了解您的 100G 收发器
100 千兆以太网 （100G） 收发器是处理 100 Gbps 数据传输速率的光模块。100G 收发器的传输速率高达 100 Gbps，是满足许多网络收发器要求的重要组件。瞻博网络的 100G 收发器采用 C 型可插拔 （CFP）、C 型可插拔 2 （CFP2）、四通道小型可插拔 28 （QSFP-28）、小型可插拔 56 双密度 （SFP56-DD）、小型可插拔 112 （SFP112） 和小型可插拔双密度 （SFP-DD） 外形尺寸。100G 收发器适用于：
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具有 100G 端口的主机平台
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具有 100 Gbps 数据传输的网络
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数据中心部署
100G 收发器使用多通道光信号和先进的调制技术来实现更高的容量。这些收发器可以采用多路复用技术（例如并行光学或波长复用）来有效地传输信号，许多实现都倾向于波长复用。
100G 收发器通常采用四通道架构，每个通道以 25 Gbps 的速度运行。SFP-DD 和 SFP56-DD 收发器使用双通道架构，每个通道以 50 Gbps 的速度运行。100G 收发器使用不归零 （NRZ-OOK） 或脉冲幅度调制 4 电平 （PAM4） 调制方案。与传统 NRZ 相比，PAM4 调制方案可以将每通道的数据速率提高一倍，传统 NRZ 支持以更少的通道和光纤进行 100G 传输。
100G 收发器支持多种传输速率和分线模式，以确保与各种网络传输要求的兼容性。设计灵活性允许将单个物理收发器从逻辑上划分为多个低速以太网端口，从而适应不同的部署场景：
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1x100G — 收发器作为单个 100G 端口运行，不带分支。SFP56-DD、SFP-DD 和 QSFP28 外形尺寸支持此配置。
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4x25G — 收发器可以分拆成四个独立的 25G 端口。该收发器采用 QSFP28 外形，支持将 100G 传输划分为四个较低速通道或端口，每个通道或端口均为 25G。
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10x10G — 收发器可以分拆成十个独立的 10G 端口。收发器模块采用外形尺寸 CFP（C 代表 100 的罗马数字），支持将 100G 传输划分为 10 个较低速通道或端口，每个通道或端口均为 10G。
SFP-DD 和 SFP56-DD 模块在单端口配置中提供 100G 吞吐量，不支持分支模式。它们只有两个通道 （2×50G）。
某些直连铜缆 （DAC） 和有源光缆 （AOC） 组件可以进行 2x50G 分支。标准 100G 光收发器不支持 2x50G 分支。100G SR1P2 和 100G BXSR 除外。
100G 光收发器类型
您可以拥有各种 100G 光收发器类型，具体取决于其电气接口和光接口配置。
电气接口
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单通道电气接口 （100GAUI-1）
- 100GAUI-1 电气接口使用以 100G 运行的单个高速通道。
- 这些 ASIC 使用 100G 串行器/解串器 （SerDes） 实现本地 100G 支持（PAM4 调制）。
- 100GAUI-1 接口与 SFP112 模块（如果可用）一起使用。它还用于单通道 100G QSFP28 模块（DR1、FR1、LR1），主机提供单通道 100G 电气通道。
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双通道电气接口 （100GAUI-2）
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100GAUI-2 电气接口使用两个高速通道。
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这些 ASIC 使用 50G SerDes 实现本地 100G 支持。主机和可插拔光学器件之间需要 2x50G 电气接口。
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双通道接口与 SFP56-DD 和 SFP-DD 光纤配合使用。
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- 四通道电气接口（100GAUI-4 和 CAUI-4）
- 电气接口使用四个高速通道。
- 这些 ASIC 使用 25G SerDes 实现本地 100G 支持。主机和可插拔光学器件之间需要 4x25G 电气接口。
- 四通道接口与 QSFP28 光纤配合使用。
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四通道电气接口有两种变体：
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100GAUI-4 — 使用 KR4 前向纠错 （KR4 FEC） 的较新标准。100G SR4、ER4L 和 4WDM-40 等光学器件使用 100GAUI-4。
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CAUI-4 — 不使用 FEC 的传统标准。100G LR4 等光学器件使用 CAUI-4。
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- 十通道电气接口 （CAUI-10）
- CAUI-10 接口包含十个用于数据传输的电气通道。
- 它由传统的 PFE ASIC 和早期的 100G 实施提供支持。
- 这些 ASIC 采用 10G SerDes 来实现原生 100G 支持。主机和可插拔光学器件之间的 10x10G 电气接口是必需的。
- 十通道电气接口与 CFP 或 CFP2 光学器件一起使用。
| 电气接口 | 通道数 | 车道速度 | FEC 支持 | 外形尺寸 | 光学器件示例 |
|---|---|---|---|---|---|
| 100GAUI-1 （1 个 100G） | 1 | 100G （PAM4） | 是 | QSFP28（单通道），SFP112（如果可用） | 单通道 100G 光学器件 |
| 100GAUI-2 （2 个 50G） | 2 | 50G （PAM4） | 是 | SFP56-DD、SFP-DD | 100G-DR1、100G-FR1、100G-LR1 |
| 100GAUI-4 （4 个 25G） | 4 | 25G （NRZ） | 是 （KR4 FEC） | QSFP28 | 100G-SR4、100G-ER4L、100G-CWDM4、100G-4WDM-40 |
| CAUI-4 （4 个 25G） | 4 | 25G （NRZ） | 否 | QSFP28 | 100G-LR4（旧版） |
| CAUI-10 （10 个 10G） | 10 | 10G （NRZ） | 否 | CFP、CFP2 | 100G-LR10、100G-ER10（旧版） |
光纤接口
- 单通道光纤接口 （1x100G）
- 单通道光纤接口使用以 100 Gbps 的速度运行并采用 PAM4 调制的单光通道。
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此接口只需要使用双工 LC 连接器的双工光纤（一个发射，一个接收）。
- 此接口有多种距离范围可供选择 — DR1、FR1、LR1、ER1（通过单模光纤传输距离为 500 米至 40 千米）。
- SFP56-DD、SFP-DD和QSFP28外形支持该产品。
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它可使用分支电缆与 400G 光学器件互操作。
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瞻博网络通常支持以下单波长 100G 光纤接口：
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SDD-100G-DR （100G-DR1） — 单波长，使用 SFP56-DD 或 SFP-DD 外形的单模光纤传输距离为 500 米。
- QSFP-100G-DR （100G-DR1） — 单波长，在单模光纤上的传输距离为 500 米。
- QSFP-100G-FR （100G-FR1） — 单波长，在单模光纤上的传输距离为 2 公里。
- QSFP-100G-LR （100G-LR1） — 单波长，在单模光纤上的传输距离为 10 公里。
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双通道光纤接口 （2x50G）
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双通道光纤接口使用两个光通道，每个通道以 50 Gbps 的速度运行。
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该设计针对多模光纤部署进行了优化。
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与四通道解决方案相比，光纤数量更少。
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瞻博网络通常支持以下双通道 100G 光纤接口：
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JNP-QSFP-100G-BXSR（QSFP28 外形） — 在多模光纤上使用两个波长进行双向传输，距离为 100 米 （OM4），使用 2 根光纤（双工 LC PC/UPC 连接器）。
- QSFP-100G-SR1P2（QSFP28 外形）—通过多模光纤提供两种波长，传输距离为 100 米（OM3、OM4.OM5），使用 2 根光纤（双工 LC PC/UPC 连接器）。
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四通道光纤接口 （4x25G）
- SR4 — 并行多模电缆，采用 8 根光纤，最大传输距离可达 70 米 （OM3） 或 100 米 （OM4）。SR4 在数据中心环境中使用。
- LR4 — 双工单模光纤，最大传输距离可达 10 公里。
- ER4 — 双工单模光纤，最大传输距离可达 40 公里。
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CWDM4 — 使用波长间隔较粗的双工单模光纤，最大传输距离可达 2 公里。
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十通道光纤接口 （10x10G）
SR10 — 主要侧重于使用多模光纤和 20 根光纤（10 个发射，10 个接收）的短距离应用。随着 100G SR4 技术日渐成熟，SR10 成为传统技术。
注意：我们建议改用 100G SR4 或 LR4 光纤，它们能提供更佳的性能并保持相关性。
| 光纤接口 | 通道数 | 车道速度 | 光纤类型 | 连接器 | 最大覆盖范围 | 光学器件（示例） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1x100G（单通道） | 1 | 100G （PAM4） | 单模 | 双工 LC | 500 米至 10 公里 | DR1、FR1、LR1 |
| 2x50G（双通道） | 2 | 50G | 多模 | 双工 LC | 100 米 | SR1.2、BXSR |
| 4x25G（四通道） | 4 | 25G （NRZ） | 多模或单模 | MPO-12 （SR4） 或双工 LC（LR4、CWDM4） | 70 m 至 100 m （SR4）、2 km 至 10 km （LR4、CWDM4）、40 km （ER4） 文本。 | SR4、LR4、CWDM4、ER4 |
| 10x10G（十通道） | 10 | 10G （NRZ） | 多模 | MPO-24 | 100 米到 150 米 | SR10（旧版） |
- 光纤计数 — 单通道和双通道使用 2 根光纤（双工）。四通道 SR4 使用 8 根光纤（并联）。四通道 LR4/CWDM4 使用 2 根光纤 （WDM）。Ten-lane 使用 20 根光纤。
- 调制 — PAM4 用于单通道，NRZ 用于双通道、四通道和十通道。
- 波长类型 — 单波长（DR1、SR4）、WDM 多路复用（LR4、CWDM4）、双向（BXSR、SR1.2）。
| 属性 | 单通道 （DR1/FR1/LR1） | 双通道 （SR1.2/BXSR） | 四通道 （SR4） | 四通道 （LR4/CWDM4/ER4） | 十道 （SR10） |
|---|---|---|---|---|---|
| 光学通道 | 1 | 2 | 4 | 4 | 10 |
| 光学通道速度 | 100 Gbps （PAM4） | 每个 50 Gbps | 每个 25 Gbps （NRZ） | 每个 25 Gbps （NRZ） | 每个 10 Gbps （NRZ） |
| 符号速率（波特率） | ~53.125 GB | ~26.5625 GBd/通道 | ~25.78125 GBd/通道 | ~25.78125 GBd/通道 | ~10.3125 GBd/通道 |
| 电气接口 | 用于 SFP-DD 的 100GAUI-2 （2x50G） | 100GAUI-2 （2 个 50G） | 100GAUI-4 （4x25G），带 KR4 FEC |
CAUI-4 （4x25G），不带 FEC （LR4） 100GAUI-4 （4x25G），带 KR4 FEC（CWDM4、ER4L） |
CAUI-10 （10x10G），不带 FEC |
| 光纤类型 | 单模 | 多模 （OM3/OM4/OM5） | 多模 （OM3/OM4） | 单模 | 多模 |
| 光纤数量 | 2（双工） | 2（双工） | 8（4 Tx + 4 Rx） | 2（双工） | 20（10 Tx + 10 Rx） |
| 连接器类型 | 双工 LC | 双工 LC | MPO-12（8 根光纤已使用，4 根未使用） | 双工 LC | MPO-24 |
| 波长技术 | 单波长 | 双向 | 并行光纤 | LAN WDM | 并行光纤 |
| 覆盖范围 |
DR1—500 米 FR1 - 2 公里 LR1 - 10 公里 |
SR1.2 - 70 米 （OM3）、100 米 （OM4）、150 米 （OM5） BXSR - 100 米 （OM4） |
70 米 （OM3） 100 米 （OM4） |
LR4 - 10 公里 ER4—40 公里 ER4L - 40 公里（带 FEC）或 30 千米（不带 FEC） |
100 米 （OM3） 150 米 （OM4） |
| 外形 | SFP56-DD、SFP-DD、QSFP28 | QSFP28 | QSFP28 | QSFP28 | CFP、CFP2 |
| FEC 支持 | 是 （RS-FEC） | 是 （RS-FEC） | 是（KR4 FEC 在电气上，RS-FEC 在光纤上） |
LR4 - 否 ER4L - 是 （KR4 FEC） |
否 |
| 分支支持 | 是（可使用分支电缆与 400G 互操作） | 否 | 是（4 个 25G 分支） | 是（4 个 25G 分支） | 否 |
| 调制 | PAM4 | PAM4（光通道） | NRZ | NRZ | NRZ |
| IEEE标准 |
IEEE 802.3cd-2018 IEEE 802.3-2022 |
IEEE 802.3cd-2018 |
IEEE 802.3ba-2010 IEEE 802.3bm-2015 |
IEEE 802.3ba-2010 IEEE 802.3bm-2015 |
IEEE 802.3ba-2010 |
调制方法
4 级脉冲幅度调制 （PAM4） — PAM4 是一种四级调制格式，越来越多地用于 100G 光收发器，特别是在数据中心互连等距离较短、成本敏感的场景中。四个幅度级别中的每一个代表两位数据。与 NRZ 相比，这种方法有效地将每通道的数据速率提高了一倍，而无需更快的光学元件。然而，PAM4 将相邻信号电平之间的距离减少到 NRZ 的三分之一。这种方法导致理论信噪比 （SNR） 损失约为 9.5 dB （20 × log（1/3））。信噪比的降低需要先进的数字信号处理 （DSP） 和强大的 FEC 来保持链路性能。
不归零开-关键控 （NRZ-OOK） 调制 — NRZ 是许多 100G 光收发器中使用的一种基本二进制调制格式，特别是在具有多通道（每通道 25 Gbps 或 10 Gbps）的实施中。在 NRZ 调制中，二进制数据由两个不同的信号电平（高电平和低电平）表示，其中每个电平对应于一位（0 或 1）。信号在相同值的连续位之间不会归零，因此称为“不归零”。由于两个信号电平之间的最大间隔，NRZ 提供了良好的信噪比性能，适用于更长距离或更低复杂度的 100G 系统。
的比较
FEC 是一种支持信号完整性的通道编码技术。FEC 使用冗余传输数据。FEC 对于确保 100G 光通信中的信号完整性是必要的，特别是在使用 PAM4 调制时。FEC 使用冗余对数据进行编码。这种冗余使接收器无需重新传输即可检测和纠正错误。
FEC 通过 FEC 算法实现。FEC 算法是特定的数学技术或编码方案。FEC 算法检测并纠正传输数据中的错误，无需重新传输。FEC 流程包括两个步骤：
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在 Tx 或发射器处编码 — FEC 算法处理原始数据，并根据特定的数学规则添加冗余位或奇偶校验位。然后，系统通过通信信道传输编码数据。
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在 Rx 或接收器处解码 — 接收器使用 FEC 算法分析接收到的数据，包括冗余位。如果接收器检测到错误，算法会根据冗余进行纠正。
FEC 的纠错能力取决于所使用的具体算法和添加的冗余量。对于 100G 光收发器，行业标准化的 FEC 代码为：
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RS（528,514）—RS（528,514） 在 100GBASE-KR4 中进行了标准化，用于使用 NRZ-OOK 调制的 100G 铜质背板。RS（528,514） 通常称为 KR4 FEC。
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RS（544， 514） 或 FEC119 — RS（544， 514） 在 100GBASE-KP4 中进行了标准化，用于使用 PAM4 调制的铜质背板上的 100G。RS（528,514） 通常称为 KP4 FEC。
中的 KP4 FEC
100G 光学器件还使用以下技术：
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DSP 技术 — 并非所有 100G 收发器都使用高级 DSP 技术。许多标准 100G 收发器，尤其是像 SR4 这样距离较短的收发器，都依赖于更简单的模拟处理。DSP 增强了信号完整性，并扩展了某些 100G 收发器在光纤上的覆盖范围。基本的 100G 光收发器（如 CFP-100GBASE-SR10、CFP2-100GBASE-LR4 和 CFP2-100GBASE-ER4）通常使用更简单的模拟处理。100G 光学器件使用前馈均衡 （FFE）、决策反馈均衡 （DFE） 和时钟数据恢复 （CDR） 等功能，以确保电和光信号的信号完整性。DSP 涉及多个组件，例如：
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SerDes — SerDes 在串行和并行形式之间转换数据，从而在光纤内实现高效、高速的数据传输。SerDes 设备与 DSP 密切协作以管理数据流和转换。
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FFE 和 DFE — FFE 和 DFE 可减轻符号间干扰 （ISI） 并增强信号清晰度。FFE 在做出决策之前解决线性失真问题。DFE 有助于根据之前收到的符号纠正错误，动态工作以提高整体信号质量。
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CDR — CDR 从数据信号中提取计时信息，确保在光纤网络中准确检索和传输数据。
有关收发器列表、其规格以及收发器支持的设备列表，请参阅 硬件兼容性工具 。
主要特征
以下是 100G 收发器的关键设计注意事项：
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外形 — 瞻博网络的 100G 光收发器结合了多种外形尺寸，以满足 100 Gbps 数据传输的不同功率、散热和端口密度要求。主要外形尺寸包括：
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CFP（C 外形可插拔）
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CFP2（C 外形可插拔 2）
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QSFP-28（四通道小型可插拔 28）
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SFP56-DD（小型可插拔 56 双密度）
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SFP-DD（小型可插拔双密度）
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光纤类型和覆盖范围 — 光纤类型指定与 100G 收发器兼容的光纤类型（单模或多模）。范围可为光收发器提供最大支持距离或范围。它可以帮助您为不同的应用（例如数据中心间、数据中心内、远距离网络等）选择合适的光收发器。
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泳道分布 - IEEE 802.3ba 定义泳道分布。通道分配发生在 PCS 中，然后根据确切的光学类型，通道被复用到 PMD 中的 4 或 10 个通道。车道分配的类型包括：
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单通道 — 在单通道配置中，整个以太网信号通过一个光纤通道或通道进行传输。
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多通道 — 多通道分配通过将以太网信号剥离到多个低速率通道中来利用并行光传输。低速率通道映射到光学通道或通道中。这样就能实现更优化的每比特成本，减少故障点和接口，并降低功耗和发热量。
100G 光学器件的通道速率为每通道 10G 或 25G，具体取决于收发器类型。但是，有了突破功能，瞻博网络的 100G 光学器件可以提供 2x50G 配置，确保总带宽利用率为 100G。较低速的分支端口完全独立，可以在不同的时域上运行，从而支持更高密度的应用。
图 3：使用四个波长
的 4x25G 解决方案
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瞻博网络光学产品编号
瞻博网络的光学元件（例如收发器、电缆和连接器）遵循命名约定。产品名称中的每个元素都对应一个规范。它可以帮助您更好地了解和选择所需的光学组件。例如：
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QSFP — 对于 100G 光纤，QSFP 表示 QSFP-28，是 Quad Small Form-Factor Pluggable-28 的缩写。瞻博网络光收发器的前缀标识收发器或电缆的外形尺寸。
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100G — 表示收发器能够实现 100 Gbps 的数据传输速率。
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SR4 — 代表 100GBASE-SR4。它是一种特定标准，使用四个 25 Gbps 的并行通道在多模光纤上为短距离应用提供 100 Gbps 的吞吐量（在 OM3 光纤上最长可达 70 米，在 OM4 光纤上最远可达 100 米）。
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C — 符号 C 表示 SKU 属于瞻博网络的通用光学产品组合。
您可以使用产品编号来区分瞻博网络光缆和收发器。例如，QSFP-100G-DAC-50CM 和 SDD-100G-1M（瞻博网络电缆）在其产品名称中指定电缆类型 （DAC） 和距离范围（50 厘米或 1 米）。
100G （x4） 收发器架构
行业标准且部署最广泛的 100G 收发器设计在主机侧使用四通道 4x25G NRZ 电气接口 （100GAUI-4）。X4 表示四通道电气接口。主机端表示连接到交换机、路由器或任何其他主机设备的收发器部分。在线路侧，100G 收发器使用四通道 4x25G NRZ 光纤接口 （100G-SR4）。线路端代表收发器中通过光纤电缆向网络传输和接收数据的部分。
此架构用于 QSFP28 等 100G 收发器外形尺寸。以下是 100G 收发器架构的不同组件：
- 100G 平台 — 支持 100G 架构的瞻博网络设备（交换机或路由器）。
- 4x25 Gbps 电气 — 交换机与收发器组件之间的电气接口。它可以通过四个独立的 25 Gbps 电气通道传输数据。
- 4x25 Gbps 光纤 — 收发器和网络之间的光纤接口。它可以通过四个独立的 25 Gbps 光通道传输数据。
- DSP — 100G DSP 在 4x25G 电气通道和 4x25G 光通道之间执行信号调理和转换。NRZ 能够以每通道 25G 的速度有效地提供可靠的数据传输。CDR 负责重新定时传入数据以减少抖动。DSP 处理均衡、纠错和其他信号处理任务等功能。
- 驱动程序 — 驱动程序是放大电信号的电子元件。x4 收发器架构有四个驱动器。每个司机对应一条 25G 车道。
- 直接调制激光器 （DML） — 调制激光器将放大的电信号转换为光信号。它包括用于多模应用的垂直腔面发射激光器 （VCSEL） 和用于单模应用的 DML。
- 跨阻放大器 （TIA） — TIA 是光传输的接收端。它将光电二极管的电流输出转换为特定的电压水平。它可以在长距离光通信中典型的非常低的信号电平下工作。
- 光电探测器 — 它与 TIA 协同工作，将光学信息转换回电形式。有关 100G 收发器中使用的光电二极管技术的详细信息，请参阅 100G 光收发器中的光电二极管类型。
一些 100G 光收发器（例如 SR4 模块）使用四个并行通道，每个通道以 25G NRZ 运行，直接将电信号转换为光信号。一些 100G 光收发器使用波分复用将 4×25G 电气通道转换为多路复用光信号。例如，LR4 模块使用波分复用，其中 25G NRZ 处的四个电气通道被转换为四个光波长（1295.56 nm、1300.05 nm、1304.58 nm、1309.14 nm）多路复用到单个光纤对上。这减少了所需的光纤数量，从而简化了布线和连接器。例如，4×25G 架构的四条通道需要八根光纤，通常使用 MPO 连接器或多个双工 LC 连接器。然而，使用波分复用的 100G 模块（如 LR4）只需要两根光纤（一个双工 LC 连接器）即可发射和接收信号。一些 100G 光收发器使用带有齿轮箱转换的双向传输来优化光纤利用率。例如，BiDi 100G-SR1.2 模块使用 4：2 齿轮箱，其中 25G NRZ 的四个电气通道在双工 LC 连接器上使用双向 850 nm 或 910 nm 波长转换为 50G PAM4 的两个光通道。
100G 光收发器中的光电二极管类型
100G 光收发器使用两种类型的光电二极管将光信号转换回电信号：
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正-本征-负光电二极管 （PIN） — PIN 光电二极管用于光输入功率水平相对较高的短程和中程 100G 收发器。PIN 光电二极管具有更高的损坏阈值，适用于高输入光功率水平。因此，带有PIN光电二极管的光学器件（如LR4、CWDM4、DR、FR1和LR1）可以背对背连接，而不会有损坏的风险。
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雪崩光电二极管 （APD） — APD 提供用于检测非常微弱的光信号。它们用于对最大光学灵敏度至关重要的远距离 100G 收发器。由于 APD 的损坏阈值较低，因此很容易被过大的光输入功率损坏。这尤其适用于短而低损耗的光纤链路。带有 APD 光电二极管的光学器件，如 ER4L、4WDM40、ZR4 和 ER1-40，需要在短链路上安装外部光衰减器。衰减器可确保光输入功率保持在损坏阈值以下并防止损坏。
光电二极管技术的选择具有重大的操作影响，特别是在光功率处理和链路设计方面。在部署收发器之前，请务必验证光学功率水平。输入功率过高会损坏光电二极管，尤其是那些使用 APD 的光电二极管。短距离传输中使用的收发器接收的光功率更高。如果衰减不当，此功率可能会超过APD收发器的损坏阈值。
对于短距离传输，我们推荐使用基于 PIN 的收发器。但是，如果您使用的是基于 APD 的收发器，请确保采用适当的光衰减器。