels gekennzeichnet. Die verwendeten Typen für die Anschlussstecker unterscheiden sich hauptsächlich bei der Art des Transceivers. SFP-Module werden in der Regel mit einem LC-Port versehen. QSFP-Module mit einem LC-Port oder MPO-Port. Die sogenannten GBIC-Transceiver bieten typischerweise den Anschluss eines SC-Steckers an. Das sollte bei der Wahl der Transceiver und Steckertypen beachtet werden.

2.2 Sind die unterschiedlichen SFP miteinander kompatibel?

SFP-Module und SFP+-Module haben eine identische Größe. Je nach SFP+-Port können diese auch die normalen SFP-Module unterstützen. Das trifft aber nicht auf jeden SFP+-Port zu. Umgekehrt kann ein SFP+-Modul nicht in einem SFP-Port eingesetzt werden.

SFP28-Ports können auch SFP+-Module ansteuern. Die Datenrate muss beim Port aber auf 10 GBit/s reduziert werden, damit eine Kommunikation stattfinden kann.

QSFP-Ports sind in der Regel abwärtskompatibel. An einem QSFP28-Port könnte also auch ein QSFP-Modul verwendet werden. Das QSFP-Modul unterstützt in dieser Kombination natürlich nur die eigene mögliche Datenrate von viermal 1,25 GBit/s und begrenzt so die mögliche Datenrate des QSFP28-Ports.

Aufgrund ihrer Abmessungen sind QSFP und SFP nicht miteinander kompatibel.

Art Abmessung
SFP ~8,5 mm x 13,4 mm x 56,5 mm
SFP+ ~8,5 mm x 13,4 mm x 56,5 mm
SFP28 ~8,5 mm x 13,4 mm x 56,5 mm
QSFP ~8,5 mm x 18,35 mm x 72 mm
QSFP+ ~8,5 mm x 18,35 mm x 72 mm
QSFP28 ~8,5 mm x 18,35 mm x 72 mm

Tabelle 3: Abmessungen Transceiver

2.3 Wie wird der passende SFP ausgewählt?

Die Transceiver-Module werden passend zur Anwendung ausgewählt. Typische Verwendungsmöglichkeiten sind im Bereich Ethernet, Fibre Channel oder SONET zu finden. Auf Basis der Anwendung muss der SFP für den passenden Kabeltypen „Singlemode bzw. Multimode“ und die notwendige Datenrate verwendet werden. Bei der Auswahl sollte also keine „Engstelle“ in der Kommunikationskette entstehen.

Zusammenfassung

Transceiver Module, wie SFP oder QSFP sind flexibel einsetzbar. Diese ermöglichen die Kommunikation zwischen Komponenten und sind durch ihre möglichen Datenraten sehr gut für die Realisierung von GBit/s-Kommunikationsstrecken geeignet. Ihre Hot-Swap-Fähigkeit zur schnellen Anpassung oder zum schnellen Austausch von Defekten, ohne Abschaltung der Hardware, eröffnet viele Möglichkeiten bei der Anwendung in Highspeed-Netzwerken.

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