Fiberoptiska switchar kräver specialiserade portar

 

 

Jag har arbetat med nätverksinfrastruktur i ungefär sju år nu, och om det är något som fortfarande fångar folk-även erfarna IT-folk-är det hela den specialiserade hamnsituationen med fiberoptiska omkopplare. Man skulle tro att en hamn bara är en hamn, eller hur? Plug and play? Inte ens nära.

 

 

Hamnproblemet som ingen talar tillräckligt om

 

Så här händer: Företaget bestämmer sig för att uppgradera till fiber för att "det är snabbare" (det är det, men det är inte meningen). De köper de här switcharna, dyra också, och sedan går någon-vanligtvis juniorteknikern som drog det korta strået- och kopplar in fiberkablarna och inser att portarna inte matchar något de har sett tidigare. SFP-platserna är tomma. Det finns ett ögonblick av panik. Varit där.

Saken är den att fiberoptiska switchar inte kommer med inbyggda-portar på samma sätt som kopparswitchar gör. De använder dessa modulära transceivrar, och de vanligaste du kommer att stöta på är SFP (Small Form-factor Pluggable) och SFP+-moduler. Namnkonventionen är irriterande eftersom SFP+ låter som att det bara borde vara en bättre version av SFP, vilket det tekniskt sett är, men de är inte alltid utbytbara och hastighetsskillnaderna spelar mycket större roll än du tror. SFP når max 1 Gbps medan SFP+ klarar 10 Gbps. Sedan finns det QSFP för 40 Gbps, QSFP28 för 100 Gbps, och ärligt talat fortsätter alfabetsoppan bara.

 

Varför denna modularitet existerar (och varför den är både lysande och frustrerande)

 

 

Det modulära tillvägagångssättet är faktiskt vettigt när du väl kommit förbi den första huvudvärken. Olika fibertyper behöver olika optik. Du har enkel-fiber som kan köras i kilometer-bokstavligen 40 km, 80 km, vissa går till och med förbi 100 km med rätt utrustning-och så finns det multimode som är billigare men som täcker cirka 550 meter för 10G-hastigheter. Du kan inte använda samma transceiver för båda eftersom våglängderna är helt olika.

Enkelt-läge körs vanligtvis vid 1310nm eller 1550nm våglängder. Multimode? Vanligtvis 850nm. Optiken måste matcha eller så skjuter du bara in ljus i en kabel och hoppas på det bästa, vilket inte fungerar. Alls. Jag har sett folk försöka.

Det som verkligen får mig är att även inom samma kategori har du variationer. Ta SFP+-moduler för enkel-fiber-det finns versioner som är klassade för 10 km (LR), 40 km (ER), 80 km (ZR) och även längre sträckor. Var och en använder olika laserteknik, olika optiska budgetar. 80 km-modulen kan kosta fem gånger mer än 10 km-versionen, och de ser identiska ut från utsidan. Du måste läsa den lilla etiketten på sidan, och lycka till när du gör det i ett dåligt upplyst serverrum.

 

Den finansiella verkligheten

 

Det är här saker och ting blir intressanta, eller deprimerande, beroende på din budgetsituation. Ett anständigt företags-fiberomkopplarchassi kan ge dig $8 000 till $15 000. Låter dyrt, men vänta-det är bara den tomma lådan. Dessa SFP+ transceivrar? Var och en kan kosta allt från $150 till $800 beroende på märke och specifikationer. Behöver du 24 portar? Gör matten. Och gud förbjude att du behöver modulerna med utökat sortiment eller DWDM-grejer.

Vissa människor försöker spara pengar genom att köpa-sändtagare från tredje part. Ibland fungerar detta bra. Ibland gör det absolut inte det, och du felsöker fantompaketförlust klockan 03.00 eftersom switchens firmware inte riktigt spelar bra med den avstängda-märkoptiken. Cisco är ökänt för att vara kräsen med detta-deras switchar kontrollerar ofta leverantörskoden i sändtagaren och skickar varningar om den inte är "godkänd". Du kan vanligtvis åsidosätta dessa varningar, men då har du ogiltigförklarat ditt supportavtal. Roliga tider.

 

Anslutningsspelet

Sedan finns det hela kopplingssituationen, som förtjänar sitt eget gnäll. LC-kontakter är i stort sett standard nu för enkla-lägesapplikationer-de är små, duplexa och låses på plats med ett tillfredsställande klick. Men multimode-installationer använder ibland fortfarande SC-kontakter, som är dessa större fyrkantiga saker som du måste trycka in och vrida. Och om du arbetar med äldre infrastruktur kan du stöta på ST-kontakter, som är runda med ett bajonettlås-. Att försöka hålla reda på vilka patchkablar man behöver till vilken installation är en egen speciell typ av organisatorisk utmaning.

Jag tillbringade en gång en hel eftermiddag på att leta efter en LC-till-SC fiberkabel i ett datacenter eftersom någon hade "organiserat" kabelhanteringsskåpet efter färg istället för kontakttyp. Kabeln var orange. Allt fiber är orange eller gult eller ibland blått om det är enkelt-läge. Mycket hjälpsam.

 

 

Polaritet och två-fiberverkligheten

 

Här är något som inte förklaras väl i de flesta dokument: fiber är enkelriktad. Du behöver två trådar-en för sändning, en för mottagning. Transceivern har en TX-sida och en RX-sida, och du måste absolut få rätt polaritet. Anslut TX till TX och RX till RX, och du sitter där och undrar varför länken inte kommer upp. Fråga mig hur jag vet.

Vissa nyare teknologier som BiDi (dubbelriktad) optik kan köra båda riktningarna på en enda fibersträng med olika våglängder, vilket är verkligen smart. Men de är specialiserade, dyrare och du kan inte bara byta ut dem till en standardkonfiguration utan att kontrollera kompatibiliteten. Allt i fiber kräver kontroll av kompatibilitet. Det är utmattande.

Hela polaritetsfrågan blir ännu mer komplex med MPO/MTP-kontakter som används i 40G- och 100G-applikationer. Det här är bandkontakter med 12 eller 24 fibrer i en enda plugg, och det finns typ tre olika polaritetsstandarder-Metod A, Metod B och Metod C. Få polariteten fel på en 24-fibertrunk och du fixar inte bara en länk, du kan eventuellt avsluta en hel kabeldragning igen. Jag vill inte prata om hur lång tid det tar.

 

Hastighetsmatchning och självförhandling (eller brist på sådan)

 

Koppar Ethernet har självförhandling. Det är inte perfekt, men det fungerar för det mesta. Två enheter skakar hand, ta reda på den snabbaste vanliga hastigheten och kör igång. Fiber? Ha. Fibersändtagare har fast-hastighet. En SFP-modul är 1G. En SFP+-modul är 10G. Du kan ibland köra en 10G-modul med 1G-hastigheter om switchen stöder det och du konfigurerar den manuellt, men det är inte automatiskt och det är definitivt inte garanterat.

Detta skapar verkliga problem i miljöer med blandad-hastighet. Du kan inte bara koppla in en server med 10G fiber NIC till en switchport med en 1G SFP-modul och förvänta dig att den ska fungera, även om kontakten fysiskt passar bra. Optiken synkroniseras inte. Länken förblir nere. Sedan köper du olika moduler eller konfigurerar om din nätverkstopologi.

 

Temperaturbetyg betyder mer än du tror

Industriella sändtagare av-kvalitet finns av en anledning. Standard kommersiell optik är klassad för kanske 0 grader till 70 grader. Det är bra för ett klimat-kontrollerat datacenter. Men om du installerar omkopplare i ett lager, ett mobiltorn, eller någonstans som faktiskt blir varmt eller faktiskt kallt, behöver du industriella-tempmoduler klassade för -40 grader till 85 grader. Dessa kostar betydligt mer.

Jag arbetade med ett projekt där någon använde kommersiella-SFP+-moduler i en utomhusskåpsinstallation. Fungerade bra under våren. Sommaren slog till, temperaturen i skåpet översteg 75 grader och transceivrar började misslyckas slumpmässigt. Intermittenta fel är den värsta sorten eftersom du lägger dagar på att felsöka innan du inser att det är ett temperaturproblem. Det slutade med att vi bytte ut 32 moduler. De utökade-tempversionerna kostar cirka 40 % mer per enhet.

 

 

Effektbudgetar och optisk förlust

 

Detta blir tekniskt snabbt, men grundtanken är att varje fiberanslutning introducerar förlust. Kontakter lägger till cirka 0,5 dB förlust vardera. Skarvar lägger till 0,1 till 0,3 dB. Själva fibern har en dämpning-vanligtvis runt 0,5 dB/km för enkel-läge vid 1310nm, mindre vid 1550nm. Du lägger ihop allt detta och du får din totala länkförlust.

Transceivern har en effektbudget-skillnaden mellan sändningseffekt och mottagarkänslighet. För en typisk 10G LR-modul kan du ha -1 dBm sändningseffekt och -14,4 dBm mottagarkänslighet, vilket ger dig 13,4 dB effektbudget. Din länkförlust måste vara mindre än så, med viss marginal för försämring över tid.

I praktiken gör du sällan dessa beräkningar manuellt längre eftersom dokumentation från välrenommerade modultillverkare talar om för dig det nominella avståndet. Men när du pressar avstånd nära gränsen, eller när du felsöker en marginell länk, blir det viktigt att förstå budgetar för optisk effekt. Du behöver en optisk effektmätare, vilket är ytterligare $300 till $2000 beroende på funktioner.

 

DWDM-kaninhålet

 

Dense Wavelength Division Multiplexing är där saker och ting blir ordentligt komplexa. Istället för att använda en våglängd per fiber låter DWDM dig köra flera våglängder -32, 48, 96, ännu mer - på en enda fibersträng. Varje våglängd är i huvudsak en separat 10G- eller 100G-kanal.

Transceivrarna för DWDM är inställda på specifika våglängder på ITU-nätet. Det finns 96 kanaler fördelade på 50 GHz i C--bandet (1530nm till 1565nm region). Du måste spåra vilken transceiver som finns på vilken våglängd, och de är färgkodade- men färgerna motsvarar inte våglängden på något intuitivt sätt. Kanal 29 är lila. Kanal 30 är rosa. Varför? Ingen bra anledning.

DWDM används i-långdistansapplikationer och datacenteranslutningar där fibersträngar är begränsade och dyra. Transceivrarna kostar mer, du behöver multiplexer/demultiplexerutrustning och temperaturstabilitet blir ännu mer kritisk eftersom våglängdsdrift kan orsaka kanalöverhörning.

 

Programvarukonfiguration är inte alltid enkel

Även efter att du har installerat rätt fysisk transceiver är du inte klar. Många switchar kräver att du konfigurerar porthastigheten, duplexläget (som ska vara fullt för fiber, men jag har sett konstiga buggar) och ibland aktiverar porten manuellt. Vissa leverantörer inaktiverar portar som standard.

Om du använder DAC-kablar (Direct Attach Copper) för korta körningar istället för optiska transceivrar-vilket är vanligt för switch-till-byte av länkar i samma rack-har kabeln transceivrar inbyggda i båda ändar. Men switchen ser fortfarande dessa som SFP+-portar och du måste fortfarande konfigurera dem. DAC-kablar är billigare än fiber plus två transceivrar, men de är begränsade till cirka 5 meter och de är tjocka och oflexibla. Kabelhantering med DAC-kablar är inte kul.

 

Leverantörlåsning-och kompatibilitet

 

De stora switch-leverantörerna-Cisco, Juniper, Arista, HPE-vill alla att du ska köpa deras märkesvaror transceivrar. Dessa är ofta bara ommärkta moduler från faktiska optiktillverkare som Finisar, Lumentum eller Avago, men med leverantörs-specifik EEPROM-programmering. Markeringen kan vara 300 % eller mer.

Tredjepartsoptik från företag som fs.com eller 10Gtek fungerar bra för det mesta. Nyckeln är att få kodade moduler som identifierar sig ordentligt för switchen. Vissa leverantörer gör detta enklare än andra. Arista är ganska öppen när det gäller tredjepartsoptik.- Cisco... mindre så. Det finns faktiskt en stugindustri av optikföretag som specialiserar sig på "kompatibla" moduler som klarar leverantörskontroller.

Det riktigt frustrerande är när du gör en installation med flera-leverantörer och varje leverantörs optik använder lite olika specifikationer även för samma nominella hastighet och avstånd. Du kan sluta med länkar som fungerar men visar höga felfrekvenser, eller länkar som fungerar bra till en början men försämras snabbare än förväntat.

 

Rengöring och underhåll

 

Ingen gillar att prata om fiberrengöring, men det är helt avgörande. En enda dammpartikel på änden av en fiberkontakt kan orsaka betydande signalförlust eller fullständigt länkfel. Ändytorna är små-cirka 9 mikron för en-fiberkärndiameter. En dammpartikel är enorm i jämförelse.

Du ska rengöra varje fiberanslutning, varje gång. Verklighet? Det händer inte alltid i produktionsmiljöer där du har bråttom för att återställa tjänsten. Men det borde hända. Använd lämpliga fiberrengöringsverktyg-specialiserade våtservetter och rengöringsstickor, inte din skjorta. Inspektera med ett fibermikroskop. Blås ut portarna med tryckluft.

Jag har felsökt "dåliga transceivers" som faktiskt bara var smutsiga anslutningar. Rengör fibern, problemet löst. Men du kan inte se smutsen med blotta ögat, så du slösar tid på att byta moduler och köra diagnostik först.

 

Framtida-Proofing Headaches

När du designar ett fibernät är det meningen att du ska tänka på tillväxt och framtida bandbreddsbehov. Okej, bra. Men hur långt in i framtiden? SFP+ vid 10G verkade vara överdrivet för tio år sedan. Nu börjar det bli baslinjen för serveranslutningar. Kör du OM3 multimode fiber som är bra för 10G, eller spenderar du mer på OM4 som klarar 40G och 100G över rimliga avstånd?

Enkel-modfiber är "framtidssäker- genom att fibern själv kan hantera vilka hastigheter som kommer härnäst-den begränsande faktorn är transceivrarna och switchportarna. Men enkelt-läge kostar mer att installera, kräver dyrare transceivrar och du betalar för kapacitet som du kanske inte behöver på flera år. Eller så kanske du behöver det nästa år. Vem vet?

Problemet med porträkning är relaterat. Du köper en switch med 48 portar. Du fyller i 30 av dem initialt. Verkar bra. Två år senare behöver du 52 portar och du installerar en annan switch, hanterar stapling eller strukturkonfigurationer, vilket ökar komplexiteten. Borde du ha köpt den större switchen i förväg? Kanske, men det kostade 50 % mer och det finns ingen garanti för att du faktiskt skulle växa in i det.

 

När det går fel

Att felsöka fiberproblem är sin egen kompetens. Länken är nere. Varför? Kan vara:

Smutsiga kontakter (rengör och kontrollera igen)

Fel typ av sändtagare (kontrollera specifikationer)

Skadad fiber (kör OTDR-test om du har ett, lycka till om du inte gör det)

Överskridande avståndsklassificering (mät den faktiska kabellängden)

Våglängdsfel överensstämmer (verifiera båda ändarna)

Port inte konfigurerad (kontrollera switchkonfiguration)

Defekt transceiver (byt och test)

Polaritet omvänd (kontrollera TX/RX-anslutningar)

Effektbudget överskriden (mät optisk effekt)

Programvarubugg i switch-firmware (uppdatera och be)

Problemet är att dessa misslyckanden ofta ser identiska ut från utsidan. "Ingen länk" är allt du får. Du börjar arbeta igenom listan, byta komponenter, tills något fungerar. Det är inte elegant.

Intermittenta problem är värre. Länkflapping, paketförlust som kommer och går, fel som ökar under belastning. Dessa kan orsakas av marginell optisk effekt, temperaturfluktuationer, vibrationer som påverkar kontaktsätena, EMI om du springer nära strömutrustning eller ett dussintal andra saker.

 

Vad jag önskar att någon hade sagt till mig

Börja med ett bra dokumentationssystem. Spåra vilka transceivrar som finns i vilka portar, vilka firmwareversioner som körs, vilka kabeltyper och längder som är installerade. Använd rätt etiketter. Ha reservdelar till hands eftersom transceivrar misslyckas och att vänta på leverans när produktionen är nere är inte kul.

Köp från välrenommerade leverantörer även om det kostar mer. Den billigaste möjliga optiken kan spara pengar initialt, men att felsöka konstiga kompatibilitetsproblem är inte gratis. Din tid har värde.

Testa allt före implementering. Optiska effektnivåer, felfrekvenser, hastighetstester. Anta inte att det fungerar bara för att länken kommer upp.

Och kanske viktigast av allt: specialiserade portar är inte en bugg, de är en funktion. Modulariteten ger dig flexibilitet att matcha exakt fibertyp, avstånd och hastighetskrav för varje anslutning. Det är bara det att inlärningskurvan är brantare än någon erkänner på förhand.

Tekniken fungerar. När du väl förstår vad du har att göra med är fiberoptik pålitlig och snabb och hanterar bandbreddskraven från moderna nätverk bättre än något annat. Men den där "när du förstår"-delen? Det tar tid, misstag och förmodligen några sena nätter när du stirrar på släckta port-LED-lampor och undrar vad du gjorde för fel.

Det är bra. Alla går igenom det.