以太网系列之“Line Side接口”

本文主要介绍以太网Line Side对外接口,也被称为MDI(Media Dependent Interface),包括电口和光口。其中光模块主要针对10G以下的,10G以上的本文就不做介绍了。

1、电口

1.1、RJ45接口

RJ45(Registered Jack的缩写,意思是“注册的插座”)水晶头由金属片和塑料构成,制作网线所需要的RJ45水晶接头前端有8个凹槽,简称“8P”(Position,位置)。凹槽内的金属触点共有8个,简称“8C”(Contact,触点),因此业界对此有“8P8C”的别称。RJ45水晶头引脚序号定义为,当金属片面对我们的时候从左至右引脚序号是1~8。

八个触点的定义如下:

1:TX_D1+ Tranceive Data+

2:TX_D1- Tranceive Data-

3:RX_D2+ Receive Data+

4:BI_D3+ Bi-directional Data+

5:BI_D3- Bi-directional Data-

6:RX_D2- Receive Data-

7:BI_D4+ Bi-directional Data+

8:BI_D4- Bi-directional Data-

EIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序568A与568B。

  • 568A标准:1-绿白,2-绿,3-橙白,4-蓝,5-蓝白,6-橙,7-棕白,8-棕;
  • 568B标准:1-橙白,2-橙,3-绿白,4-蓝,5-蓝白,6-绿,7-棕白,8-棕。


  • 同种类型设备之间使用交叉线连接,不同类型设备之间使用直通线连接;路由器和PC属于DTE(数据终端设备)类型设备,交换机和HUB属于DCE(数据传输设备)类型设备。

    直通互连:网线的两端均按T568B接,用于连接主机和设备,即DTE与DCE,如:

  • 电脑↔ADSL猫
  • ADSL猫↔ADSL路由器的WAN口
  • 电脑↔ADSL路由器的LAN口
  • 电脑↔集线器或交换机
  • 交叉互连:网线的一端按T568B接,另一端按T568A接,用于连接主机与主机,或者设备与设备,如:

  • 电脑↔电脑,即对等网连接
  • 集线器↔集线器
  • 交换机↔交换机
  • 集线器↔交换机
  • 1.2、双绞线

    双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP,UNSHILDED TWISTED PAIR)和屏蔽双绞线(STP,SHIELDED TWISTED PAIR)。屏蔽双绞线电缆的外层由铝铂包裹,以减小辐射,但并不能完全消除辐射,屏蔽双绞线价格相对较高,安装也比较复杂。这两类中又分100欧姆电缆,双体电缆,大对数电缆,150欧姆屏蔽电缆等。具体分类如下:

  • 一类线:主要用于传输语音(一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆),不同于数据传输。
  • 二类线:传输频率为1MHz,用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输,常见于使用4Mbps规范令牌传递协议的旧的令牌网。
  • 三类线:指目前在ANSI/EIA/TIA568标准中指定的电缆,该电缆的传输频率16MHz,用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输主要用于10bASE-T。
  • 四类线:该类电缆的传输频率为20MHz,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输主要用于基于令牌的局域网和10bASE-T/100BASE-T。
  • 五类线:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为10Mbps的数据传输,主要用于100BASE-T和10bASE-T网络。这是最常用的以太网电缆。
  • 超五类线:超5类具有衰减小,串扰少,并且具有更高的衰减与串扰的比值(ACR)和信噪比、更小的时延误差,性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网(1000Mbps)。
  • 六类线:该类电缆的传输频率为1MHz~250MHz,六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比(PS-ACR)应该有较大的余量,它提供2倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准,最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五类的一个重要的不同点在于:改善了在串扰以及回波损耗方面的性能,对于新一代全双工的高速网络应用而言,优良的回波损耗性能是极重要的。六类标准中取消了基本链路模型,布线标准采用星形的拓扑结构,要求的布线距离为:永久链路的长度不能超过90m,信道长度不能超过100m。
  • 超六类线(CAT6e):超六类线是六类线的改进版,同样是ANSI/EIA/TIA-568b.2和ISO6类/E级标准中规定的一种非屏蔽双绞线电缆,主要应用于千兆位网络中。在传输频率方面与六类线一样,也是200~250MHz,最大传输速度也可达到1000Mbps,只是在串扰、衰减和信噪比等方面有较大改善。另一特点是在4个双绞线对间加了十字形的线对分隔条。没有十字分隔,线缆中的一对线可能会陷于另一对线两根导线间的缝隙中,线对间的间距减小而加重串扰问题。分隔条同时与线缆的外皮一起将4对导线紧紧地固定在其设计的位置,并可减缓线缆弯折而带来的线对松散,进而减少安装时性能的降低。
  • 七类线(CAT7):该线是ISO7类/F级标准中最新的一种双绞线,它主要为了适应万兆位以太网技术的应用和发展。但它不再是一种非屏蔽双绞线了,而是一种屏蔽双绞线,因此它可以提供至少500MHZ的综合衰减对串扰比和600MHZ的整体带宽,是六类线和超六类线的2倍以上,传输速率可达10Gbps。在七类线缆中,每一对线都有一个屏蔽层,四对线合在一起还有一个公共大屏蔽层。从物理结构上来看,额外的屏蔽层使得七类线有一个较大的线径。还有一个重要的区别在于其连接硬件的能力,七类系统的参数要求连接头在600MHZ时所有的线对提供至少60dB的综合近端串绕。而超五类系统只要求在100MHZ提供43dB,六类在250MHZ的数值为46dB。
  • 八类线(CAT8):目前国际上只对七类线有所定义,但美国的Siemon公司已宣布开发出了八类线,八类线由该公司于1999年开发出来,商标为“Tera”,八类线也被称为“tera”、“tera dor”、“10Gip”及“megaline8”等。八类线网络拥有1200MHz的带宽,使其可以同时提供多种服务,可处理Terrestrial TV、CCTV、DAB、FM、音频、IR控制、10/100和100/1000以太网、视频、电话、USB外围设备等。
  • 2、光口
    光口是光纤接口的简称,也可称之为G口(意思是G光纤口)。光纤又可分为单模光纤和多模光纤,区别如下(可以从纤芯的尺寸大小来简单地判别):

  • 单模光纤的纤芯很小,约4~10um,只传输主模态。这样可完全避免了模态色散,使得传输频带很宽,传输容量很大。这种光纤适用于大容量、长距离的光纤通信。它是未来光纤通信与光波技术发展的必然趋势。
  • 多模光纤又分为多模突变型光纤和多模渐变型光纤。前者纤芯直径较大,传输模态较多,因而带宽较窄,传输容量较小;后者纤芯中折射率随着半径的增加而减少,可获得比较小的模态色散,因而频带较宽,传输容量较大,目前一般都应用后者。
  • 由于多模光纤中不同模式光的传波速度不同,因此多模光纤的传输距离很短。而单模光纤就能用在无中继的光通讯上。在光纤通信理论中,光纤有单模、多模之分,区别在于:

  • 单模光纤芯径小(10um左右),仅允许一个模式传输,色散小,工作波长(1310nm和1550nm),与光器件的耦合相对困难。单模光纤跳线的颜色为黄色。
  • 多模光纤芯径大(50/62.5um),允许上百个模式传输,色散大,工作波长在850nm或1310nm。与光器件的耦合相对容易。多模光纤跳线的颜色为橙色。
  • 而对于光端模块来讲,严格的说并没有单模、多模之分。所谓单模、多模模块,指的是光端模块采用的光器件与何种光纤配合能获得最佳传输特性。一般有以下区别:

  • 单模模块一般采用LD或光谱线较窄的LED作为光源,耦合部件尺寸与单模光纤配合好,使用单模光纤传输时能传输较远距离,价格比较高。
  • 多模模块一般采用价格较低的LED作为光源,耦合部件尺寸与多模光纤配合好,价格比较便宜。
  • 光纤通信所用的波长范围为800~1600nm,EPON和GPON数字部分使用的是1310nm(上行)和1490nm(下行)。在CATV的传输使用的是1550nm,EPON和GPON系统里带有模拟部分的使用的也是1550nm这个波长。

    2.1、光模块原理

    光模块的原理比较复杂,本文不做详细介绍,使用中的光模块接口不要用眼睛去看,因为里面有激光,可能会刺伤眼睛。



    2.2、光模块分类

    光模块有如下一些分类方式:

  • 按速率划分:155Mbps、622Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps、10Gbps等
  • 按功能划分:发射模块、接收模块、收发合一模块(transceiver)
  • 按封装划分:1X9、2X9、SFF、GBIC、SFP、SFP+、XFP、X2、XENPAK、PON、300pin等
  • 按使用条件划分:热插拔(GBIC、SFP、XFP)、非热插拔(1X9、2X9、SFF)
  • 按应用划分:SDH/SONET、Ethernet、Fiber Channel、CWDM、DWDM等
  • 按工作模式划分:单模(光纤为黄色)、多模(光纤为橘红色,分为连续和突发(OLT:OpticLine Terminal光线路终端,ONU:OpticNetwork Unit光网络单元))
  • 按光接口形式划分:尾纤型(Pigtail)、插拔型(Receptacle)
  • 按光传输形式划分:双纤双向(MSA)、单纤双向(BiDi)
  • 按功能划分:不带监控功能(None DDM)、带数字诊断功能(DDM)
  • 光模块类型

    工作速率

    工作电压

    波长

    最大传输距离(KM)

    应用

    1X9

    155M~1G

    3.3/5V

    1310/1550nm

    80

    FE、GbE、OC-3/STM-1、OC-12/STM-4

    GBIC

    155M~2.5G

    3.3/5V

    850/1310/1550nm

    160

    GbE、1x/2x光纤通道、OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、OC-48/STM-16

    SFF

    155M~2.5G

    3.3V

    850/1310/1550nm

    80

    FE、GbE、1x/2x/4x光纤通道、OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、OC-48/STM-16

    SFP

    155M~2.5G

    3.3V

    850/1310/1550nm、WDM

    100+

    PON

    155M~2.5G

    3.3V

    20

    PON接入网

    XFP

    10G

    1310/1550nm、DWDM

    80

    10GbE、10G光纤通道、OC-192/STM-64

    300pin

    ~10G

    1550nm、DWDM

    80

    OC-192/STM-64

    PON(Passive Optical Network):包括EPON和GPON,EPON基于IEEE802.3ah,GPON基于ITU-TG.984。


    2.2.1、GBIC(Gigabit Interface Converter)

    GBIC设计上支持热插拔,速率主要有155M、100M、GE,连接器是SC。Dimension:2.2*1.2*0.47 inches

    2.2.2、SFF(Small Form Factor)

    2 row by 5-pin configuration for reduced size, non-changeablefiber optic modules. Dimension:2*0.54*0.39 inches

    2.2.3、SFP(Small Form-factor Pluggable)

    也叫Mini-GBIC。体积比GBIC小一半,目前已成为主流的光纤模块,速率有155M、100M、GE、2.5G,连接器是LC。Dimension:2*0.65*0.3 inches

    把手的颜色和光模块的型号有对应关系,对于GbE的SFP:

  • 黑色:多模MM SX模块;
  • 蓝色:单模SM LX模块;
  • 浅黄色:单模SM LH/ZX
  • 对于2.5G的SFP:
  • 灰色:单模SM SR模块;
  • 绿色:单模SM LR模块
  • SFP包括Dual fiber SFP、BiDi SFP、Copper SFP(电口SFP)、CWDM SFP、DWDM SFP、C-SFP(Compact SFP,紧凑型SFP,包括三种:1chCompact SFP,2ch CompactSFP(Option 1),2ch Compact SFP(Option 2))、SFP+光模块等。

    2.2.4、SFP+

    SFP+光纤模块,(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable)是一种可热插拔的,独立于通信协议的光学收发器,通常传输光的波长是850nm,1310nm或1550nm,用于10Gbps的SONET/SDH,光纤通道,gigabit Ethernet,10 gigabit Ethernet和其他应用中,也包括DWDM链路。

    SFP+的尺寸和SFP一样。

    2.2.5、XENPAK(10-Gigabit EtherNet transceiver PAcKage)

    Dimension:5*1.6*0.88 inches

    Xenpak光模块通过70pin的SFP连接器与电路板连接,其数据通道是XAUI接口;Xenpak支持所有IEEE 802.3ae定义的光接口,在线路端可以提供10.3 Gb/s、9.95 Gb/s或4×3.125 Gb/s的速率。

    2.2.6、Xpak和X2光模块

    Xpak和X2光模块都是从Xenpak标准演进而来的,其内部功能模块与Xenpak基本相同,在电路板上的应用也相同,都是使用一个模块即可实现10G以太网 光接口的功能。由于Xenpak光模块安装到电路板上时需要在电路板上开槽,实现较复杂,无法实现高密度应用。而Xpak和X2光模块经过改进后体积只有Xenpak的一半左右,可以直接放到电路板上,因此适用于高密度的机架系统和PCI网卡应用。

    2.2.7、XFP(10-Gigabit SFF Pluggable)

    Dimension:2.3*0.68*0.33 inches

    XFP模块是一种可热插拔的、占电路板面积很小的、串行-串行光收发器,可以支持SONETOC-192、10 Gbps 以太网、10 Gbps 光纤通道和G.709链路。

    还有其他一些高端的光模块针对40G、100G、200G、400G等应用场合的,比如:QSFP,QSFP28,uQSFP,QSFP-DD,CXP,CFP,CFP2,CFP4,CFP8 and CPAK等等,此文就不一一介绍,感兴趣的读者可以根据自身需要自行学习研究。

    2.3、光模块引脚定义

    几种常见的光模块的引脚定义如下表所示:

    引脚号

    SFF

    SFP

    SFP+

    XFP

    1

    NC

    VEET

    VEET

    GND

    2

    VEER(Receiver Ground)

    TX_FAULT

    TX_FAULT

    VEE5

    3

    VEER

    TX_DISABLE

    TX_DISABLE

    MOD_DESEL

    4

    NC

    MODE_DEF2/SDA

    MODE_DEF2/SDA

    INTERRUPT

    5

    NC

    MODE_DEF1/SCL

    MODE_DEF1/SCL

    TX_DIS

    6

    VEER

    MODE_DEF0

    MODE_DEF0/MOD_ABS

    VCC5

    7

    VCCR(Receiver Power Supply)

    RATE_SELECT

    RATE_SELECT0

    GND

    8

    SD(Receiver Signal Detect)

    LOS

    LOS

    VCC3

    9

    RD-(LVPECL Logic)

    VEER

    RATE_SELECT1

    VCC3

    10

    RD+

    VEER

    VEER

    SCL

    11

    VCCT(Transmitter Power Supply)

    VEER

    VEER

    SDA

    12

    VEET(Transmitter Ground)

    RD-

    RD-

    MOD_ABS

    13

    TX_BURST(Transmitter Burst Control)

    RD+

    RD+

    MOD_NR

    14

    TD+(LVPECL Logic)

    VEER

    VEER

    RX_LOS

    15

    TD-

    VCCR

    VCCR

    GND

    16

    VEET

    VCCT

    VCCT

    GND

    17

    SCL

    VEET

    VEET

    RD-

    18

    SDA

    TD+

    TD+

    RD+

    19

    TX_FAULT

    TD-

    TD-

    GND

    20

    VEET

    VEET

    VEET

    VCC2

    21

    P_DOWN/RST

    22

    VCC2

    23

    GND

    24

    REFCLK+

    25

    REFCLK-

    26

    GND

    27

    GND

    28

    TD-

    29

    TD+

    30

    GND

    2.4、光模块连接器

    光模块连接器常用的主要有LC、SC、ST、FC几种。另外还有MU、MTRJ等。

    2.5、光模块标准

    常见的一些光模块相关的标准如下:

  • GBIC:SFF-8053V5.5
  • SFP:INF-8074i
  • XENPAK:XENPAK MSA 3.0
  • XFP:INF-8077
  • SFP+:SFF-8431
  • DOM:SFF-8472数字诊断接口协议
  • DWDM MSA SFP:密集波分复用模块标准
  • GR-468-CORE:光器件可靠性方面的通用标准
  • ITU-T G.651:多模光纤标准
  • ITU-T G.652:单模光纤标准
  • 21CFR 1040.10:激光安全等级
  • YD/T1352-2005:千兆以太网行业标准
  • 本文主要针对以太网Line Side的接口形式进行简单介绍,包括RJ45、双绞线、光模块等相关内容,希望大家能对电口和光口有一个粗略的认识,光模块具体的参数可以参考厂家的datasheet。

    文章转载自:硬件助手

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