1.光纤
1.1 基础概念
全称，光导纤维，Optical fiber，是一种由玻璃或塑料制成的纤维。
目前光纤主要用于通信，石英光纤，其成分是高纯度石英玻璃，二氧化硅。
1.2 原理
光的全反射
1.3 损耗
光纤传输损耗比电缆传输低，但是不代表没有损耗，主要是吸收、散射等原因产生，吸收分为本征吸收，也就是光纤材料自身进行吸收。杂志吸收，光纤里面的杂志进行吸收。以及光的散射等损耗。
1.4 分类
1.4.1 单模和多模的区别
| 对比维度 | 单模光纤 | 多模光纤 |
|---|---|---|
| 核心直径 | 很小，约8~10μm | 较大，常见50μm或62.5μm |
| 光传输模式 | 只允许一种光模式（路径）直线传播 | 允许多种光模式以不同角度反射进行 |
| 光源 | 激光LD，通常位1310nm或1550nm波段 | LED或VCSEL,通常为850nm或1300nm波段 |
| 带宽容量 | 极高，理论上远超多模光纤 | 相对较低，受限于模式色散 |
| 传输距离 | 远，可达数公里至上百公里 | 短，一般只有300米-2公里以内 |
| 信号衰减 | 很低 | 较高 |
| 主要色散 | 色散 | 模式色散 |
| 颜色 | 通常为黄色 | 通常为水绿色或橙色 |
| 成本 | 主要是收发器/光源昂贵 | 本身比单线贵，但是配套光模块便宜 |
1.4.2 关键点
- 传输距离和模式色散：多模光纤中不同模式的光走的路程不同，折射角大的光路程长，到达接收端时间不同，导致光脉冲展宽，从而限制距离和带宽。单模光纤没有这个缺点。
- 单模光纤需要使用，高精度、高成本的激光器才能将光耦合进极细的光纤中。多模光前可以使用成本很低的LED或者VCSEL垂直腔面发射激光器作为光源。虽然多模光纤本身可能比单模更贵，但是综合配套成本单模要贵很多。
- 光的模式：光在光纤中正常有成千上万种运行路径，就像上面说，多模，有的光先到，有的后到。所以单模就是把光限制在一条路径上。就好比单车道和多车道。
- 模式色散：就是因为有不同路径的光，跑的路程不一样长，导致到达终点时时间有先后，信号被“托散”了。比如多模光纤中，一束光脉冲（比如代表1）打入光纤，走直线的光路程短，先到重点。走“之”字反射光路程长，后到终点。导致一个干净的光脉冲，到达接收端时变成了一个"前后拖拽，宽宽扁扁"的脉冲。如果发送一个两个紧挨着的脉冲，比如101，拉宽后可能会叠在一起，接收端分不清楚时101还是111。产生了误码，这直接限制了光纤的传输距离与带宽(每秒传输多少个脉冲)。
1.4.2 详细理解说明
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上面提到多模光纤的纤芯比较粗，大概是50μm，这就好比是一个宽敞的多车道，因为路很宽，所以激光的光可以从不同角度进入到光纤中，同一时间。这种不同的角度和路径，就是多模。
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而单模光纤的纤芯比较细，只有9μm左右，相当于单车道，只有绝对笔直沿着中心射入的那一束光能够存活并传播下去，这就是单模。
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总所周知，光速是恒定的，在多模中，同一时刻，光从不同角度射入，速度一样，但是他们走过的路程不一样。
- 路径A(直行车)：光沿着纤芯笔直的走，速度最快。
- 路径B(浅反射)：光以小角度反射，就是反射次数比较少，路程比A稍微短一些。
- 路径C(深反射)：光以大角度剧烈反弹前进，走过的路程是最长的。
这就会导致一个严重后果，同时发出的脉冲，光却不同时间到达，比如发射方波信号1结果接收到的被拉长,变宽了，这个就是模式色散。
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多模上面说明了它的问题，所以激光器也就要求没那么高了，用VCSEL就行了，最大问题就是模式色散，光源就要求不高。但是单模光纤十分细小，如果VCSEL，大部分光进不去，耦合效率太低了。为了把光打入这细小的光纤中，必须使用昂贵的、高度聚焦、线宽极窄的激光器，比如DFB（分布式反馈激光器)或EML(电吸收调制激光器)。
1.5 光纤接头
- LC 接头： 像两个小夹子，一根发（Tx）、一根收（Rx）。通常配合单模光纤使用
- MPO 接头： 一个宽宽的方形接头，里面密密麻麻排布了 12 根甚至 24 根光纤。通常配合多模光纤和多通道模块（如 QSFP）使用。
2. QSFP和QSFP28
2.1 基础概念
QSFP和QSFP28是一种光模块封装标准。
2.1 QSFP
英文全称，Quad-Small-Form-Factor-Pluggable。中文全称，四通道小型可插拔模块。
- 四通道：SPF只有一个通道，而QSFP里面包含四条独立的发射和接收通道。
- 演化和速率：最开始的QSFP设计为每通道 1G 速率，共4G。但是现在工业上常说的 QSFP 指的是 QSFP +。
- QSFP+：每条通道支持 10Gbps 的速率。四条通道合在一起就能实现总传输速率 40Gbps。
2.2 QSFP28
QSFP28 是专门为 100G 应用设计的封装标准。
- 速率提升：这里的 “28" 指每条通道最高速率可以支持到 28 Gpbs的电气速率，通常用于传输25Gpbs的传输速率加上前向纠错FEC等协议的开销。
- 通道聚合：它采用4条通道，4条一起实现 100G速率。
- 物理兼容性：QSFP28与 QSFP/QSFP+物理接口完全一样。保证向下兼容性。
3. 波长与WDM
3.1 波长：
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三大经典波长：
- 850nm：短波长，配合多模光纤，用于短距传输。
- 1310nm：长波长，配合单模光纤，用于中长距（比如2km，10km）。
- 1550nm：超长波长，用于几十公里的长距离传输。
3.2 波分复用 (WDM - Wavelength Division Multiplexing)
- 痛点：比如 100G 的QSFP28，内部是4个25G的通道。如果用4根光纤发，四根光纤收，太浪费线缆。
- 解决方案：WDM技术让模块内部发出4种颜色微小差异的光（比如1271nm，1291nm，1311nm，1331nm），然后把它们推进同一根光纤模块里传输。接收端再用三棱镜（分波器）把它们分开。这也是业内常说的CWDM4 或 LR4 模块的核心技术。
4. 黑话指南
以 100GBASE - SR4 和 100GBASE - LR4 为例：
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100G：总速率 100 Gbps。
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BASE：基带传输。
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S/L:
- S（Short Reach）:短距，多模光纤，发850nm光，激光器廉价，传输距离短。
- L（Long Reach）：长距，单模光纤，1310或以上的光，激光器贵，传输距离远。
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R：采用 64B/66B 编码方式。
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4：使用四个通道。
如果别人说“交换机端口插了一个100G SR4" , 要想到QSFP28封装，多模，短距，四通道，850nm，MPO接头。
5.关键硬件引脚
进入I2C寄存器之前，光模块上有几个非常重要的硬件引脚，由固件或者底层解决。
- ModPrsL (Module Present, 模块在位)： 一根接地线。模块插进去，交换机的这个引脚被拉低，交换机就知道“哦，有模块插进来了”，然后才会开始用 I2C 去读你的 SFF-8636 数据。
- Tx_Disable (发送禁用)： 交换机可以通过拉高这个引脚，强制关掉光模块里的激光器（比如在排查故障或省电时）。
- Rx_LOS (Loss of Signal, 接收信号丢失)： 当模块没插光纤，或者对端断电了，模块收不到光。你的硬件（或者固件）必须拉高这个引脚，大声告诉交换机：“我瞎了，别等数据了！” (协议的 Lower Page 里也有对应的状态位需要同步置位)。
- Tx_Fault (发送故障)： 当模块内部的激光器坏了，或者温度失控导致发光异常，模块拉高此引脚向交换机求救。
