RU.Медиаконверторы

(обзор рынка и технологии медиаконверторов)

Введение.

С прибытием в наш мир доступного по цене оптического волокна и поделок на его основе (оптоволоконный кабель, патч-корды внешнего и внутреннего исполнения, пигтейлы и прочие прелести пассивной части оптоволоконной сети) достаточно бодро начала развиваться технология строительства сетей FTTX.

*FTTX (англ. FiberToTheX – Волокно В «Х») – технология физического строительства оптических сетей передачи данных, основной особенностью которой является возможность прокладки оптоволоконного кабеля то потребителя «X». В качестве «Х» может выступать «N», «C», «B», «H»:
•    FTTN (FibertotheNode) — волокно до сетевого узла;
•    FTTC (FibertotheCurb) — волокно до микрорайона, квартала или группы домов;
•    FTTB (Fiber to the Building) — волокно до здания;
•    FTTH (FibertotheHome) — волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).*

FTTX в городе (на текущее время это уже FTTB и даже иногда FTTH) традиционно строится с применением оптических свитчей доступа для сбора данных с абонента/группы абонентов (например, D-LinkDES-3200-28Fили D-LinkDGS-2120-24SC).

В такие свитчи устанавливаются SFP модули, работающие на скорости 100Мбит/сили1Гбит/с и обладающие оптическим бюджетом, сопоставимым с бюджетом потерь стандартного волокна G.652 D длиной 3км или 20км.

Приёмной стороной для каждого оптического SFP модуля может являться либо «медный» L2/WebSmart свитч с оптическим аплинком (например, TP-LinkTL-SL2210WEBили D-LinkDES-1210-28), в который вставлен «ответный» SFP модуль, либо (что гораздо чаще) медиаконвертер (для FTTH) или медиаконвертеров связке с «тупым медным» свитчем на 8-16  медных 8P8C портов, работающих на скорости 10/100Мбит/с (для FTTB).

Рисунок 1 – Такие разные FTTX…

Собственно, в данном обзоре про медиаконвертеры речь и пойдет – устройство дешевое, простое, надежное и очень востребованное среди Интернет-Сервис Провайдеров (далее ИСП). Казалось бы, о чем тут можно говорить?! Коробка с оптическим входом и медным выходом, «поставил-работает». Но не всё так просто, ведь медиаконвертеров существует огромное количество, и различаться они могут так же, как, например, микрочипы в одном и том же корпусе.

Рисунок 2 – Разнообразие медиаконвертеров

Медиаконвертер – сетевое устройство, преобразующее среду распространения сигнала (и собственно сам сигнал) из оптической в электрическую и наоборот (оптоволоконный кабель — медная витая пара).

*Преобразование среды распространения сигнала – одна из основных (на текущий момент) задач, стоящих перед любым сетевым оборудованием, ведь почти 100% оконечного оборудования имеет «медный» порт.На любом ПК, ноутбуке, Wi—Fi точке доступа, сетевом принтере или современном телевизоре, на любой ТВ или игровой приставке, SIP-телефоне – везде, где идет работа с современными форматами мультимедиа и просто данными, имеется разъём 8P8Cдля подключения устройства к ЛВС посредством медной витой пары.

Медный кабель по-прежнему остаётся самым эффективным и надёжным средством для прокладки сетевой инфраструктуры в жилом помещении: при относительно небольшом (обычно) периметре среднестатистической квартиры длины без регенерационного участка в 100м, которой ограничен «медный» линк, вполне должно хватить на то, чтобы полностью «укутать» жильё «интернетосодержащим» кабелем. Вместе с тем, плюсов у такой архаичности, как медь, достаточно: медный кабель хорошо гнётся, трудно ломается, его легко разделывать и обжимать (в сравнении с оптическим кабелем на волокне G.657 A, которое хоть и предназначено для прокладки внутри помещений, но реально используется крайне редко).*

Физически медиаконвертер имеет две «стороны», одна из которых отвечает за оптическую линию связи (медиаконвертер имеет встроенный или сменный лазерный приёмопередатчик), а вторая – за электрическую линию связи (один или несколько 8P8Cпортов). Обе стороны связаны между собой чипом-свитчем, который управляет всей этой «кухней», а также (в некоторых случаях) занимается рядом специальных задач. Собственно, про все основные элементы медиаконвертера речь ниже и пойдет.

Рисунок 3 – «Две стороны одной монеты»

 1. Оптика в дом или лазерная сторона вопроса.

Оптическая сторона медиаконвертера обычно представлена трансивером1×9 в пластиковом (реже – в металлическом) корпусе стандартного размера. «1х9» он из-за своих особенностей монтажа на печатную плату: один ряд пинов, состоящий из девяти сигнальных пинов и пинов питания припаивается по сквозной технологии монтажа на печатную плату. Два дополнительных сквозных штыря удерживают корпус, предотвращая перемещение трансивера и увеличивая жесткость конструкции.

Трансиверы 1х9 могут различаются характеристиками:

По количеству используемых волокон:

• Симплексные или WDM (один оптический разъём, в котором находится спаренный приёмопередатчик);
• дуплексные (два оптических разъёма, в один из которых выведен передатчик, в другой – приёмник);

По типу используемых волокон:

• мультимодовые (в качестве среды для передачи оптического сигнала используется многомодовое волокно (MMF); всегда дуплексные);
• одномодовые (в качестве среды для передачи оптического сигнала используется стандартное одномодовое волокно (SMF); могут быть симплексные и дуплексные);

По типу используемого передатчика:

• FP (Fabry-Perot, лазеры Фабри-Перо);
• DFB (DistributedFeedback, лазеры с распределенной обратной связью);
• VCSEL (Vertical-CavitySurface-EmittingLasers, поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором);

По типу используемого приёмника:

• PIN-диод;
• APD-диод (Avalanchephotodiode, лавинный фотодиод);

По дальности работы:

• До двух километров по многомодовому волокну (550м и 2км);
• От 20км до 120км по одномодовому волокну (20км, 40км, 80км, 120км);

По скорости передачи данных (с учётом канального кодирования):

• До 100Мбит/с в стандарте FastEthernet(155Мбит/с);
• До 1Гбит/с GigabitEthernet(1.25Гбит/с);
• Мультискоростные для ATM/SONET/SDH OC1…OC12 (52Мбит/с, 156Мбит/с,  622Мбит/с);
• Мультискоростные для FDDI, FibreChannel (266Мбит/с и 531Мбит/с);

По форм-фактору оптических разъёмов:

• Один или два SC/UPC;
• Один или два FC/UPC;
• Один или два ST/UPC;

По материалу корпуса:

• Пластиковый корпус;
• Металлический корпус;
• Комбинированный корпус;

Комбинаций вышеперечисленных характеристик может быть огромное количество, однако, на просторах стран СНГ прочно укоренилось всего несколько видов трансиверов 1х9, используемых в медиаконвертерах:

Как видно из таблицы, все основные трансиверы 1х9, используемые в медиаконвертерах на территории бывшего СССР, схожи по многим характеристикам:

— Корпус выполнен из пластика. Применение пластика при изготовлении корпуса снижает стоимость трансивера 1х9 и, как следствие, конечную стоимость медиаконвертера;

— Использование одномодового (SMF) волокна в качестве среды для передачи оптического сигнала. Эпоха многомодового волокна завершается, сегодня его используют разве что военные да инженеры датацентров, поэтому найти «многомод» в свободной продаже по адекватной цене крайне сложно. А учитывая специфичность многомодового волокна касательно дальности эффективной работы (550м или 2км для 1Гбит/с) и внутреннего распространения света (в каждом отдельном волокне только один поток в одну сторону), можно даже не задумываться об использовании этого типа волокна в современной связи.

В свою очередь, одномодовое волокно на сегодняшний день является универсальной средой для передачи оптических сигналов с использованием различных технологий уплотнения (WDM, CWDM, DWDM). Кроме того,в одномодовом волокне гораздо меньшие (в сравнении с многомодовым) погонные затухания на рабочих длинах волн, и, как следствие, большая эффективная дальность распространения светового сигнала … В общем, список достоинств одномодового волокна перед многомодовым достаточно велик и перечислять их все особого смысла не имеет.

— Дальность работы до 20км по SMF. Как известно, эффективность использования оптоволоконной линии связи находится в прямой зависимости от дальности оптического линка и скорости передачи данных по нему. Чем дальше линк, тем скорость должна быть выше (никто не передаёт в одном волокне 100Мбит/с траффик на 80-120 километровую дальность, это слишком дорого!).

В городских же условиях, особенно при строительстве FTTX,линка в 20км для абонентского подключения сможет достичь только самый упорный ИСП, поэтому большей мощности и не надо.

В свою очередь, весь запас мощности (читай как «весь запас оптического бюджета») 20-километрового трансивера может быть растрачен на «последней миле», где всегда возможны перегибы волокна, некачественные сварки, большое количество механических соединений и ряд других факторов, ухудшающих мощность оптического сигнала.

— Разъёмы типа SC/UPC. На сегодняшний день разъём типа SC/UPCявляется самым популярным среди ИСП, строящих FTTX. Этот разъём (равно как и коннектор для него) зарекомендовал себя как достаточно надёжный, вносящий небольшое затухание в линию, удобный для работы и приятный на глаз разъём, используемый повсеместно. Пассивную часть (патч-корды, пигтейлы, адаптеры) для обеспечения линии связи механическими соединениями типа SC/UPCможно найти практически в любой точке географии, что также не может не радовать потребителя.

— Использование FP-лазеров в качестве передатчиков (в основном). Данный тип лазера традиционно имеет невысокую стоимость при относительно небольшой дальности эффективной работы, однако, для технологии FTTX и максимального линка в 20км (а реального – менее двух километров) этот тип лазера подходит как нельзя лучше.

— Использование практически повсеместно PIN-фотодиодов в качестве приёмника. P-I-N фотодиоды являются достаточно бюджетным средством для детектирования оптического излучения.При этом их эффективное применение в СПД ограничивается дальностью работы линка в 40км, а неоспоримое достоинство PIN фотодиодов перед их более «дорогими» собратьями APD в том, что их достаточно сложно «ослепить» высоким уровнем входящего сигнала. Поэтому PIN фотодиоды можно использовать в качестве универсальных приёмников на дальностях от 3-10 метров до 20км.

Отдельно стоит отметить медиаконвертеры «корзинного» типа – медиаконвертеры, имеющие вместо трансивера 1х9 порт для загрузки оптического трансивера типа SFP. Такие медиаконвертеры характеризуются, в первую очередь, высокой степенью мобильности, так как оптический линк, поддерживаемый таким устройством, полностью зависит от приёмопередатчика трансивера

Так, «корзина» может содержать в себе 120-километровый CWDM модуль или двухволоконный модуль для работы с мультимодовым волокном, WDM3-хкилометровый модуль или даже являться частью DWDM системы – всё зависит от фантазии проектировщика/инсталлятора и ограничения по скорости оптического линка в 1Гбит/с.

2.Волоконность и эффективность, или как сэкономить деньги на волокне.

Как известно, современная связь – дуплексная. Дуплексный способ связи предполагает, что передача и приём ведется одновременно каждым участником связи, причем потоки данных на передачу и на приём для каждого конкретного устройства должны быть физически разделены между собой.

Другими словами, к каждому сетевому устройству должно подходить минимум две независимые линии связи: одна на передачу данных, вторая – на приём.

Дуплексная связь в рамках оптических систем передачи данных стала использоваться еще на этапе первых испытаний этих самых систем. Для организации полного дуплекса использовались два независимых оптических волокна, по одному из которых сигнал поступал в одну сторону, а по другому двигался обратно.Именно тогда начали впервые употреблять в качестве синонима к дуплексной оптической связи термин «двухволоконная связь», что на сегодняшний день абсолютно неверно.

Рисунок 4 – двухволоконная линия связи

Стоит отметить, что двухволоконные медиаконвертеры в современном мире практически перестали использоваться в силу того, что для организации связи необходимо задействовать целых два тех самых заветных оптических волокна, удорожая линию связи типа «точка-точка» минимум на стоимость одного волокна. При этом скорости больше 1Гбит/с ожидать не стоит – как уже описывалось ранее, самые распространенные модули 1х9 – «100-мегабитные» и «гиговые», и даже большое количество наличных денег редко способно исправить ситуацию.

Рисунок 5 – Фото пары двухволоконных медиаконвертеров

Работают двухволоконные медиаконвертеры в оптической среде, предоставляемой одномодовым волокном (SMF). Длины волн, на которых работает передатчик и приёмник таких медиаконвертеров, одинаковы для всех устройств, представленных на рынке (дальность: 20км; скорость по оптике: 100Мбит/с или 1Гбит/с) : 1310нм на передачу и 1310нм на приём.

*Естественно, в разных волокнах, иначе возникнет коллизия (в данном случае, столкновение световых сигналов и их взаимное разрушение).*

В итоге, мы имеем на рынке неинтересную (читай как дорогую) с точки зрения эксплуатациипозицию среди достаточно широкого ассортимента медиаконвертеров. Основными потребителями двухволоконных медиаконвертеров сейчас являются либо особо зажиточные ИСП, которым не жалко волокон, либо государственные структуры, у которых двухволоконная связь «по стандарту». Для остальных же человечество уже давно придумало WDM технологию.

Как уже было отмечено ранее, для полноценной дуплексной связи потоки данных «туда» и «обратно» должны быть физически разделены между собой. Но физика – штука упрямая, и она утверждает, что не обязательно использовать разные волноводы для передачи светового сигнала! Достаточно в одном и том же волноводе использовать два встречных световых потока, отличающихся физическими свойствами (в частности, длиной волны). Проще говоря, надо «светить» в волокно с разных сторон лазерами разного цвета – и всё будет хорошо.

WDM (англ. WavelengthDivisionMultiplexing – мультиплексирование с разделением по длине волны) – частный случай частотного мультиплексирования. Применительно к оптическим системам связи – основной вид мультиплексирования (на сегодняшний день), применяемый повсеместно, в том числе и в технологии FTTX.

Особенностью оптических WDM систем связи является наличие пары «зеркальных» приёмопередатчиков, расположенных на разных концах одноволоконной оптической линии связи.

«Зеркальность» заключается в том, что один из пары приёмопередатчиков содержит в себе передатчик, излучающий на одной длине волны λ₁, и приёмник, способный детектировать сигнал на другой длине волны λ₂, а в парном ему приёмопередатчике всё наоборот. И всё это в одном корпусе. И этот корпус имеет в себе всего одно отверстие для ввода/вывода сигнала в волокно/из волокна.

Каждый WDM приёмо-передатчик имеет в своём корпусе (помимо, собственно, приёмника и передатчика) сложную систему, состоящую из фильтра и зеркала. Эта система пропускает прямой сигнал из передатчика в оптический волновод, а обратный сигнал (распространяющийся на отличной от прямого длине волны) отфильтровывает в приёмник.

Рисунок 6 – принцип действия WDM системы связи.

Стандартные длины волн, на которых работают практически все двадцати километровые WDM медиаконвертеры, неизменны для 100Мбит/с и 1Гбит/с: 1310нм и 1550нм. Соответственно, на рынке всегда представлены «пары» этих устройств: один медиаконвертер с излучателем на длине волны 1310нм и приёмником на длину волны 1550нм, второй – на 1550нм и 1310нм соответственно.

Достоинства WDMсистем перед двухволоконными сформулировать несложно: использование всего одного волокна для передачи полного дуплекса на любой скорости вплоть до 10Гбит/с (для медиаконвертеров, правда, эта планка опущена до 100Мбит/с – 1Гбит/с, но есть и исключения).

Из недостатков WDM систем можно отметить, в первую очередь, необходимость держать в резерве сразу пару устройств на случай выхода из строя какого-либо WDM медиаконвертера на рабочем линке.

Кроме того, обычно WDM модуль 1х9 с передатчиком на длине волны 1550нм содержит в себе DFB лазер, который дороже, чем FP лазер, работающий в WDM 1×9 модуле с передатчиком на 1310. Покупая медиаконвертеры «парами», ИСП обычно не замечает разницы в цене, но некоторые продавцы при продаже «распаровки» применяют правило: «медик на 1550 дороже медика на 1310», что не совсем удобно и сложно чем-либо компенсировать.

3. «На медной стороне силы».

Собственно, в этом разделе и говорить-то практически не о чем: у каждого медиаконвертера есть «медные» порты, они же 8P8C, они же RJ45, они же «под витую пару», они же «обычные компьютерные для интернета» — в общем, медные.

Обычно у медиаконвертера один оптический порт и один порт медный. Такой минимализм в большинстве случаев оправдан: весь траффик, выходящий в оптический порт, образующий оптический канал связи на определенной скорости, так или иначе можно «засунуть» в медный порт и наоборот.

Сославшись на написанное в предыдущем разделе, отметим еще раз: скоростей у оптического порта две (у самых распространенных медиаконвертеров) – 100Мбит/с и 1Гбит/с.

У медного порта скоростей обычно три: 10Мбит/с, 100Мбит/с и 1Гбит/с.

Максимально возможная скорость работы медного порта ограничена скоростью работы оптики – и никак иначе (в противном случае, получился бы эффект «бутылочного горлышка», где самое узкое место – оптический порт).

Медные порты медиаконвертеров часто «мультискоростные»: при максимальной скорости работы оптического порта 100Мбит/с, медный порт «умеет» работать в режимах 10Мбит/с или 100Мбит/с, а при 1Гбит/с по оптике – на скорости 10/100 или 1000Мбит/с. При этом абсолютно неважно, какой поток данных передаётся из меди в оптику: медиаконвертер «поднимает по оптике то, что умеет», используя для 100Мбит/с канальное кодирование 4B/5B, а для 1Гбит/с – 8В/10В.

*Важно, чтобы оптическое устройство на противоположной стороне использовало то же канальное кодирование, что и медиаконвертер, иначе связи не будет!*

Однако, на рынке существует ряд устройств от достаточно известных брэндов, медные порты которых не поддерживают «мультискоростной» режим работы. Для таких медиаконвертеров скорость на медном порте (а значит и его кодирование) должно быть обязательно равно скорости оптического порта, и никак иначе. Это крайне неудобно, но с этим поделать ничего нельзя: всё зависит от установленного микрочипа, который умеет/не умеет работать в разных режимах по меди. Физический медный порт же лишь расширение для PHY-интерфейса микрочипа, подключенное через трансформатор и горсть резисторов/конденсаторов.

Рисунок 7 –фото трансформатора и медного порта медиаконвертера

Микровопрос или что же у них внутри?

4.1. 100-мегабитные «мозги».

Любой медиаконвертер по своей сути является специализированным микрочипом, выполняющим роль «тупого» свитча, размещенным на одной печатной плате с физическими портами ввода/вывода, выполненными в виде модуля(-ей) 1х9 и медного порта(-ов). Чип занимается всем, включая управление питанием лазера и пересчет контрольных сумм пакетов перед отправкой дальше.

Собственно, от того, какой установлен чип и зависит 90% параметров медиаконвертера: скорость передачи данных по оптике/меди, количество поддерживаемых медных/оптических портов, разнообразный дополнительный функционал, включая работу с PVLAN, LFP + FEFи даже WEB-интерфейс (правда, малофункциональный, но всё-таки!).

В большинстве недорогих «рабочих лошадках», выполняющих преобразование среды для передачи данных, установлены микрочипы от компании-производителя IC+. Чипы от этого производителя стали чуть ли не самыми распространенными для коммутационных Low-Costустройств (читай как «тупых свитчей»).

В 100 Мбит/с медиаконвертерах испокон веков и до сегодня всё еще используются чипы старого образца IC+ IP175CHLF.

Рисунок 8 – фото IC+ IP175CHLF

По сути, этот чип – ни что иное, как пятипортовый медный свитч, который умеет одним портом (конкретно – вторым) управлять лазерным приёмопередатчиком.

Этот чип относительно недорогой и стал широко распространен благодаря большому количеству проектов печатных плат медиаконвертеров, разработанных по всему миру, а также благодаря своей доступности (его можно приобрести даже на Почте России в любом достаточно крупном магазине микроэлектроники).

Недостаток этого чипа в том, что он достаточно «прожорлив» по питанию из-за своих пяти портов, и даже его размеры (которые, надо сказать, далеко не самые маленькие) и большая площадь поверхности не всегда способны полноценно отвести тепло (использование радиатора повышает стоимость устройства, при этом радиатор требуется только в «особо жарких» местах, а такие места у ИСП – явление хоть и постоянное, но встречаются не так часто, чтобы тратить дополнительные средства).

А учитывая тот факт, что эти чипы обычно используют в качестве базы для медиаконвертеров, имеющих всего два порта (один – медный, второй – оптический), использование этих чипов частично неоправданно (3 порта чипа просто не используются).

Вместе с тем, использование этого чипа для создания медиаконвертера, имеющего 1 оптический порт и 4 медных, на сегодняшний день экономически невыгодно: из-за того, что этим чипом практически невозможно управлять, покупать «тупой» медиаконвертер-свитч просто никто не будет (для этих целей используются более современные чипы, речь о которых пойдет ниже).

Из достоинств можно отметить (как это ни парадоксально!) большой размер чипа в корпусе 128pinPQFP, который удобно перепаивать при ремонте или в случае сборки из всякой нерабочей рухляди полноценного рабочего устройства.

Разработкой IP175CHLF компания IC+ не завершила свою деятельность, и, вскоре после появления на рынке пятипортового чипа-свитча и роста его популярности, компания IC+ представила разработчикам новый чип, «заточенный» под медиаконвертеры: IP113CLF.

Рисунок 9 – фото IC+ IP113CLF

Несмотря на то, что этот чип получился дороже своего прямого конкурента, он обладает рядом ключевых достоинств:

• Узкая специализация. Чип разработан специально для медиаконвертеров и имеет всего один оптический и один медный порт;
• Малые габариты. За счет малого числа портов чип имеет небольшое число «ног» (48 штук в корпусе QFP). Какследствие, чип небольшой, потребляет мало и греется, соответственно, не сильно;
• Специальные функции. Чип научили работать в режиме LFP (об этом режиме будет подробно описано ниже), а также вывели на корпус элементы управления (в виде DIP переключателей), отвечающие за режимы работы медного порта:
• 10Мбит/с в полудуплексе;
• 10Мбит/с в полном дуплексе;
• 100Мбит/с в полудуплексе;
• 100Мбит/с в полном дуплексе.

Кроме того, чип можно принудительно заставить работать в двух режимах коммутации:

— Режим коммутации Store-and-Forward (медиаконвертер передает кадры только после того, как они полностью получены и проверена их целостность);

— Режим коммутации StraightForward (медиаконвертер начинает передачу кадра через противоположенный порт после того, как получены первые 64 байта кадра. Целостность не проверяется).

Но, как показала практика, такой набор функций никому не нужен, большинству же нужна «коробочка, которую поставил и забыл», да к тому же еще и дешевая. Компания IC+ достаточно неплохо отслеживает настроения на рынке, и поэтому совсем недавно выпустила дешевый и сердитый и в то же время удовлетворяющий потребности почти всех клиентов чип: IP175GH LF.

Рисунок 10 – фото IC+ IP175GH LF

Ничего лишнего:

• Один порт под оптический трансивер, один – под медный 10/100-мегабитный порт;
• Маленький корпус «почти без ножек» (48pinQFN);
• Автоматическое определение режимов работы медного порта;
• Требует минимум «обвязки» для стабильной работы;
• Дешевый и массово производимый (чуть ли не по 100 долларов за ведро).

Медиаконвертеры на базе IP175GH LF имеют характерную особенность: за счёт минимального количество необходимой для работы «рассыпухи» у производителей печатных плат имеется возможность сэкономить на текстолите, поэтому печатная плата с установленным на ней GH чипе имеет очень примечательный вид:

Рисунок 11 – фото ПП медиаконвертера на основе IC+ IP175GH LF

Собственно, на сегодняшний день производятся и успешно продаются (читай как «функционируют») медиаконвертеры на базе всех трех чипов от компании IC+. Конечно, никуда не делись именитые Marvell, Broadcomи прочие гиганты, но они не выдерживают никакой конкуренции с IC+ в данном сегменте, поэтому отдельно расписывать их тут нет смысла.

Зато позиции в «гигабитном» сегменте медиаконвертерного рынка IC+ уверенно потеснила компания Marvell, о чем в следующем разделе и пойдет речь.

 4.2 «Одинокий» один гигабит.

Этот раздел, как и следующий, будет довольно «куцый». Под медиаконвертерный гигабит у чипа 88E6122-LKJ1 от компании Marvell просто нет конкурентов ни по цене, ни по наличию в условно бесплатном доступе проектов печатных плат.

Как гласит краткое описание (*TheMarvell 88E6122 deviceisa 6-port 10/100/1000 QoSEthernetSwitchwith 2 integratedGigPHYs, 1GMII/MII, and 3 SERDES.*), чип 88E6122-LKJ1– достаточно серьезная машинка с двумя 10/100/1000 Мбит/с Ethernet MDI интерфейсами, одним (G)MII и аж тремя SGMII интерфейсами в одном корпусе 128pinLQFP.

Рисунок 12 – фото Marvell 88E6122-LKJ1

Компания Marvellдаже разработала специальную отладочную плату, которая позволяет «играться» с чипом вдоль и поперек. Стоит, правда, это удовольствие достаточно недешево, да и китайским производителям (читай как «всем производителям мира») абсолютно неинтересно.

Рисунок 13 – фото отладочной платы MarvellDB-88E6122

Всё дело в том, что, несмотря на всю «великость» и «умность», главное в этом чипе – цена и наличие двух гигабитных портов (один оптический и один медный), а также присутствие на каждом уважающем себя заводе проектов ПП под медиаконвертер на базе этого чипа.

Собственно, используют обычно китайцы этот чип в режиме «тупого» свитча, который «редиректит» пакеты из одного гигабитного порта в другой, а зря: судя по данным из документации (которую, кстати говоря, достаточно сложно найти в интернетах – необходимо заключить NDA непосредственно с компанией Marvell), чип умеет работать с VLAN’ами (до 64 за раз), умеет RMON, различает BPDU пакеты и прочие прелести.

Правда, стоит отметить, что полный функционал чипа (как и практически любого мало-мальски умного сетевого ASIC’а) открывается только при использовании его (чипа) в связке с контроллером управления, который должен предоставлять человечеству интерфейс для удалённого «дрыганья» ногами этого самого ASIC’а (дабы, собственно, управлять всем тем функционалом, который туда был размещен производителем). А это, в свою очередь, удорожает производство заветного медиаконвертера минимум на стоимость чипа управления с «рассыпухой». Да и сложно это в плане поддержки прошивок. Да и, опять же, никому не надо – надо, чтобы было «тупо» и работало.

Собственно, большинство производителей стандартных гигабитных медиаконвертеров и используют этот чип в качестве базового, «навешивая» на него «рассыпуху», настраивая тем самым принудительно нужный функционал, и не занимаются интеллектуальным трудом в принципе.

4.3 «Много меди мало не бывает» или многопортовые медиаконвертеры-свитчи.

С недавних пор у некоторых ИСП возникла потребность в сетевых устройствах, которые частично (или полностью) заменили бы широко распространенную связку «медиаконвертер+ тупой медный свитч» на всё-в-одном. Компания IC+ и тут не упустила свою возможность и представила 100-мегабитныйвосьмипортовый чип-свитч IP178CH LF, который способен «смотреть» в оптическую сеть сразу двумя (!) портами.

Рисунок 14 – фото IC+ IP178CH LF

Чип «умный», им можно управлять как вручную (посредством DIP-переключателей, замыкающих нужные контакты в правильным образом), так и при помощи спецконтроллеров (например, при помощи WebServerControllerIP210Wот того же IC+).

Функционал достаточно широкий, но самыми востребованными оказались функции, которые можно включать вручную:

• Функция PVLAN (когда активна, данные не будут передаваться из одного медного порта в другой. Медные порты полностью изолированы друг от друга. Пакеты из одного медного порта в другой медный порт могут передаваться только через оптический порт);
• Функция повышенного приоритета траффика «Медь-Оптика» перед траффиком «Медь-Медь». Тут и так всё понятно, пойдем дальше;
• Функция принудительного обновления таблицы MAC-адресов каждые 5 минут. Тут тоже вроде всё понятно.

И всё это, как принято у компании IC+, почти даром.

Устройства на базе этого чипа могут быть самыми разнообразными, например медиаконвертер 1х4 (1 оптический порт и 4 медных), 1х7, 2х6 и тому подобные вариации.

Рисунок 15 – фото A-Gear MC-235X26W

Конечно, у конкурентов IC+ тоже есть подобные изделия, но по цене они неконкурентоспособны.

5. «Медиаконвертерные фермы» или как сэкономить на шасси.

На пике своей популярности, когда оптические свитчи были еще недоступны по цене, многие ИСП просто-таки «фанатели» от связки «управляемый медный свитч + ферма медиаконвертеров в одной стойке».

Эта связка была очень популярна (и таковой для многих она остаётся до сих пор), но имела один существенный недостаток: медиаконвертер практически невозможно жестко закрепить в стойке, а когда их много – создаётся эффект, который иначе, чем «куча мала» обозвать нельзя: груда «медиков», от которых во всех направлениях расходятся кабели питания, оптические патч-корды, медные патч-корды тугим жгутом вьются по направлению к стойке…

Проблему было призвано решить то самое шасси, которое представляет собой 2U 19” корпус для установки в него N числа медиаконвертеров. Обычно включает в себя пару блоков питания для, собственно, «питания» всех медиаконвертеров, находящихся в нем, электрическими токами.Кроме того, шасси дополнительно оборудовано блоком управления медиаконвертерами, до которого можно «достучаться» как через COM-порт, так и удаленно (например, по SNMP).

Рисунок 16 – Фото шасси для медиаконвертеров

Использовать шасси достаточно удобно: достаточно установить его (шасси) под/над медным свитчем в одной стойке и соединить короткими медными патч-кордами медные порты двух соседних юнитов, а оптику от медиаконвертеров вывести через стоечный органайзер «на улицу».

Основных недостатков при использовании шасси два, и оба они – финансовые:

1)    Для того, чтобы установить медиаконвертер в шасси, зачастую необходимо снять с медиаконвертера верхнюю крышку. Обычно верхняя крышка лежит полгода где-нибудь в коробке, а потом выкидывается (или сдается на металл, если крышек много). По итогу, имеем переплату за половину корпуса, которая на больших партиях медиаконвертеров выливается в солидную сумму;

2)    Второй недостаток является прямым следствием первого: при снятии крышки гарантия на устройство теряется. Хорошо это или плохо – решать вам.

На сегодняшний день большинство ИСП имеют в своём распоряжении современные недорогие оптические свитчи, поэтому шасси для медиаконвертеров уже не так актуальны.

Тем не менее, ряд ИСП до сих пор закупает Б/У медные коммутаторы (например, старые CiscoCatalyst 3500) в целях экономии денежных средств, и ставят их «на доступ» в старых проверенных связках с медиаконвертерами. И уж если ИСП начинает экономить – о покупке шасси и речи быть не может, экономика должна быть экономной во всём!

С другой стороны, следует отметить тот факт, что ремонт медиаконвертера – достаточно ёмкая по времени процедура (не всегда с первого раза удаётся верно диагностировать проблему), и далеко не все готовы этим самым ремонтом заниматься. Для ремонта обычно используется так называемый «ремкомплект для медиаконвертера», представляющий собой, по сути, полностью рабочую печатную плату этого устройства без корпуса. Стоит такая штука дешевле, нежели полноценное устройство, и пользуется популярностью у многих ИСП, которые о ней знают.

Рисунок 17 – Фото «ремкомплекта для медиаконвертера».

Собственно, из этих ремкомплектов некоторые ИСП и собирают себе «ферму», размещая печатные платы одну-над-другой на металлических стойках-направляющих (по 5 штук в одном юните). Несколько готовых юнитов питают от одного недорогого компьютерного блока питания. В остальном – то же шасси.

Рисунок 18 – Фото юнита из ремкомплектов

Недостаток этих слоёных пирожков (да и шасси в большинстве случаев) заключается в том, что медиаконвертеры (или ремкомплекты), которые используются для «удлинения медной руки» коммутатора, часто самые дешевые и, соответственно, совсем «тупые» и не способны диагностировать обрыв на линии связи и сигнализировать об этом коммутатору.

Для того, чтобы всё работало как надо и придумали чип IC+ IP113C, который имеет в своём арсенале чудесную аппаратную функцию LFP.

6. LFP или«с чем едят этот фрукт»?

Начать, пожалуй, следует с того, как ведет себя обычный медиаконвертер при проблемах на одной из линий связи, с которыми он работает.

*А возможных проблем, надо сказать, не так уж и мало: обрыв кабеля, «недожатый» или забытый (читай как неподключенный) патч-корд, выход из строя одного из портов (например, «подгорел» медный порт), да, в конце концов, отсутствие питания на одной из сторон линий связи!*

Рассмотрим обыкновенную связку из двух медиаконвертеров, работающих в паре (рис. 19 линия А). Один из медиаконвертеров подключен к «медному» управляемому свитчу, второй – к ПК абонента:

Рисунок 19 – Медиаконвертеры, работающие в схеме FTTH при использовании свитча с медными портами.

При выходе из строя любого из четырех портов, спрятанных на рис. 19 (линия А), система будет вести себя не адекватно ситуации:

1)    При выходе из строя линкаА3 (например, вытащили и забыли вставить патч-корд), оба медиаконвертера по-прежнему будут «видеть» друг друга по оптике, а свитч провайдера по-прежнему будет «общаться» с медиаконвертером на стороне А. По факту, абонент не имеет доступа в сеть, а администрация сети не видит, в чём проблема;

2)    При выходе из строя оптического порта на любом из медиаконвертеров (возможно, порвали оптической кабель А2), оптического линка между медиаконвертерами не будет, но каждый медиаконвертер будет по-прежнему пытаться «общаться» с устройством, подключенным к его медному порту (линии А1 и А3 будут по-прежнему считаться рабочими).

Обе ситуации вполне жизнеспособны и происходят гораздо чаще, чем можно представить. Результат в обоих случаях: аварийная ситуация, которая частично (первый вариант) или полностью (второй вариант) неконтролируема со стороны администратора сети. Следствие – масса недовольных клиентов, выговоры и прочие досадные неприятности.

Решить проблему была призвана технология LFP, которая реализована на некоторых чипах (в том числе и на уже описанном выше IC+ IP113C) и успешно применяется уже около десятка лет во всех городах и весях мира.

Функция LFP (англ. Link Fault Pass-Through) — функция мониторинга повреждения линии, проходящей через медиаконвертер.

*Обычно функцию LFP дополняетфункция FEF (FarEndFault – функция индикации ошибки удаленного устройства.*

Работает LFP следующим образом: при потере сигнала на принимающем порту одной среды, конвертер автоматически выключает передачу сигнала с порта другой среды.

*Функция обработки сбоя на дальнем конце (FEF) останавливает передачу сигнала партнеру по соединению как только обнаружена потеря сигнала на принимающем оптоволоконном порту – после этого партнер по соединению синхронно останавливает передачу данных.*

Другими словами, если имеется связка из двух медиаконвертеров со включенной функцией LFP (рис. 19 линия D), то при обрыве, например, линкаD3 произойдет следующее:

— медный порт на медиаконвертере, установленном на стороне В,«погаснет»;

— медиаконвертер на стороне В, согласно функции LFP, «потушит» свой оптический порт;

— у медиаконвертера, стоящего на стороне А, пропадёт связь на оптическом порте (порт выключится);

— медиаконвертер на стороне А, согласно функции LFP, «потушит» свой медный порт;

— коммутатор, к которому подключен медиаконвертер на стороне А, начнет сигнализировать администратору сети о том, что один из его портов «упал» (связи с устройством нет);

— проблему найдут и исправят.

При обрыве оптического линка (D2) всё еще проще:

— оба медиаконвертера потеряли связь между собой по оптике;

— оба медиаконвертера, согласно функции LFP, выключили свои «медные» порты;

— устройства, которые подключены к медным портам медиаконвертеров, так или иначе получили информацию о том, что линк недоступен;

— проблему найдут и исправят в кратчайшие сроки (абонент позвонил в техподдержку сообщить о том, что у него «нет интернета», а администрация уже в курсе и занимается вопросом!).

Некоторые ИСП в своём стремлении сэкономить на всём иногда «паруют»медиаконвертеры «с LFP» и «без LFP»на одном линке (рис. 19 линии Bи С). Несложно проследить «узкие» места таких включений: для линии В это линкB3, для линии C – линк С2. О проблемах в этих местах администратор сети узнает последним, что, как уже писалось выше, чревато…

Конечно, медиаконвертер с функцией LFP, стоящий на линии B, отработает в большем проценте случаев, но это – по-прежнему «костыль», и лучше не экономить там, где не нужно.

*Кстати, ремкомплекты для медиаконвертеров с функцией LFPтакже существуют в продаже, и готовить из них «пирожки», по рецепту, описанному в предыдущей главе, также можно и даже настоятельно рекомендуется именно из-за той самой функцииLFP.*

7. «Такое одинаковое многообразие» или корзины для SFP.

В этом разделе речь пойдет об уникальной модели медиаконвертера, которую зачастую называют обычно просто «корзина для SFP».

На рынке эта модель пользуется постоянным спросом из-за своей характерной особенности: вместо стационарно установленного оптического модуля 1х9 «корзина» имеет направляющую для загрузки в медиаконвертер любого гигабитного модуля форм-фактора SFP.

Рисунок 20 – Фото корзины МС-1110S

Обычно «корзины» для SFP модулей производят на базе гигабитного чипа Marvell 88E6122-LKJ1, используя при этом гигабитный оптический интерфейс в качестве основного рабочего, поэтому в порт для SFP модулей можно вставить только гигабитный модуль (100-мегабитный работать не будет из-за «непонимания» чипом канального кодирования 4B/5B). При этом медный порт вполне сносно работает на скоростях 10/100/1000Мбит/с.

Медиаконвертеры-корзины являются самым мобильным устройством среди прочих устройств «семейства медиаконвертерных». Их используют везде, где необходима скорость до 1Гбит/с и жалко ставить полноценный свитч: при ответвлениях на CWDM трассах, в FTTX для подачи гигабита особо «прожорливым» абонентам, для увеличения дальности действия свободных гигабитных портов… Кроме того, стандартный блок питания для таких медиаконвертеров (5VDC 2А) рассчитан на загрузку в «корзину» SFP модуля с потребляемой мощностью до 3.5Вт – фактически, можно использовать модули на любую существующую дальность.

По итогу, всё зависит только от SFP модуля, в зависимости от которого медиаконвертер может становиться двухволоконным или WDM, мультимодовым или одномодовым, «обычным» или «цветным» CWDM/DWDM, на разные дальности вплоть до 150км.

Недостатком корзины является, как уже принято у китайских производителей, неполная реализация всех возможностей чипа, а также отсутствие «плюшек» в виде LFPи всего пара портов (вместо возможных шести). Однако, мобильность таких медиаконвертеров с лихвой покрывает их недостатки.

8. 10G. Возможно ли?

Идея создания медиаконвертера для передачи данных на скорости 10Гбит/с витала в воздухе достаточно давно, и наши китайские друзья успешно решили проблему, при этом очень своеобразно.

Однако, для начала следует понять, зачем же вообще нужны 10G медиаконвертеры? Всё дело в том, что медных 10Гбит/с интерфейсов на сегодняшний день не так уж и много – в основном, это фирменные технологии именитых брэндов типа ExtremeNetworksили CiscoSystems. Кроме того, 10G по витой паре обычно не востребован – разве что проводить коммутацию двух устройств, стоящих в одной стойке.

Да и «не пошло» как-то у нас 10G по витой паре – не любят у нас свитчи с 10G BASE-T портами, считая их бесполезными (гораздо проще купить 10G BASE-SRSFP+ оптический модуль и произвести коммутацию проверенным способом на приличном расстоянии, чем морочить голову медным кабелем 7-й категории и при этом иметь очень небольшую дальность передачи данных).

Тем не менее, 10G медиаконвертеры существуют, и их достаточно много. Кроме того, они не просто существуют, а успешно продаются и покупаются различными ИСП. В чём же подвох?

10G медиаконвертер в современном мире – это устройство, преобразующее оптический сигнал в …оптический! Сейчас попробуем разобраться в сути столь смелого заявления.

Дело в том, что оптический сигнал, несущий в себе поток информации на скорости 10Гбит/с, подвержен влиянию всяческих вредных физических явлений, таких, как дисперсия и затухание. Кроме того, сигнал рассинхронизируется по времени с увеличением дальности.

Влияние всех этих факторов приводит к тому, что при прохождении определённого расстояния оптический сигнал становится неразличим для оптического приёмника. В связи с вышесказанным, практическая дальность 10G линка ограничивается дальностью 80км и ничего с этим поделать нельзя (правда, не так давно китайцы заявили, что теперь умеют делать 10G модули на дальность 100км, но «живого» образца подержать в руках пока не довелось).

В любом случае, «пробить» расстояние более 100км одним или несколькими 10G каналами – задача нетривиальная. Тут требуется восстановление сигнала (например, с помощью оптических усилителей и компенсаторов дисперсии – DWDM технология), или более простой, но по-прежнему актуальный способ – 3R регенерация.

3R регенерация (англ. Reamplifying,Reshaping, Retiming) – вид регенерации, при которой восстанавливаются все три компоненты оптического сигнала, подверженные влиянию вредных факторов: восстановление амплитуды (Reamplifying), восстановление формы сигнала (Reshaping) и восстановление синхронизации по времени (Retiming).

3R регенерация предполагает наличие в системе оптического приёмника, электрического преобразователя и оптического передатчика. Другими словами, оптический сигнал должен быть принят, «понят» и преобразован в электрические импульсы внутри какого-нибудь чипа, после чего отправлен дальше посредством оптического передатчика.

* Из-за этих особенностей, 3R регенерацию часто называют ОЕО регенерацией (Optical—Electrical—Optical). *

Собственно, 10G медиаконвертеры и являются этими самыми 3R-регенераторами. Каждый такой медиаконвертер представляет собой «двойную корзину» для пары 10Gмодулей двух основных форм-факторов (SFP+ и XFP): в один из модулей сигнал приходит, из второго (уже восстановленный) двигается дальше.

Рисунок 21 — Фото 10G медиаконвертеров

Поскольку поддерживаемых форм-факторов оптических 10G модулей два, медиаконвертеры 10G выпускаются в трёх реинкарнациях, отличающихся портами для модулей: XFP-XFP, XFP-SFP+, SFP+-SFP+.

* Традиционно, в корзину можно загрузить модули любой мощности и волоконности, главное, чтобы они были 10G.

Особенно популярны 10Gмедиаконвертеры на линиях средней дальности, в которых используется технология уплотнения CWDM, потому как групповой сигнал CWDMневозможно усилить при помощи оптических EDFAусилителей, а значит, дальность одного пролёта такой линии связи будет ограничена только лишь параметрами приёмопередатчиков и равна, как мы уже выяснили, 80км максимум. *

Стоимость 10G конвертеров традиционно высокая из-за достаточно дорогих чипов, выполняющих функцию «моста»между двумя 10G портами. В качестве чипа-ретранслятора могут выступать специализированные ASIC’ и именитых брэндов Broadcomи Marvell, а также, как ни странно, ПЛИС (FPGA) от таких монстров, как Altera (серии Arriaи Stratix) и Xilinx (линейки Spartanи Virtex).

К чипам-ретрансляторам «прикручивают» чипы управления (обычно ARM-Basedрешения от всех известных производителей микрочипов), способные обеспечить интерфейс для взаимодействия пользователя и высокоскоростной «молотилки» 10G.

Несмотря на относительно высокую стоимость, 10Gподелки от наших китайских друзей успешно конкурируют по цене за один 10G порт с брендовыми свитчами на регенерационных пунктах, на которых требуется 3R регенерация и минимальное управление.

К особенностям 10G медиаконвертеров следует также отнести их способность в кратчайшие сроки «перемещаться» из собственного корпуса в корпус шасси, специально для этого дела разработанного. При этом, шасси предоставляет достаточно качественное охлаждение, резервное питание и удаленное управление по SNMP для восьми 10G конвертеров за один раз (а это, на минуточку, восемь 10G линков!).

Согласитесь, достаточно удобно, особенно на РП, где L3 функционал дорогущего 10G свитча абсолютно не востребован.

Рисунок 22 — Фото шасси для 10G медиаконвертеров

9. Подводя итоги.

Подводя итоги, можно отметить, что медиаконвертер на сегодняшний день – устройство, без которого не обходится ни один ИСП.

Разнообразие медиаконвертеров позволяет ИСП работать на любых (вплоть до 10G) скоростях, с разнообразными технологиями уплотнения (WDM, CWDM, DWDM) и на разных дальностях (20…150км для 1Гбит/с).

Медиаконвертеры выпускаются как под сменные (SFP), так и со встроенными (1х9) приёмопередатчиками.

Для абонентского доступа используются медиаконвертеры с одним или несколькими медными портами, обыкновенные и «умные» (с функцией LFP),и даже с Web-интерфейсом (при наличии соответствующего чипа управления на борту устройства).

Самые актуальные на сегодняшний день – «обычные» WDM медиаконвертеры с одним оптическим и одним медным 100Мбит/с портом, работающие на дальности до 20км по SMF.