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家用万兆网络指南 2 - 如何选择光纤和光模块

本文看点:

  • 用光纤其实很简单
  • 光纤该怎么挑选
  • 光模块如何挑选

注意:

- 因经验和知识有限, 难免文章中会出现错误, 请不吝赐教.

好的, 作为正经教大家搭建家用万兆局域网的第一步, 首先我们来看看如何挑选光纤和光模块. 也许有同学会问——

为什么用光纤不用网线?

首先最大的问题是, 10G 的铜缆以太网交换机 (即全 RJ45 端口万兆交换机) 太贵了, 我们利用的多半是 IDC 淘汰的交换机, 而 IDC 在 10G 应用上很少用铜缆.

也许有人会说, 我听说用光纤需要熔接? 其实并不用, 家用的光纤买成品跳线, 使用距离上留一些余量防止不够长即可. 即使不小心弄断了, 换新的也比租熔接机便宜. 而真正需要熔接的是光缆, 一根光缆中可能有上百根光纤, 弄断了就换一根光缆肯定换不起, 因此只能把断掉的光纤重新熔接到一起了.

还有人会说, 我听说光纤不能弯折?

如图, 这么弯折完全没问题, 只是在这种情况下会有些许的传输损耗.

实际上光纤弯折导致信号损失的讨论都在半径 1.5CM 以下(见下图), 因此只要光纤不在手指头粗细上缠绕, 基本不用考虑损耗, 也是折不断的.

fiber-wire-macrobend

那么, 光纤会很贵吗? 不, 现在光纤已经相当便宜了. 拿 LC-LC 接口单模光纤举例, 3 米价格基本在 15 元以内.

下面是整理的铜缆与光纤的对比:

光纤

好的, 接下来给大家介绍光纤的相关信息.

我们需要关注的光纤的信息有这么几个: 光纤封装类型, 光纤模式类型, 光纤接口类型.

光纤封装类型

光纤封装类型有很多, 从跳线到城际光传输网络用的光缆, 种类有很多. 我们这里只关注两种类型.

第一种是跳线, 即用作室内短距离连接的成品光纤.

另外一种是室外光纤, 这种通常会加强光纤外部的防护.

即, 如果家庭室内使用, 直接购买跳线即可. 如果室外使用, 可以考虑室外光纤, 怕不小心折断或鼠患, 可以买内部有金属包裹的铠装室外光纤.

光纤模式类型

光纤按照传输模式则分为单模光纤和多模光纤.

我们这里不必深究单模和多模光纤的工作原理, 只要记住, 单模是橙黄色的, 而多模则有橘黄色(OM1, OM2), 水蓝色(OM3, OM4), 紫色(OM4), 绿色(OM5).

如下图, 橙黄色, 这就是一根单模光纤跳线.

single-mode-fiber-LC-LC

再如下图, 橘黄色, 这是一根多模 OM2 光纤跳线.

multi-mode-fiber-OM2

再如下图, 水蓝色, 这就是一个多模 OM3 光纤跳线 (光纤头上的白色是插头保护盖).

multi-mode-fiber-OM3

单模光纤按照传输质量有 OS1, OS2 两个种类(颜色都是橙黄色). 号码越大传输质量越好, 支持的传输距离越远. 通常, 单模光纤支持传输几十公里至上千公里. 当然, 当做跳线传输几十米的距离也是毫无问题的.

多模光纤按照传输质量有 OM1-OM5 这五个常见种类, 同样, 号码越大传输质量越好. 其中, OM1 多模光纤在万兆的情况下只能传输 26 米, 而 OM5 则可以传输 400 米.

光纤接口类型

光纤的接口类型也有很多, 拿家用光猫来举例, 上面的方形接口就是 SC 接口:

SC-port

而常见的万兆光模块的接口通常是 LC 接口, 如下图:

single-mode-fiber-LC-LC

其余还有很多种接口, 我们就不一一举例了, 这里列举了最容易混淆的 SC 和 LC 接口. 注意我们要使用 LC 接口.

光纤如何选择

好了, 介绍了这么多, 下面是总结的光纤挑选的经验:

室内用建议直接买单模LC-LC接口的跳线. 室外用同样, 买单模LC-LC接口的室外光纤. 单模传输距离都超长, 不用考虑是 OS1 还是 OS2 的问题.

如果喜欢多模的水蓝色【手动滑稽】, 可以买多模 OM3 LC-LC 接口的跳线. OM3 价格适中, 万兆也支持300米的距离. 而且水蓝色也挺好看.

注意, 光纤一定要搭配光模块(光收发器)使用, 单模光纤插多模模块是不能使用的, 反过来也一样. (修正:有老铁说在短距离传输情况下,多模光纤也能跑单模,但距离稍微长一些则会由于衰减导致不可用。我没有做实际的测试,所以不知道实际情况会是怎样,待我做过测试后会补充到这里).

这里强调了买两端都是 LC 接口的光纤, 因为大多数万兆模块都是 LC 接口. 但也有特殊的模块, 因此如果自己买特殊的模块, 一定要注意接口类型.

光模块

光模块是把光信号和电信号进行相互转换, 并且收发光信号的收发器.

下图是一个 SFP+ 万兆单模模块的拆解图:

sfpplus-optical-transceiver-teardown

注意看中间的拆解后的电路板的部分, 其中左侧是两个激光器(一收一发), 用于插入光纤进行收发光信号(光传输端口).

而右侧则有金手指, 这部分是电传输端口, 通常用于插入设备中, 比如网卡, 交换机等.

这是个华为的光模块, 型号是 10G-1310nm-1.4km-SM-SFP+, 其中:

  • 10G 代表这是个万兆模块
  • 1310nm 是使用的传输激光的波长
  • 1.4km 代表这个模块可以最远支持 1.4km 的信号传输
  • SM 是指这是个单模 (SingleMode) 模块
  • SFP+ 是指这个模块的电传输端口是 SFP+

下面我们来讲解两个端的详细信息.

光传输端口

光传输端的接口类型要跟光纤匹配, 这样光纤才能插进去. 常见的万兆模块基本都是 LC 接口的, LC 接口接合后是这样的:

LC-port-connect-with-transceiver

电传输端口

电传输接口也有很多类型, 我们刚才举例的就是 SFP+ 接口. 通常, 万兆模块使用 SFP+ 接口 (也有XFP接口, 比 SFP+ 宽一些, 二者不通用). 除此之外, 还有 SFP (用于千兆), QSFP+ (用于40/56G) 等接口. 我们的上一篇文章 [家用万兆网络指南 1 - 不如先来个最简单的100G网络] 中, 使用的 100Gb 光模块的光端口是 MPO 接口, 而电传输端口则是 QSFP28.

QSFP28-and-MPO

下面我们一起来看 SFP/SFP+ 接口常见的几种模块:

some-optical-transceiver

从上至下, 依次是:

  • SFP+ 万兆单模模块
  • SFP 千兆单模模块
  • SFP+ 万兆多模模块
  • SFP 千兆多模模块 | 战痕累累
  • SFP 千兆铜缆模块

其中, 前四种模块的光端口都是 LC 端口, 最后一个是插网线的 RJ45 口. 是的, 如果恰好交换机只有光接口, 可以用这种模块插网线用:

some-optical-transceiver-LC-port-front-view

而他们的电传输端口都看上去都是一样的, 因为 SFP 端口和 SFP+ 端口的确长得一样, SFP 用于千兆传输, SFP+ 用于万兆传输, 他们的区别是上面传输的电信号不一样, 因此, SFP+ 设备是可以插 SFP 模块的, 大部分也能兼容并正常工作. 但是 SFP 设备一般是不能插 SFP+ 模块的, 插上去没反应 (向下兼容而不是向上兼容), 仅有少数能兼容的设备可以插 SFP+ 模块并正常工作.

some-optical-transceiver-sfp-port-front-view

光模块的挑选

既然要用万兆网络, 那肯定要用 SFP+ 模块了, 那么我们是选择单模还是多模模块呢?

正常情况下, 单模模块由于传输距离远, 因此非常昂贵, 所以为了短距离传输, 大家通常都会买比较便宜的多模模块.

但是这只是理论上, 实际情况是, 市场上有好多基站设备淘汰的单模模块. 目前无论是单模还是多模模块, 可以淘到的二手模块或者拆机模块最低价格基本都在 30-35 元左右. 因此可以按照自己的喜好选择. 但要注意, 一定要搭配正确的光纤.

有人会说, 那我肯定选单模模块了, 传输距离那么远, 要多模模块有何用. 实际上, 单模模块为了传输距离远, 因此激光发射功率也会大一些, 所以发热量也会比多模模块要大. 所以散热不是很好的场景, 可以考虑用多模模块.

由于我没有任何台式机装机圈的强迫症 (例如温度一定要低, 走线一定要美), 因此只要模块不坏, 我是不管模块的死活的, 到现在倒也没遇到过模块烧坏或者设备烧坏的问题. 不过, 模块的确会烫手, 插拔的时候要多小心以防烫伤. 另外由于发射功率的增加, 单模模块可能更费电. 不过我没有实际测试过, 因此没有数据支持这个结论.

价格&总结

好了, 那么假设我们买一根 3 米的单模 LC 光纤, 搭配两个万兆单模模块, 总计要花费即: 13 (光纤) + 35x2 (模块) = 83 元.

也许你会说, 如果我用网线, 83元都能买一百米了! 是的, 用网线也许会便宜, 但是绝对达不到光纤的稳定性. 同时, 最大的开销请不要忽视: 万兆交换机.

下一期我们将讲解, 如何挑选万兆网卡和万兆交换机, 大家就会了解到插网线的万兆交换机是多么的贵以及二手渠道是多么的难以找到. 以及万兆光交换机真的很便宜.

如果真的还想再便宜, 那么其实有这种神奇的东西, 万兆 DAC 电缆 (Direct attach copper cable):

qsfpplus-connector-with-copper-wire

同时有电缆并且自带两个模块在上面 (模块拆不下来). 2 米 35 块, 如何? 再也不用纠结什么单模, 多模. 什么 LC, SC. 只需要知道买的电缆是万兆 (SFP+) 就行了 (缺点是线断了或者模块坏了整个线就完蛋了, 并且这种电缆的传输质量和最大带宽还是没有光纤好).

本次内容就到这里了, 有任何疑问或建议欢迎在下面评论或私信我. 也欢迎加入垃圾佬交流群, 共同交流 50TB+ 级 NAS, CEPH, 万兆局域网, 家用服务器等.

前作和续作

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Reference

编辑于 2019-08-19

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