Трансиверы применяются для приема-передачи данных между станциями — компьютерами, ЭВМ, серверами, устройствами связи, — для транспортировки в сетевой среде, для соединения ее элементов. Широкое распространение получили в сфере телекоммуникации и технологиях, обслуживающих интернет, компьютерные сети. Такой приемопередатчик осуществляет транспортировку оптическими средами (линиями) или конвертацию сигналов для этого между ними и электрическими (металлические провода) их типами. Работа с оптоволокном (ОВ, ВОЛС, ВОЛ) обеспечивает чрезвычайно высокие скорости, расстояния, особо затребованные высокоскоростным интернетом, телекоммуникациями. Transceiver и ОВ позволяют уменьшить количество проводов и одновременно улучшить емкость каналов, скорость. Рассмотрим принципы работы сетевых приемопередатчиков, где и для чего они применяются, виды. В статье также приведем конкретный пример постройки сети с трансиверами.
Основные понятия о трансиверах
Более правильно ставить перед термином «трансивер» слово «сетевой» или «конвертер». В большинстве случаев он относится к сетевому типу оборудования. Transceiver — совокупность слов receiver и transmitter (термины для приемника и передатчика на англ.).
Трансивер (сетевой, конвертер) — это прибор для приема/передачи сигналов между различными (физически) средами, оснащением связи, компьютерным оборудованием.
Такие приемопередатчики являют собой устройство, соединяющие интерфейс хоста (главной вычислительной машины) с локальными сетями, например, стандарта Ethernet. Аппарат передает сигнал в кабель, позволяет станциям передавать и принимать из общего сетевого окружения передачи, делать конвертацию от витой пары к оптоволоконному кабелю и наоборот. Также адаптер способен обнаруживать противоречия на линии, мониторить ее.
Transceiver чрезвычайно удобный: это компактный модуль (часто немногим больше флешки), который вставляется в посадочные места на коммутаторе, сетевом оборудовании. Может быть и отдельной коробочкой со своим блоком питания (часто такие медиаконвертеры). Монтаж элементарный: достаточно вставить в гнездо, соединить разъемы и штекеры. Можно также вставить в плату обычного сетевого адаптера в RJ-45. Устройства съемные.
Например, трансивер Gls-lh-sm способен передавать по ВОЛС на 500 м и до десятка км без потерь качества сигнала, без усилителей. Расстояния для иных моделей могут быть еще большими. Это самые лучшие и эффективные на сегодняшний день инструменты для построения оптоволоконных сетей.
Итак, трансивер, что делает:
- конвертирует сигнал из среды сетевого элемента (ЭВМ), например, из внутренней электрической, во внешнюю транспортную с ОВ или наоборот. Такие модели, выступающие связывающим звеном между оптической и медной линией, именуются средопреобразователями или медиаконвертерами;
- выступает сетевым устройством, связывающим элементы сети.
Алгоритм работы подобен радиостанциям и в этом состоит одна из главных особенностей — устройство может одновременно передавать и получать данные.
Организовать интернет-связь, подключение к сети ПК можно витой парой, но есть и другой более эффективный, более технологичный способ — оптоволокно. Именно для этого используют не обычные сетевые адаптеры под RJ-45 и медный кабель, а с трансиверами под ВОЛС. Приборы позволяют преобразовывать некие параллельные данные, транспортирующиеся по шине компьютера, в поток уже последовательного типа, которым можно предавать их по кабелю, объединяющего ПК в сеть.
Как работает устройство
Надо отличать оптические (проводные) и беспроводные радиочастотные трансиверы, последние применяются для телефонной связи, радиостанций (интересный факт, в FM они не используются, так как прием/передача тут — две разные задачи), в рациях, смартфонах, мобильниках, для беспроводных устройств. Мы остановимся на проводных оптических приборах.
Устройства могут устанавливаться в стандартные электрические порты или в SFP или SFP+ гнезда и иные, встроенные в коммутатор.
Устройство в своем составе имеет лазер (передатчик) и фотомодуль (приемо узел), что позволяет одновременно принимать и передавать световые сигналы по ОВ.
Где применяются примеры
Есть чрезвычайное множество схем сетей с оптоволокном и такими сетевыми адаптерами. Принцип простой: ОВ от провайдера заходит в коммутатор с указанным приемопередатчиком, а тот раздает интернет на компьютеры, подключаемые к нему. Ниже один из вариантов:
Основные сферы применения:
- обеспечение высокоскоростного интернета через оптические волокна. В дата-центрах, у провайдеров, в серверных и пр.;
- для связи любого вида (телекоммуникации и прочее);
- построение сетей:
- видеонаблюдения;
- компьютерных (локальных или других).
Трансивер может работать с линиями полностью из ОВ или переводить сигнал с них на металлические магистрали и наоборот. Почти всегда он связан с этой разновидностью среды (оптоволоконной).
Среда передачи
Среда передачи во многом влияет на форм-фактор, скорость, технологию связи. Есть два типа таковой:
- оптоволоконная с одномодовыми и многомодовыми волокнами;
- электрическая: витая пара, а также твинкоаксиальный провод (встречается очень редко);
По оптоволокну (ОВ) передают не электросигналы, а свет. Это кабель с очень тонким ядром (сердцевиной) толщиной немногим большей волоса из специального гибкого стекла, которое проводит свет. Жила покрыта лаковой оболочкой, сверху которой тканевая и пластиковая изоляция. То есть провод тут один, все остальное — защитные оболочки.
На схеме выше видно как идет свет внутри жилы: он полностью отражается от ее границ — это полное внутреннее отражение, обеспечивающее преодоление больших расстояний.
Минусы оптоволокна:
- нельзя резко перегибать, бытует мнение, что оно ломается, это не совсем так, волокно гибкое и переломить его весьма сложно, не в этом дело. Перегибы возможные значительные и не нанесут вреда, но если они резкие, то просто сигнал по нему не пройдет (перегибаешь — сигнал пропадает, разгибаешь — появляется). Это надо учесть при прокладке линии;
- дорогое само ОВ и оборудование для его обслуживания.
Преимущества:
- не чувствительное к перепадам напряжения, наводкам;
- несравнимо большая скорость (60 Тбит/с и выше) и емкость (пропускная способность), если сопоставить с иными средами, например, витой парой (всего лишь 10 Гбит/с). Один провод, толщиной в волос может обслуживать несколько каналов;
- охватывает чрезвычайно большие расстояния без усилителей и пр;
- малый вес;
- срок службы 30–50 лет, витая пара — около 5 лет;
- может работать в воде.
Оптика не передает электричество, что можно рассматривать и как плюс, и как минус. Также по ней сигнал либо есть, либо его нет, так как это цифровая передача.
Типы ОВ:
- многомодовые. Большой диаметр ядра (50 и 62.5 мкм), для нескольких световых мод. Проводят сигналы до 2 км. Используются для локальных подсоединений, где промежуток до 300 м. Это трансиверы AOC (Active Optical Cable), технологии уплотнения SWDM (Short Wavelength Division Multiplexing);
- одномодовые. Малый диаметр сердцевины (9 мкм), для только одной моды. Более популярные. Особенно для современных телекоммуникаций. Работает с расстояниями до 160 км, позволяет создавать высокопротяженные системы уплотнения DWDM.
Перейдем к следующему типу среды, к металлическим кабелям, проводящим электросигналы.
Виды:
- витая пара. Наиболее знакомая даже обывателям. Это медный или обмедненный кабель для интернета обычно с 8 или 4 жилами со своей изоляцией (внутри главной внешней оболочки 4 или 2 перевитые вокруг друг друга пары). В 2016 году вышел тип кабеля 10GE Copper под трансиверы SFP+ 10GE Copper;
- твинкоаксиальный (twin-axial). Это «коаксиалка» с 2 параллельными проводниками в общем экране. Встречается очень редко. Используется с transceiver типа Direct Attach Copper.
WDM и CWDM
При выборе трансиверов обращают внимание на следующие технологии.
WDM — модули работают в паре с одной стороны передача на длине волн 1310 нм, с другой 1550, что позволяет вместо двух жил применить один провод. Приемник остается широкополосным.
CWDM. Развитие предыдущей технологии. Возможны 8 дуплексных каналов по одному волокну.
Transceiver медиаконвертер
Пока самыми популярными являются классические медные (витая пара и прочее) линии связи adsl, shdsl, ethernet. Но оптические кабели постепенно становятся все больше и заметно распространенными. Монтаж волоконно-оптических линий (ВОЛ, ВОЛС) с развитием технологий удешевляется. Еще недавно интернет ими прокладывали преимущественно для юридических лиц, предприятий, а в последнее время много таких систем заказывают физические субъекты, обычные граждане желающие получить высокую скорость связи.
Иногда у интернет провайдеров, чтобы развернуть сразу обширную сеть нет средств или это на некотором этапе развития их сервиса нецелесообразно. Проблема решается подключением абонентов через transceiver медиаконвертеры. В народе — «медик». Основная задача приспособить сигнал с оптоволокна для передачи на витую пару и наоборот. Аппарат переводит электрический импульс (именно такой на металлических жилах) в оптический (таковой на ВОЛ). Если кратко, то это электронно-оптический преобразователь.
Популярный внешний вид — небольшая коробочка, напоминающая устаревшие уже модемы, в высоту около 2 см, в длину и ширину 10 см.
На корпусе есть такие элементы:
- разъем питания, то есть для работы (преобразования) сигналов потребуется слаботочное питания, в данном случае применяется отдельный небольшой блок питания;
- минимум 1 медный порт, но может быть и больше, если обслуживается несколько станций. Данный порт предназначен для подсоединения к компьютеру или роутеру;
- 1 (или больше) оптический порт для подключения с сетью оператора через ВОЛС.
Такой трансивер-медиаконвертер не является роутером и даже коммутатором. Это так называемый прозрачный мост, переходник, просто пропускающий через себя трафик в точке перехода связи с электросреды в опто. Обычно приборчик без IP, веб-интерфейсов (встречаются модели с ним, но редко).
Виды медиаконвертеров
Варианты медиаконверторов-ресиверов:
- по скоростным характеристикам: 100 мегабитные (D-Link DMC-920R/T), 1 гигабитные (D-Link DMC-1910R/T). Особенность: работают на одной скорости, опции ее регулировки нет как аппаратно, так и программно;
- по разъемам. Есть встроенные трансиверы со стандартом SC, LC или с портом под SFP. Разъем в последнем варианте зависит от применяемого модуля;
- тип волокна:
- одномодовые
- многомодовые
- особый вид — для перехода между двумя указанными выше;
- по возможностям управления:
- неуправляемые, до недавнего времени все были такими;
- управляемые, со своим веб-интерфейсом, позволяют применить («навесить») тег vlan id стандарта 802.1q;
- внешнее исполнение:
- платы «голые» с разъемами под крепление во внутреннем пространстве оборудования;
- заключены в коробочку с отдельным блоком питания.
На станциях связи (у интернет-провайдеров) для удобства применения медиаконвертеров монтируются специальные корзины с разъемами под такие микросхемы с уже подведенным питанием, что позволяет обойтись без блоков розеток.
Для предоставления услуг интернета описанный тип аппаратов по-прежнему результативный, но морально устаревает, постепенно становится менее популярным, поскольку чаще абонентам ставят специальные коммутаторы, принимающие несколько услуг, а также можно приобрести роутер с оптопортом и трансивером внутри, что намного удобнее.
Но трансиверы-медиаконверторы по-прежнему популярные и порой незаменимые для постройки оптоволоконной сети видеонаблюдения (пример такой рассмотрим ниже подробно) и для подобных целей.
Модули SFP или оптические трансиверы
Расшифровка аббревиатуры: Small Form-factor Pluggable. Техническое название — «оптический трансивер». Это то же приемопередаточное устройство с рассмотренным выше принципом, но со своими особенностями.
В данном сегменте форма изделия, можно сказать, одна:
- корпус напоминает прямоугольную флешку около 5 мм в толщину, 1 см в ширину, 5 см в длину;
- с одного конца оптический порт (одно-, двухволоконный);
- с другой стороны — разъем. Им гаджет вставляется в порт на коммутаторе или маршрутизаторе со стандартом под него (SFP или другой).
Задачи те же, что и у рассмотренных выше «медиков» — преобразование сигнала электро в опто и обратно при использовании ВОЛС или для работы с линиями полностью с ОВ. Это тот же медиаконвертер, только намного компактнее, дополнительного блока питания не требуется (оно есть на модуле с гнездами). Но рассматриваемый вариант технически продвинутее.
Особенности, отличия:
- SFP модули выпускаются под расширенный спектр оптических линий по протяженности, параметрам типам волокон;
- некоторые фирменные изделия авторитетных брендов (Cisco, Juniper) могут отображать качества, характеристики сигнала, позволяют мониторить ВОЛС. Но такие возможности встречаются не всегда, а также обычно отсутствуют у более дешевых брендов (Opticin, Giganet, Newnets, китайские безымянные изделия).
Типы
Разновидности SFP модулей:
- по скорости транспортировки данных:
- 100 Мб/с и 1 Гб/с (1000base lx, lc, t);
- расширенные стандарты SFP+ (СФП плюс) и XFP со скоростью 10 Гб/с;
- подтип SFP, передающий данные на 100 Гб/с, но для массового сегмента это редкость;
- по применяемому типу разъемов (connector type):
- одноволоконные: на сегодняшний день это только модули с разъемами SC:;
- двухволоконные: с разъемами LC:;
- есть и иное разделение: Simplex LC для работы с 1 волокном; Duplex LC для работы с парой;
- по количеству волокон:
- одно-, использующие для приема (Tx) и передачи (Rx) 1 волокно. С технологией спектрального уплотнения WDM, для этого есть встроенный мультиплексор. Наклейка с маркировкой имеет соответствующую пометку;
- двух-, прием идет по одному волокну, передача — по-другому;
- тип волокон (универсальных нет, устройство может работать только с одним из них):
- 1-модовые SM;
- многомодовые MM;
- центральная длина световых волн. По ней идет наибольшая мощность сигнала. Измеряется в НаноМетрах (нм). Популярные значения для 1-домовых СФП — 1310 и 1550 нм, для многомодовых — 850 и 1310 нм. Параметр прописывается на наклейке с маркировкой;
- оптический бюджет, то есть по дальности. SFP является как приемником, так и передатчиком. С одной стороны лазер дает сигнал света с определенной силой, которая слабеет по мере преодоления расстояний по оптоволокну, пока окончательно не затухнет. С другой — приемник того же трансивера способен принимать световые импульсы определенной мощности. Если сила ниже минимальной границы (произошло критическое затухание), то сигнал теряется. Данная величина представляет собой разницу между макс. мощностью передатчика и минимальной приемника. Чем значительнее бюджет, тем выше дальность. Популярные стандарты для 2-волоконных модулей: 17 дБ — 20 км, 21 — 40, 24 — 80. Для одлноволоконных (WDM): 14 — 20, 21 — 40, 24 — 80.
Есть разные патч-корды под конкретные типы разъемов:
Построение оптоволоконных сетей с трансиверами
Рассмотрим условия, в которых применяются transceiver. Выберем 2 сферы: для интернета, сети ПК и для системы безопасности с видеокамерами (аналоговыми, не IP).
Интернет и сеть ПК
Если говорить об оптоволоконном интернете, то для среднестатистического пользователя тут все понятно: провайдер, предоставляющий услуги, тянет оптоволокно со специальным разъемом к роутеру, коммутатору, на котором установлен трансивер. А оттуда уже интернет раздается по Wi-Fi или по витой паре или тому же оптоволокну. То есть механика процесса немного схожая как, если бы использовалась витая пара. Но внутренние нюансы значительные: клиент получает чрезвычайно качественный и быстрый сигнал.
Если строится именно локальная сеть (без выхода в интернет) с оптоволокном и такими приемопередатчиками, то таковое протягивается от каждого компьютера к общему маршрутизатору (свитчу). ПК должны иметь встроенные трансиверы, не обычные сетевые адаптеры для витой пары. Преимущество в том, что такую систему (ВОЛС) можно построить на больших расстояниях и скорость ее будет выше, чем на металлических проводах, на одну жилу можно «повесить» несколько каналов.
Видеонаблюдение
Принцип снятия сигнала с нескольких видеокамер максимально схож как для постройки сети с компьютерами, так как в данном случае эти приборы, если упростить, в составе системы такой же элемент как ПК.
Преимущества перед иными типами связи:
- по одному волокну можно подключить чрезвычайно больше количество устройств. В нашем примере — 8. То есть не будет толстого жгута кабелей. Вместо фарша из кабелей (если камера аналоговая, то к ней идет два) будет одна стеклянная тонкая нитка в изоляции;
- на стекловолокно не действуют удары молний, то есть, например, если обычный металлический кабель (по нему идет слаботочное питание на камеры) подвергнется этому явлению, то может сгореть видеорегистратор, иное оборудования, с ВОЛС такое полностью исключается.
Куплен комплект трансиверов-медиаконвертеров
Один блок на прием, второй на передачу, между собой будут соединяться оптоволокном. К каждому идет слаботочный блок питания на 5 В и 1 А:
Корпусы самих устройств идентичные, отличаются только буквами: на одном R — ресивер (передает), на втором — T (принимает)
На корпусе:
- с одной стороны: гнезда питания (есть 2, зеленый дублирует обычный);
- для оптокабеля (круглый с резьбой, закрытый красной крышечкой);
- статусные индикаторы;
- с другой — 8 DNC разъемов, на 8 камер (есть модели под разное количество).
Для соединения между собой блоков куплен оптический патч-корд. Надо проследить, чтобы штекеры подошли к трансиверу, так как есть несколько стандартов: SC, FC, LC и пр. На нашем тип указан на листке в упаковке. Длина — 10 м, так как делается пока тестовое соединение
Для соединения ОВ не применяют обычных способов — есть особые механические коннекторы или специальный сварщик, но он чрезвычайно дорогой, поэтому применим первые. Изоляцию с такого кабеля можно снять любыми кусачками, подручными инструментами, но потребуется еще и зачистка, а для нее нужен специальный стриппер (стоит около 5 тыс. руб., но на китайских площадках есть экземпляры и за 800 руб.). Главное, зачем он нужен — для снятия лака с внутренней жилы, диаметр которой 0.25 мм.
В доме есть маленькая серверная, где расположен видеорегистратор. Отсоединяем от него кабели камер и присоединяем трансивер — блок с буквой T, он будет отправлять картинку с камер на ресивер (с буквой R).
Это тестовая сборка, для наглядности в ограниченном пространстве, поэтому ответная коробочка (R) размещена в доме на столе:
Для соединения ресивера с видеорегистратором применяются короткие патч-корды с BNC штекерами. Результат ниже. У нас transceiver не поддерживает некоторые стандарты, поэтому картинка черно-белая. Есть модели, обеспечивающие цветное видео, но у продавца надо особо уточнить, какие стандарты работают (PAL, SECAM, NTEC, Plug&Play и прочее). В нашем случае из-за неправильно подобранных стандартов пользователю пришлось добиваться цветной картинки, изменяя положение перемычек на самих камерах, но само качество немного ухудшилось.
Подбор трансиверов
Параметры для оценки мы описали выше в разделах о видах этих устройств. Одной из самых важных характеристик является расстояния, на которые рассчитано изделие. Чтобы не ошибиться, оно замеряется спецприборами. Но также можно оценить и на глаз (чаще так и делают), но потребуется точность минимум до 1 км.
Опишем правила выбора для оптических трансиверов:
- если производится замена, то подбирается модель с аналогичными характеристиками. Тут важно разобраться с маркировкой (опишем ниже);
- модернизация системы. Выбор усложняется — надо определиться с целью и сравнить, что есть в распоряжении. Для начала анализируют имеющуюся линию, а конкретнее, затухание, в идеале на длинах волн 1310 и 1550 нм. Узнав эти значения, спектр оборудования сузится. Далее, если речь идет об увеличении емкости системы уплотнения CWDM или DWDM, надо узнать о наличии свободных длин волн на мультиплексоре и трансиверы с какими оптобюджетами там работают;
- глобальная модернизация, например, переход от 1 Гбит/с к 100 Гбит/с или постройка новой линии. Надо обратиться к компаниям, предлагающий сервис по расчету и продажу телекоммуникационного оснащения. Тут даже специалисты совершают ошибки.
Маркировка
Проиллюстрируем изображениями:
Данные можно узнать из диагностических характеристик изделия, это такие пункты:
Пример самых важных параметров из спецификации, указанной магазином, и сбоку диагностическая информация:
Совместимость
Будет ли работать выбранный изделие с уже имеющимися.
Подбор — чрезвычайно обширная тема, по каждому аспекту можно написать небольшую брошюру. Мы лишь сориентируем читателя, на какие характеристики обратить внимание, для подробных исследований надо изучать специсточники, учебники. Тут есть много нюансов, например 2-волоконный SFP 4.25 Гбит/с FiberChannel модуль не совместим с 2-волоконным GBIC 1.25 Гбит/с модулем из-за расхождений в скорости передачи и пр.
По волнам есть таблицы:
Проверка совместимости с коммутатором производится с изучением его спецификации. Тут важно тщательно различать названия типов ресиверов, например, часто путают порты SFP с SFP+ (они визуально идентичные). А также, даже если есть порт SFP+, то сетевое оборудование может не поддерживать SFP+ZR.
Надо также изучить спецификацию, именно программную часть, операционку коммутатора, где будут указано, что поддерживается.
Подбор медиаконвертеров для простых задач
Если же речь идет лишь о медиаконвертере, то есть когда просто требуется перевести сигнал из меди на оптоволокно, например, для более простой цели, как в описанном нами случае — для видеонаблюдения, то дела обстоят значительно проще. Подбирают под имеющиеся разъемы/штекеры, протяженность линии, под количество жил и поддерживаемые стандарты.
Итог, важные интересные факты
Постройка сети, обеспечение интернета с трансиверами и оптоволокном в последнее время упрощается, так как выпускаются специальные роутеры, маршрутизаторы, коммутаторы с ними под оптоволокно. Есть также transceiver переходники, один из них на изобр. ниже:
На завершение приведем интересные нюансы:
- все оборудование, работающее с оптоволокном чувствительное к пыли, вплоть до потери сигнала из-за нее. Чистить надо ни в коем случае не воздухом, а спецсалфеткой;
- для витой пары на 10 Gb нет SFP трансиверов — пока по меди больше гига передавать не получается;
- «медики» со встроенным оптопортом встречаются реже, поскольку стали применяться спец технологии CWDM с OADM. Чаще начинаются ставить роутеры с оптопортами;
- если проводится оптоволокно по столбам, например, в село пользователю для улучшения качества интернета, то надо брать оптокабель с тросом. Если со стороны провайдера будет SFP, то со своей стороны особой разницы нет, что поставить — коммутатор или медиаконвертер. Если же дадут только медный порт, то придется ставить 2 медика. Если пользователь купит все за свой счет и отдаст на баланс провайдера, то последний может навесить на линию телефоны и прочие кабели, использовать ОВ по своему усмотрению. В этом нет особого вреда, если качество сигнала не пострадает. Можно не передавать ОВ на баланс провайдера, но пользователю придется его обслуживать, а при обрывах это может быть дорого;
- надо также различать простые медиаконвертеры и ONT, ONU («аннушки») — абонентские терминалы, ставят на стороне пользователя. Медик по своим интеллектуальным функциям как простой свитч — то есть полностью «тупой». ONU — это уже более продвинутое, со своим «разумом» устройство, поддерживающее vlan, и с настройкой конфигураций разных сервисов. «Аннушки» ставят преимущественно уже с новым оборудованием, простые «медики» — для поддержки старых систем.
Выше — выборка из специализированного ресурса об ONU, которая также отображает тот факт, что оптические технологии развиваются чрезвычайно быстрыми темпами. Мы же в статье рассмотрели основы по одному из ее основных элементов — именуемым трансивером, выполняющим роль сетевого адаптера и медиаконвертера.