40G QSFP+光モジュール：仕様・規格を紹介

 40Gイーサネットテクノロジーが、新しく登場した25Gイーサネットと比較して成熟していることは否定できません。また、市場には40Gアプリケーションに関連するさまざまなタイプの製品があります。そのため、一部のネットワーク管理者は、データセンターで安全で信頼できる選択肢として40Gイーサネットネットワーキングを採用する傾向があります。40Gイーサネットの重要なコンポーネントの1つとして、40G QSFP+光モジュールは避けられないほど魅力的です。それでは、QSFP+光モジュールとは何ですか？ また、40G QSFP+と40G CFP光モジュールの違いは何ですか？

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40G QSFP+光モジュールWiki

QSFP+光モジュールとは何ですか？

 QSFP（quad small form-factor pluggable）の進化として、 QSFP+ モジュールは、40Gbps速度で使用されるコンパクトでホットプラグ可能な光モジュールです。SFF-8436およびQSFPマルチソースアグリーメント（MSA）に準拠しています。40Gbpsの集約帯域幅をサポートするために、各方向に4つの独立した10Gbpsデータレーンがあります。QSFP+は、40GBASE-Xイーサネット、10GBASE-Xイーサネットへのブレークアウト、データセンター集約およびバックプレーンアプリケーション、およびデータコムスイッチとルーター接続で広く使用されています。次の図は、QSFP+の寸法を示しています。

Figure 1: QSFP+ mechanical dimensions

 

QSFP+光モジュールのインターフェースは何ですか？

 QSFP+光モジュールは、QSFP+ポート（およびQSFP28ポートの一部）にインストールするように設計されており、QSFP+コネクターを介したネットワークへの40GBASE-Xインターフェースを可能にします。一般に、40G QSFP+光モジュールのインターフェイスは、デュプレックスLCまたはMTP/MPOのいずれかです（以下の概要では「MTP」と略します）。2つのインターフェイスには明確な違いがあります：伝送距離、ケーブルタイプ、4x10G接続の可用性などです。2つのインターフェイスの分析と比較の詳細については、 40G QSFP+ MTPと40G QSFP+ LC光モジュールをご覧ください。

Figure 2: QSFP+ interfaces: MTP vs LC

QSFP+光モジュールの種類

 現在、さまざまな40G光モジュールが市場で入手可能です。これらの異なるタイプを区別し、ニーズに合った適切なタイプを選択することは非常に重要です。9つの一般的なタイプのQSFP+光モジュールが、それぞれ後続の段落で紹介されます。

パラレルMTPインターフェイスを備えたQSFP+光モジュール

 4つの光モジュール、40GBASE-SR4、40GBASE-CSR4、40GBASE-PLRL4、および40GBASE-PLR4が1つずつ導入されます。すべての光モジュールはMTPインターフェースで接続されており、単一のQSFP+インターフェースから4つの10GbEポートを必要とするシナリオで使用できます。

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40GBASE-SR4

 40GBASE-SR4は、おそらく近距離伝送用の最も人気のある40G光モジュールです。マルチモードファイバを介して動作し、そのリンク長はOM3で100 m、OM4で150 mに達することができます。40GBASE-SR4光モジュールには10Gの4つの送信レーンと4つの受信レーンがあり、40G信号の送信と受信の組み合わせを実現できます。

40GBASE-CSR4

 SR4のアップグレードバージョンとして、40GBASE-CSR4光モジュールは、40GBASE-SR4と同じ原理を共有しており、両方の光モジュールにMTPインターフェイスがあります。さらに、40GBASE-CSR4は、MTPメスコネクタを備えた12芯パラレルケーブルを介した40G光リンク、または4つの10GBASE-SRインターフェイスへの接続用のパラレルデュプレックスファイバブレークアウトケーブルを備えた4x10Gブレークアウトモードでも使用できます。違いは、CSR4がより長いデータの送信をサポートできることです。OM3では最大300m、OM4では400mです。

40GBASE-PLRL4

 QSFP+ PLRL4は、「QSFP+パラレルLRL4」を指します。一般に、デジタルデータ送信は、シリアルモードまたはパラレルモードの2つの基本モードで発生します。簡単に言えば、複数のビットが同じケーブル内の異なるチャネルで同時に送信されます。SR4およびCSR4光モジュールと同様に、40GBASE-PLRL4光モジュールもMTPコネクタと組み合わせたパラレル伝送を使用します。前の2つの光モジュールとは異なり、40GBASE-PLRL4はSMFで最大1 kmまたは1.4 kmの長距離伝送をサポートできます。

40GBASE-PLR4

 40GBASE-PLR4光モジュールは、MTPコネクタで終端し、パラレル伝送を実現します。さらに、40GBASE-PLRL4、40GBASE-PLR4などは、4×10Gモードとシングルモードファイバー用のファイバーブレークアウトケーブルを使用して、4つの個別の10G-LR接続をサポートできます。40GBASE-PLRL4のような長いデータ伝送用に設計されているため、40GBASE-PLR4のリンク長は最大10 kmに達します。

デュプレックスLCインターフェイスを備えたQSFP+光モジュール

 次に、40GBASE-BiDi、40GBASE-UNIV、40GBASE-LR4、40GBASE-LR4L、および40GBASE-ER4を順番に示します。それらはすべてLCコネクタで動作します。ただし、短距離でMMFを介してデータを送信するのは40GBASE-BiDiのみです。

40GBASE-BiDi

 40GBASE-BiDiには、LCコネクタを備えた1本のデュプレックスMMFケーブルで全二重40Gトラフィックを送信する独自の機能があります。つまり、QSFP+ BiDi光モジュールは、1組のMMFケーブルで40G接続をサポートし、ファイバーを追加せずに10G（10GBASE-SR）と同じインフラストラクチャを使用して40Gを展開できます。40GBASE-BiDi光モジュールは、OM3で100メートル、OM4で最大150メートルに到達できる短距離光光モジュールです。

40GBASE-UNIV

 この光モジュールは、光モジュールへのソフトウェア/ハードウェアの変更やネットワーク内の追加ハードウェアを必要とせずにMMFとSMFの両方で動作できるため、「ユニバーサル」と呼ばれます。したがって、追加のコストと展開時間が節約されます。40GBASE-UNIV光モジュールには、光モジュール内で多重化された10Gの4チャネルがあり、2本のファイバ上で集約40G信号を送受信します。OM3およびOM4ファイバー上で同じ伝送距離（150m）をサポートでき、シングルモードファイバーケーブルで最大500 mから2 km（異なるベンダーによって異なる）のリンク長を実現できます。

40GBASE-LR4

 広く使用されている光モジュール40GBASE-SR4は短距離伝送に使用されますが、反対に40GBASE-LR4光モジュールは長距離データ伝送に使用されます。このQSFP+タイプのリンク長は、デュプレックスLCコネクタ付きのシングルモードファイバーケーブルを介して最大10 kmです。40GBASE-LR4は、各レーンに単一のファイバーストランドを使用する代わりに、4つの送信レーンを1つのファイバーストランドに多重化し、4つの受信レーンを別の単一のファイバーストランドに多重化します。

Figure 3: The working principle of 40GBASE-LR4 transceivers

40GBASE-LR4L

 40GBase-LR4L、つまり40GBase-LR4 Liteは、40GBase-LR4と同じ基本を備えています。どちらもシングルモードファイバーケーブルを介した長距離40Gデータ伝送に使用されます。主な違いは、LR4L光モジュールが伝送距離で最大2 kmにしか到達できないことです。

40GBASE-ER4

 導入される最後のQSFP+光モジュールは、デュプレックスLCコネクタを備えたSMFで最大40 kmのデータの最長伝送距離を処理できます。前述の40GBASE-LR4と同じ動作原理があります。

 明確な図と比較については、以下の表を参照してください。

 

仕様・規格	コネクタ	タイプ	波長	最大通信距離	他の読み方
SR4	Parallel MTP	MMF	850nm	100m@OM3 150m@OM4	iSR4
CSR4		MMF	850nm	300m@OM3 400m@OM4	XSR4/ESR4/ SR4E/eiSR4
PLRL4		SMF	1310nm	1km or 1.4km	PIR4/LRL4
PLR4		SMF	1310nm	10km	N/A
BiDi	Duplex LC	MMF	832nm-918nm	100m@OM3 150m@OM4	SR-BD/SR-BiDi
UNIV		MMF/SMF	1310nm	150m@OM3/OM4 MMF 500m to 2km SMF	LX4/LM4
LR4L		SMF	1310nm	2km	IR4
LR4		SMF	1310nm	10km	N/A
ER4		SMF	1310nm	40km	N/A

40G QSFP+と40G CFP：違いは何ですか？

40G CFPとは何ですか？

 プラグ可能なCフォームファクタの略であるCFPは、MSAに準拠しており、高速デジタル信号の伝送用の共通フォームファクタを生成します。この標準は、主に100ギガビットイーサネットシステム用に設計されましたが、40 GbEもサポートできます。40G CFP光モジュールには主に3つのタイプがあります。40GBASE-SR4CFPは、MTPコネクタを備えたOM4 MMFでの150m伝送に適用されます。40GBASE-LR4 CFPは、SCデュプレックスコネクタを使用したSMFでの10 km伝送用に設計されており、40GBASE-FR CFPは、SCデュプレックスコネクタを使用したSMFでの2 km伝送に使用されます。次の図は、CFPの寸法を示しています。

Figure 4: CFP mechanical dimensions

QSFP+とCFPの違いは何ですか？

 第1に、CFP光モジュールは視覚的に非常にサイズが大きいため、スタッキングやギャングをサポートしませんが、価格が高くなります。CFP光モジュールのインターフェイスはMTPまたはSCデュプレックスであり、QSFP+光モジュールのMTPまたはLCインターフェイスとも異なります。また、40G CFP光モジュールのタイプは比較的限られているため、さまざまな距離に対するユーザーの多様な要求を満たすことはできません。つまり、QSFP+はサイズが小さく、比較的安価であり、40G CFPと比較して高い柔軟性と幅広いアプリケーションを備えています。

概要

 研究が示すように、通信ネットワークでは、元の10Gから40G、さらには100Gへの光伝送帯域幅のアップグレードが急務となっています。40G QSFP+光モジュールは、高密度、費用対効果、低電力の40Gデータ伝送を保証し、明るい未来をリードします。QSFP+とは何か、40G QSFP+光モジュールのインターフェース、タイプ、およびアプリケーションを理解することは、データファシリティに最適化された光モジュールを選択する前の主要なタスクです。このペーパーが40G QSFP+および40G CFP光トランシーバモジュールについてのインスピレーションを与えることを願っています。