SFPトランシーバ

SFPトランシーバは、一対の光ファイバーケーブルに接続できる

SFPトランシーバ（small form-factor pluggable transceiver）は、基板上の電気信号と光ファイバ上の光信号を相互に変換する光トランシーバモジュールの一つ。小型で活線挿抜が可能であり、光通信をサポートするネットワーク機器（英語版）に搭載して使用される。同様の挿抜モジュールであるQSFP (quad SFP)およびOSFP (octal SFP)についても本項で記載する。

概要

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利用

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SFPトランシーバには様々な送受仕様がある。モジュールの仕様によってマルチモードファイバ、シングルモードファイバ、ツイストペアケーブル、同軸ケーブルなどの伝送媒体を必要な距離長および伝送速度で接続可能であり、ユーザは各リンクに適切なトランシーバを選択することができる。

SFPスロットを2つ(右端)備えたイーサネットスイッチ
SFPスロットを2つ(右端)備えたイーサネットスイッチ
SFPスロットを2つ備えたネットワークカード

ネットワーク機器にあるSFPポートはモジュラスロットであり、ここにSFPを挿し込むことで、SFPが対応する伝送媒体(光ケーブル、場合によっては銅線ケーブル)を接続することができる[1]。主にSONET・イーサネット・ファイバーチャネル・PONなどの通信規格に対応している。

SFPスロットは、スイッチングハブ、ルータ、ファイアウォール、ネットワークカードなどについている。ストレージインタフェースカード（HBAやファイバチャネルストレージスイッチと呼ばれる）もこれらのモジュールを使用し、2Gb、4Gb、8Gbなどの様々な速度に対応する。SFPは安価・小型であり、様々なタイプの光ファイバー接続を提供することから、このような機器の柔軟性を高める。

標準化

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SFP・QSFPは公式の標準化団体では標準化されていないが、SNIA (ストレージネットワーク産業協会)[注釈 1]の後援の下にマルチソースアグリーメント(MSA, メーカー間による規格合意)によってそのフォームファクタや電気インタフェイス仕様が規定されている[2][3]。SFPは、多くのネットワーク製品メーカーによって共同開発されサポートされている一般的な業界フォーマットである。

ただし、実際問題として、一部のネットワーク機器では自社の純正SFP以外は使えないようにするベンダーロックインを起こしているものがある[4]。機器側ファームウェアがSFP内蔵メモリ(EEPROM)に記録されたベンダーIDを識別して、同じブランドのIDのSFPのみを受け入れるようにベンダー独自のチェックを追加しており、機器の動作を制限している。これに対抗するために、サードパーティ製の互換SFPではベンダーIDを書き換え可能な空の内蔵メモリを備えたものが販売されている[5]。このような互換SFPは一般に純正SFPより安価であるため大きな需要がある。

種類

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SFP

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様々なSFP

SFPはもともと1Gbps光通信用に設計されたトランシーバで、従来1Gbps通信で使われていたGBICを元にして小型化した[6]ため、GBICに代わって広く普及した。この経緯から一時期Mini-GBICとも呼ばれた[7]が、この名称はMSAで正式に定義されたものではない。以下にSFP仕様を規定しているMSA規格を示す。

  • 機構仕様: SFF-8432[2] および SFF-8071[8]
  • 電気的仕様: SFF-8418[9] および SFF-8419[3]
  • 管理機能仕様: SFF-8472[10]

伝送速度

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SFPは基板上バスの速度向上に応じて下表のような派生モジュールがある。いずれも仕様が共通化されているため、機器メーカーはSFPポート設計の一部を再利用することができる。また、例えばSFP+とSFP28の共用ポートなど、異なる伝送速度仕様を持つモジュールのいずれも挿すことができるスロット設計も可能となっており、一部のルータやスイッチングハブでは100MbE、1GbE、10GbEにそれぞれ対応した3種のSFP/SFP+を自動判別して動作切替するものがある[11][12]。

SFP派生モジュールの比較
名称 伝送速度 MSA初版 光ポート主用途 基板配線 備考
SFP 1 Gbpsなど 2001-05-01[6] GbE, 100MbE
1GFC, 2GFC, 4GFC
OC-3
OTN OTU1 		20ピン MSAには記載されていないが、最大5 Gbpsの通信が可能[13]。
SFP+
(SFP10)
(SFP16) 		10 Gbps
16 Gbpsなど 		2009-07-06[14] 10GbE
8GFC, 16GFC[15][注釈 2]
OC-192
OTN OTU2 		20ピン 初版仕様は2006年5月9日に公開され、2009年7月6日に採択された[14]。従来の10 Gbps通信の主流であったXENPAKやXFPトランシーバに代わって広く使われる。
SFP28 25 Gbps 2014-09-13[16] 25GbE 20ピン 基板上バスは25 Gbps通信の符号化における付加ビットを加味して28 Gbpsで動作する[17][18]。伝送媒体はSMF[19], MMF, AOC[20], DAC[21][22]など。
SFP56 50 Gbps 2019-07-18[16] 50GbE 20ピン NRZの代わりにPAM4を使用し、SFP28と同様の仕様で28 Gbaud動作バスによる56 Gbps通信を実現したもの。SFP-DDから逆輸入する形で仕様追加された。
SFP-DD 100 Gbps〜 2019-04-10[23]
(SFP-DD MSA) 		100GbE, 200GbE 40ピン "DD"は倍密度(double density)を意味する。機器側には40ピンコネクタで接続し、2並列の送受信バスを実装している。ピン配置はSFP+/SFP28との後方互換性が考慮されている[24]。

通信ポートの拡張

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前面の光ファイバ接続インタフェイスを拡張したSFPとして以下のものがある。

  • 100M SFP - 1Gbps通信用に開発されたSFPを旧来の100Mbps光通信に流用したもの。FTTx用途で100BASE-FX接続などに用いる[25]。
Copper SFP
ダイレクトアタッチケーブル
  • ダイレクトアタッチケーブル (DAC, direct attach cable) - SFPコネクタがケーブルの両端に備え付けてあるもの。2つの機器のSFPポートを電気的に直接接続するために主に10Gbps以上の通信で用いる。パッシブ（最大7m程度）、アクティブ（最大15m程度）、AOC (active optical cable, 最大100m程度)などの種類がある。
  • cSFP (compact SFP) - 独立した1芯双方向の光ファイバポートを2ポート設けたもの。主にポート密度を高め、ポートあたりのファイバ使用量を減らすために用いる[29][30]。

光学特性

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光通信用のSFPでは、主に短距離用にマルチモードファイバ、長距離用にシングルモードファイバを用いて様々な構成で接続可能なものがある。特に接続距離長や光源波長の仕様種別は、100Mbps・1Gbps通信用途のものではSX・LX・EX・ZX・BXなど、10Gbps以上の通信用途のものではSR・LR・ER・ZRなどとして表現され、これらの一部はイーサネットの規格名称にもなっている。

1Gbps光通信用途の主要なSFPの一覧
名称 ファイバ コネクタ レバー色 波長 距離長 備考
SX MMF LC 黒またはベージュ 850nm 550m 主に1000BASE-SX・1GFC用途。距離長を短くして2GFC・4GFCなど高い通信速度に対応したものもある[31]。
SX+/MX/LSX
（メーカにより異なる）		 MMF LC 黒/青 1310nm 2km[32] SXや100BASE-FXとは互換性がない。LXをベースにしているが、LXをマルチモードに適応させるために一般的に使用されているモード調整ケーブルではなく、標準のマルチモードパッチケーブルを使用してマルチモードファイバで動作するように設計されている。
LX SMF LC 青 1310nm 10km 規格上は1000BASE-LXは5km、1000BASE-LX10は10km。
EX SMF LC 青/緑 1310nm/1550nm 40km[33]
XD SMF LC 青/緑 1550nm 50km
ZX SMF LC 青/緑 1550nm 80km 距離長はファイバー伝送損失に依存。
EZX SMF LC 青/緑 1550nm 160km 距離長はファイバー伝送損失に依存。
BX SMF SC または LC 紫/青 1490nm/1310nm
(1芯双方向)		 10km 規格名称は1000BASE-BX10。アップリンクとダウンリンク用にそれぞれの波長をBX-UとBX-Dとしてペアで使用する[34][35]。一方向に1550nmを使用したものや距離長を80kmにした高出力製品もある。
SFSW SMF SC または LC - (1芯双方向) - 1本のファイバに1つの波長(single fiber single wavelength)を用いて双方向トラフィックを構成する。同一波長帯の中でわずかに異なる2波長を使うことで送受信号を分離している[36][37]。ポート密度を高め、ファイバ使用数を減らすために用いる。
CWDM・DWDM SMF LC 茶赤橙黄緑青紫灰 [38] 1270〜1610nm
1514〜1577nm (190〜198THz)		 40km, 80km, 120km など 様々な距離長・波長で用いられる。
OC-3 SFPの内部。上部の金属製キャニスターは送信用レーザーダイオード、下部のプラスチック製キャニスターは受信用フォトダイオードである。


10Gbps通信用のSFP+は、XENPAKなどの従来モジュールと比べると、一般にモジュール内よりも機器側の回路実装を多くすることで小型化を実現している[39]。XENPAKポートやX2ポートを備えた古い機器でもSFP+を使うことができる変換アダプタがある[40][41]。

SFP内蔵の受光回路には光検出器としてフォトダイオードが用いられ、増幅部にはリミッティングタイプまたはリニアタイプのものがある。多くはリミッティングアンプにより劣化した受信信号を整形している。リニアタイプは主に10GBASE-LRMなどの低帯域幅規格において機器側で分散補償(EDC)の処理を行う構成での使用が意図されている[42]。

100GBASE-LR4 QSFP28

QSFP

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QSFP (quad SFP)は、4並列伝送(4レーン動作)を可能にした光トランシーバ。SFPよりもわずかに大きい。

QSFPには下表のような派生モジュールがあり、MSA規格にて仕様が共通化されている。

  • 機構仕様: SFF-8661[43]およびSFF-8683[44]
  • 電気的仕様: SFF-8679[45]
  • 管理機能仕様: SFF-8636[46]
QSFP派生モジュールの比較
名称 伝送速度 MSA初版 光ポート主用途 基板配線 備考
QSFP 4Gbps 2006-11-01[47] 4並列×GbE
4GFC
SDR-IB, 4並列×DDR-IB 		38ピン
QSFP+
(QSFP10)		 40Gbps 2012-04-01[48] 40GbE, 4並列×10GbE
4並列×10GFC
4並列×QDR-IB 		38ピン
QSFP14 56Gbps 2015-06-29[49] 4並列FDR-IB
SAS-3
32GFC, 4並列×16GFC 		38ピン
QSFP28 112Gbps 2014-09-13[50] 50GbE, 100GbE
4並列×EDR-IB
128GFC, 4並列×32GFC 		38ピン 「QSFP100」または「100GQSFP」とも[51]。
QSFP56 224Gbps 2019-07-18[50] 200GbE
4並列HDR-IB
256GFC, 4並列×64GFC 		38ピン NRZの代わりにPAM4を使用する。「200GQSFP」とも[52]。
QSFP-DD
(QSFP-DD800)		 448Gbps～ 2016-09-16[53]
(QSFP-DD MSA) 		400GbE, 800GbE
NDR-IB 		76ピン "DD"は倍密度(double density)を意味する。機器側には76ピンコネクタで接続し、8並列の送受信バスを実装している。ピン配置はQSFP+/QSFP28との後方互換性が考慮されている。

OSFP

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OSFP (octal SFP)は、8並列伝送(8レーン動作)を可能にした光トランシーバ。QSFPよりもサイズが大きく、出力電力も大きい。機器側の基板上バスには60ピンコネクタで接続する。MSAグループ[54]は2016年に発表され、2021年公開の4.0版では1レーンあたり100Gbps動作する基板上バスを用いて800Gbps通信に対応している[55]。

2022年には800Gbps対応モジュールがリリースされている[56]。今後はQSFPと下位互換性を持つアダプタも登場するものと見込まれている[57]。

機械的構造

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前面コネクタ

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LCコネクタを持つSFPモジュールの正面。青いレバー色は、シングルモードファイバ用であることを示す。
MPOコネクタを持つQSFPモジュールの正面
Twinaxケーブルが接続されたQSFPダイレクトアタッチケーブル

光ファイバを接続できるトランシーバでは一般に、前面に2つのLCコネクタが付いている。1つは送信用、もう1つは受信用である。このほか、1芯双方向の光ファイバを接続できるSCコネクタのものや、100Gbps通信用に12芯・16芯光ファイバ並列接続可能なMPO (multi-fiber push-on)コネクタが備えられたものもある。

ツイストペアケーブルが接続可能なSFPではRJ-45ポートがある。またダイレクトアタッチケーブルでは、前面ポートにあたる部分に直接Twinax (2芯同軸)ケーブルが接続されている。

SFPモジュールの側面・底面。レバーの操作で底面の取付金具がスライドする。長さは6cm。

SFPの機器搭載時はスロットケージの爪でロックが掛かるようになっており、取り外しの際にはレバーを引いてロックを解除する機構が設けられている。このレバー色はファイバ種別を表しており、マルチモードファイバでは黒またはベージュ、シングルモードファイバでは青[2]のレバー色規定があるが、1550nm波長のものを緑[58][33]や黄色[38]で表すベンダ拡張実装が多い。

寸法

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SFP、QSFP、OSFPの順で大きくなっている。

寸法
SFP[2] QSFP[43] OSFP[55]
高さ 8.5mm 8.5mm 13.0mm
幅 13.4mm 18.35mm 22.58mm
奥行き 56.5mm 72.0mm 100.4mm

電気インタフェイス

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ピン配置

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SFP・QSFPには機器側の基板と接続するためのプリント基板が含まれ、モジュラスロット内部にあるコネクタと嵌合する。SFPでは20ピンコネクタ、QSFPでは38ピンコネクタが用いられており、電気インターフェイスは以下のようなピン割当が規定されている。

SFPの基板上バス入出力[3]
ピン 名称 機能
1 VeeT 接地 (送信機)
2 TxFault 送信障害表示
3 TxDisable HI入力時に光送信の無効化
4 SDA 2線シリアルバスのデータ
5 SDC 2線シリアルバスのクロック
6 MOD_ABS モジュールの存在を示す(内部で接地)
7 RateSelect レート選択設定
8 LOS 受信障害表示(受信強度が最小感度未満)
9 VeeR 接地 (受信機)
10 VeeR 接地 (受信機)
11 VeeR 接地 (受信機)
12 RD- 受信データ
13 RD+ 受信データ
14 VeeR 接地 (受信機)
15 VccR +3.3V電源 (受信機, max. 300mA)
16 VccT +3.3V電源 (送信機, max. 300mA)
17 VeeT 接地 (送信機)
18 TD+ 送信データ
19 TD- 送信データ
20 VeeT 接地 (送信機)
QSFPの基板上バス入出力[47]
ピン 名称 機能
1 GND 接地
2 Tx2n 送信データ
3 Tx2p 送信データ
4 GND 接地
5 Tx4n 送信データ
6 Tx4p 送信データ
7 GND 接地
8 ModSelL モジュール選択設定
9 ResetL LO入力でリセット
10 Vcc-Rx +3.3V電源 (受信機)
11 SCL 2線バスクロック
12 SDA 2線バスデータ
13 GND 接地
14 Rx3p 受信データ
15 Rx3n 受信データ
16 GND 接地
17 Rx1p 受信データ
18 Rx1n 受信データ
19 GND 接地
20 GND 接地
21 Rx2n 受信データ
22 Rx2p 受信データ
23 GND 接地
24 Rx4n 受信データ
25 Rx4p 受信データ
26 GND 接地
27 ModPrsL モジュールの存在を示す
28 IntL LOで割込通知
29 Vcc-Tx +3.3V電源 (送信機)
30 Vcc1 +3.3V電源
31 LPMode 低電力モード
32 GND 接地
33 Tx3p 送信データ
34 Tx3n 送信データ
35 GND 接地
36 Tx1p 送信データ
37 Tx1n 送信データ
38 GND 接地

2線シリアルバス情報

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電気インタフェイスには管理用シリアルバスが含まれており、トランシーバの通信性能、適合規格、製造元などの情報が取得できる[10][46]。 これらは内蔵メモリとしてEEPROMの256バイトのメモリマップが定義されており、I²Cインタフェイスの8ビットアドレス0xA0 (1010000X)でアクセスできる。

さらに、デジタル診断監視（DDM: digital diagnostic monitoring[10][46], DOM: digital optical monitoringとも）と呼ばれる機能を持つものがある。この機能に対応したモジュールでは、送受信光強度・温度・レーザーバイアス電流・トランシーバ電源電圧などのモジュール情報をシリアルバス経由でリアルタイム監視できる。この機能は一般的にSNMPを介してネットワーク機器を監視するために実装されている。

関連項目

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ウィキメディア・コモンズには、SFPトランシーバに関連するカテゴリがあります。

脚注

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[脚注の使い方]

注釈

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  1. ^ SFPの初版仕様を取りまとめたスモールフォームファクタ(SFF)委員会（英語版）は2018年にSNIAに吸収され、SNIAの作業グループの1つとして引き継がれている。
  2. ^ 当初16GFCは規格記載がなかったがSFF-8081でSFP16として追加対応された。8GFCの符号化方式である8b/10bよりも16GFCで用いる64b/66b（英語版）のほうが効率的であり、この結果16GFCでは同一回線で2倍の伝送路レートが得られ、14.025 Gbpsとなる。

出典

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  1. ^ “SFP Definition from PC Magazine Encyclopedia” (英語). www.pcmag.com. 2018年5月10日閲覧。
  2. ^ a b c d SFF Committee (2018-11-30), SFF-8432: SFP+ Module and Cage (Rev 5.2a ed.), SNIA, https://members.snia.org/document/dl/25892 2022年5月4日閲覧。 
  3. ^ a b c SFF Committee (2015-06-11), SFF-8419: SFP+ Power and Low Speed Interface (Rev 1.3 ed.), SNIA, https://members.snia.org/document/dl/25880 2022年5月4日閲覧。 
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  5. ^ “Reprogrammable SFPs”. www.google.com. 2019年2月14日閲覧。
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  9. ^ SFF Committee (2015-07-30), SFF-8418: SFP+ 10 Gb/s Electrical Interface (Rev 1.4 ed.), SNIA, https://members.snia.org/document/dl/25879 2022年5月4日閲覧。 
  10. ^ a b c SFF Committee (2021-03-31), SFF-8472: Management Interface for SFP+ (Rev 12.4 ed.), SNIA, https://members.snia.org/document/dl/25916 2022年5月4日閲覧。 
  11. ^ SFF-8432, Abstract, Page 1: "The mechanical dimensioning allows backwards compatibility between IPF modules plugged into most SFP cages which have been implemented to SFF-8074i. It is anticipated that when the application requires it, manufacturers will be able to supply cages that accept SFP style modules. In both cases the EMI leakage is expected to be similar to that when SFP modules and cages are mated."
  12. ^ SFF-8431, Chapter 2 Low Speed Electrical and Power Specifications, 2.1 Introduction, Page 4: "The SFP+ low speed electrical interface has several enhancements over the classic SFP interface (INF-8074i), but the SFP+ host can be designed to also support most legacy SFP modules."
  13. ^ “FAQs for SFP+”. The Siemon Company (2010年8月20日). 2016年2月22日閲覧。
  14. ^ a b SFF Committee (2009-07-06), SFF-8431: SFP+ 10 Gb/s and Low Speed Electrical Interface (Rev 4.1 ed.), SNIA, https://members.snia.org/document/dl/25891 2022年5月4日閲覧。 
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