Ein umfassender Überblick zu CFP-Transceiver-Modulen

Eine der Lösungen, um eine Leitungsrate von 100 Gbit/s zu erreichen, basiert auf 10 Spuren mit 10 Gbit/s. Daraus hat sich das CFP-Transceivermodul, der Träger der Transformation von 10G auf 100G, entwickelt.

Wiki: CFP

Der CFP, kurz für C-Form-Factor-Pluggable, ist ein Mehrquellenabkommen zur Definition des Formfaktors eines optischen Transceivers für die Übertragung von digitalen Hochgeschwindigkeitssignalen. CFP-Module werden von CFP MSA definiert, um Anwendungen mit 40 Gb/s, 100 Gb/s und 400 Gb/s zu ermöglichen. Die CFP-Transceiver verfügen über ein neues Konzept, das als "Riding Heat Sink" bezeichnet wird und es dem Anwender sehr leicht macht, das Modul in die Host-Karte einzufügen. Das CFP-Modul bietet Ethernet-Benutzern eine weitere Option für 100G-Konnektivität.

Arten von CFP-Transceiver-Modulen

CFP-Transceiver umfassen steckbare CFP-, CFP2-, CFP4- und CFP8-Transceiver, um die hohen Bandbreitenanforderungen von Datenkommunikationsnetzwerken zu unterstützen. Zu beachten ist, dass sie zwar nicht austauschbar sind, aber an der optischen Schnittstelle mit entsprechenden Steckverbindern interoperabel sein könnten.

CFP-Transceiver-Modul für 40/100G

CFP (C=100 in römischen Zahlen; Centum) bezieht sich auf 100G-Form-Factor-Pluggable und bezeichnet eine neue steckbare Ultra-Hochgeschwindigkeits-E/A-Schnittstelle. Die optische Verbindung kann sowohl 4 x 10Gbps, 10 x 10Gbps als auch 4 x 25Gbps Varianten unterstützen. 100G-CFP-Module umfassen 100GBASE-SR10 CFP für 100m auf MMF, 100GBASE-LR10 CFP und 100GBASE-LR4 CFP für 10km über SMF und 100GBASE-ER10 CFP und 100GBASE-ER4 CFP für 40km auf SMF. Sie sind eine ideale Wahl für Anwendungen in Rechenzentren.

CFP2-Transceiver-Modul für 40/100G

CFP2 wurde von CFP MSA in einem Formfaktor von 1/2 der Größe des CFP-Moduls spezifiziert. Die elektrische Schnittstelle des Moduls wurde generell so spezifiziert, dass eine anbieterspezifische Anpassung um verschiedene 4 x 25 Gbit/s-Schnittstellen herum möglich ist, aber es kann auch 10 x 10 Gbit/s, 4 x 25 Gbit/s, 8 x 2 5 Gbit/s oder 8 x 50 Gbit/s-Spuren unterstützen. 200G CFP2 und 400G CFP2 werden jedoch bisher nicht eingesetzt. CFP2 wurde gewählt, um ein breites Spektrum an Anwendungen abzudecken.

CFP4-Transceiver-Modul für 40/100G

Der CFP4-Formfaktor ist die halbe Größe des CFP2-Moduls, das für die Unterstützung von Singlemode- (SMF) und Multimode-Faser (MMF) Ethernet-Optik ausgelegt ist. CFP4 hat 4 x25G elektrische TX- und RX-E/A-Paare, so dass die nominale Signalisierungsrate 25 Gbit/s beträgt. Seine elektrische Schnittstelle ist so spezifiziert, dass sie sowohl 4 x 25 Gbit/s als auch 4 x 10 Gbit/s unterstützt. CFP MSA hat den CFP4 so definiert, dass er für 40G/100G-Ethernet, Telekommunikation und andere Anwendungen einsetzbar ist.

CFP8-Transceiver-Modul für 400G

Nach der Benennung von CFP2 und CFP4 wurde im Jahr 2015 das Modul CFP8 vorgeschlagen, dessen Formfaktor dem des Moduls CFP2 ähnelt. Mit einem kleinen Formfaktor von 40 mm x 102 mm x 9,5 mm bietet das neue CFP8-Modul eine viermal höhere Bandbreite als bestehende 100G-Lösungen. Seine elektrische Schnittstelle wurde generell so spezifiziert, dass sie einen Modus von 16 x 25 Gb/s und 8 x 50 Gb/s ermöglicht. CFP MSA demonstrierte den CFP8-Formfaktor (16 x 25 Gb/s) für 400 Gigabit-Ethernet auf der OFC 2017. Der 400G-CFP8-Transceiver bietet Ethernet-Benutzern mit seiner kompakten Größe und seinem geringen Stromverbrauch eine Lösung mit dichtem Port und hohem Durchsatz. Hinsichtlich der Bandbreitendichte ist das CFP8-Modul achtmal so groß wie das CFP-Modul und viermal so groß wie das CFP2-Modul.

Anwendungen von CFP-Transceiver-Modulen

CFP ist ein etablierter primärer Typ von Hochgeschwindigkeits-E/A-Schnittstellenverbindungssystemen, die hauptsächlich in WAN-, Metro-, drahtlosen Basisstationen, Video- und anderen Telekommunikationsnetzwerksystemen eingesetzt werden. Zu den wichtigsten Implementierungen von Marktsegmenten gehören Implementierungen mit unterschiedlichem Volumen innerhalb einiger Cloud-Rechenzentren, Unternehmensrechenzentren, HPC-Labors (High Performance Computing) und Internet-Provider-Systeme. Hier illustrieren wir zwei Metro-Netzwerkanwendungen mit CFP-Transceivermodul.

100G-Kohärentes CFP-Modul für Metro-Netzwerkanwendungen

Kohärente 100G-CFPs können Beeinträchtigungen der optischen Übertragung überwinden und dennoch eine akzeptable Leistung erreichen, und, was noch wichtiger ist, sie können eine Datenübertragung zwischen Standorten über 1000 km realisieren. Um die hohe Kapazität und die großen Entfernungen von 100G-U-Bahnnetzen zu befriedigen, wird die DWDM-Technologie genutzt und ein kohärenter CFP-Transceiver eingesetzt.

Szenario 1: 100G-Mehrkanal-DWDM-Vernetzung

Da die 100G-Raten anfälliger für Dispersion sind, wäre eine zusätzliche Dispersionskompensation und eine optische Leistungssteigerung erforderlich. Daher wird zunächst ein zusätzlicher 100-GHz-DWDM-Multiplexer verwendet, um alle 100-G-Raten zusammenzufassen, gefolgt von einer kombinierten Dispersionskompensations- und Verstärkungsstufe. Diese Architektur unterstützt auf bequeme Weise das "Pay-as-you-grow"-Modell für Dienstanbieter. Wenn die Bandbreite erschöpft ist, können die bestehenden 10G-Kanäle nahtlos mit 100G-Diensten ausgetauscht werden. Die gleichen verbleibenden Komponenten können sogar wiederverwendet werden, um die Datenrate auf bis zu 2,4 Tb/s zu erhöhen.

Dieses Szenario würde 24 verschiedenfarbige CFP-Module erfordern, die zusammen mit dem 48-Kanal-100-GHz-DWDM-Multiplexer eingesetzt werden. Alle 100G-Dienste werden zunächst so gemultiplext, dass nur eine Streuungskompensations- und Verstärkungsstufe ausreicht. Eine solche Netzarchitektur bietet eindeutig eine höhere Dichte mit der Möglichkeit, die vorhandene Infrastruktur flexibel und kostenfreundlich wiederzuverwenden.

Szenario 2: Lösungen für 100G-Distanzverlängerung

In diesem Szenario wurde der Switch mit SFP+ OEO-Transpondern für einfache Entfernungserweiterungslösungen getestet. Die 100G-Ausgangssignale des Switches werden in DWDM-Signale umgewandelt, die über größere Entfernungen übertragen werden können. Die Lösung beseitigt die Entfernungsbeschränkungen, indem ein kohärentes CFP-Modul verwendet wird, um das Ausgangssignal mit der Leitungsfaser zu verbinden und das Signal über größere Entfernungen zu übertragen.

Um eine höhere Verkabelungsdichte mit der Cisco CFP 100G-Optik zu erreichen, wurde in der Architektur ein 16-Kanal-DWDM-Mux-Demux mit zwei Fasern, der für CWDM/DWDM-Hybrid verwendet werden kann, und ein 8-Kanal-CWDM-Mux-Demux mit zwei Fasern gemischt, indem ein MTP-Kabelbaum und ein WDM SFP+ OEO-Konverter hinzugefügt wurden, um die reguläre SR-Wellenlänge in DWDM-Wellenlängen zu übertragen. Dadurch wird der Aufbau eines DWDM-Netzwerks über große Entfernungen von 2500 km in kohärenten 100G-CFP-Modulen und eine kosteneffiziente Methode erreicht.

Fazit

CFP wurde nach der Small Form-Factor Pluggable Transceiver (SFP)-Schnittstelle entwickelt, ist aber wesentlich größer, um 100 Gbps zu unterstützen. Die elektrische Verbindung eines CFPs verwendet 10 x 10 Gbps-Spuren in jeder Richtung (RX, TX). Die optische Verbindung kann sowohl 10 x 10 Gbps- als auch 4 x 25 Gbps-Varianten unterstützen. CFP hat mehrere eigene, sich entwickelnde Iterationen kleinerer und schnellerer Produktvarianten gehabt. Kohärentes 100G-CFP kann die gewünschte Leistung mit weniger Beeinträchtigungen der optischen Übertragung sicherstellen, was eine effektive Lösung für 100G-Metronetze darstellt.