光纤收发器的组成、特点、分类及常见故障原因分析

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引言

光纤收发器是网络数据传输中必不可缺少的一种设备,那么什么是光纤收发器呢,光纤收发器都有什么组成的呢,光纤收发器在数据传播过程中起到什么作用呢?


光纤收发器的组成部分

光纤收发器的组成部分:
光纤收发器主要包括三个基本功能模块:光电介质转换芯片、光信号接口(光收发一体模块)和电信号接口(RJ45),如果配备网管功能则还包括网管信息处理单元。


光纤收发器PCB板可分3个部分、2个电路:

3个部分指:电源部分、网口部分、光口部分;

2个电路是指:晶振电路、复位电路。


光纤收发器名词解释:

光纤收发器,是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元,在很多地方也被称之为光电转换器(Fiber Converter)。

光纤收发器应用背景:

  • 产品一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中,且通常定位于宽带城域网的接入层应用;同时在帮助把光纤最后一公里线路连接到城域网和更外层的网络上也发挥了巨大的作用。

  • 在一些规模较大的企业,网络建设时直接使用光纤为传输介质建立骨干网,而内部局域网的传输介质一般为铜线,如何实现局域网同光纤主干网相连呢?这就需要在不同端口、不同线形、不同光纤间进行转换并保证链接质量。

  • 光纤收发器的出现,将双绞线电信号和光信号进行相互转换,确保了数据包在两个网络间顺畅传输,同时它将网络的传输距离极限从铜线的100米扩展到100多公里(单模光纤)。


光纤收发器的特点

光纤收发器的特点:

  • 1. 对网络协议完全透明。

  • 2. 提供超低时延的数据传输。

  • 3. 支持超宽的工作温度范围。

  • 4. 采用专用ASIC芯片实现数据线速转发。可编程ASIC将多项功能集中到一个芯片上,具有设计简单、可靠性高、电源消耗少等优点,能使设备得到更高的性能和更低的成本。

  • 5. 可网管设备能提供网络诊断、升级、状态报告、异常情况报告及控制等功能,能提供完整的操作日志和报警日志。

  • 6. 机架型设备可提供热拔插功能,便于维护和无间断升级 。 

  • 7.支持齐全的传输距离(0~120公里)。 

  • 8. 设备多采用1+1的电源设计,支持超宽电源电压,实现电源保护和自动切换。


光纤收发器的分类

光纤收发器的种类繁多,按不同的分类方式其种类也相应发生变化。

 

按光纤的性质可以分为多模光纤收发器和单模光纤收发器。

由于使用的光纤不同,收发器所能传输的距离也不一样,多模收发器一般的传输距离在2公里到5公里之间,而单模收发器覆盖的范围可以从20公里至120公里;

 

按所需光纤可分为:

  • 单纤光纤收发器:接收发送的数据在一芯光纤上传输 ;

  • 双纤光纤收发器:接收发送的数据在一对光纤上传输 。

 

按工作层次/速率来分,可以分为单10M、100M的光纤收发器、10/100M自适应的光纤收发器和10/100M/1000M自适应光纤收发器。


按结构来分,可以分为桌面式(独立式)光纤收发器和机架式光纤收发器。

桌面式光纤收发器适合于单个用户使用,如满足楼道中单台交换机的上联。机架式(模块化)光纤收发器适用于多用户的汇聚,如小区的中心机房必须满足小区内所有交换机的上联。 


按管理类型可分为:

  • 非网管型以太网光纤收发器:即插即用,通过硬件拨码开关设置电口工作模式 

  • 网管型以太网光纤收发器:支持电信级网络管理

 

按电源类型可分为:

  • 内置电源光纤收发器:内置开关电源为电信级电源;

  • 外置电源光纤收发器:外置变压器电源多使用在民用设备上。

前者的优势在于能支持超宽的电源电压,更好地实现稳压、滤波和设备电源保护,减少机械式接触造成的外置故障点;

后者的优势在于设备体积小巧和价格便宜。

按工作方式来分:

  • 全双工方式(full duplex)是指当数据的发送和接收分流,分别由两根不同的传输线传送时,通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作,这样的传送方式就是全双工制,全双工方式无需进行方向的切换,因此,没有切换操作所产生的时间延迟;

  • 半双工方式(half duplex)是指使用同一根传输线既作接收又作发送,虽然数据可以在两个方向上传送,但通信双方不能同时收发数据,这样的传送方式就是半双工制。采用半双工方式时,通信系统每一端的发送器和接收器,通过收/发开关转接到通信线上,进行方向的切换,因此,会产生时间延迟。 


按照应用环境可分为:商用级光纤收发器,工业级光纤收发器。


光纤收发器的常见故障及原因分析

1.Power灯不亮

电源故障


2.Link灯不亮 

故障可能有如下情况:

  • (a)检查光纤线路是否断路 

  • (b)检查光纤线路是否损耗过大,超过设备接收范围

  • (c)检查光纤接口是否连接正确,本地的TX与远方的RX连接,远方的TX与本地的RX连接。 

  • (d)检查光纤连接器是否完好插入设备接口,跳线类型是否与设备接口匹配,设备类型是否与光纤匹配,设备传输长度是否与距离匹配。

 

3.电路Link灯不亮

故障可能有如下情况:

  • (a)检查网线是否断路 

  • (b)检查连接类型是否匹配:网卡与路由器等设备使用交叉线,交换机,集线器等设备使用直通线。 

  • (c)检查设备传输速率是否匹配 


4.网络丢包严重

可能故障如下: 

  • (1)收发器的电端口与网络设备接口,或两端设备接口的双工模式不匹配。 

  • (2)双绞线与RJ-45头有问题,进行检测 

  • (3)光纤连接问题,跳线是否对准设备接口,尾纤与跳线及耦合器类型是否匹配等。 

  • (4)光纤线路损耗是否超出设备接受灵敏度。


5.光纤收发器连接后两端不能通信

  • (1)光纤接反了,TX和RX所接光纤对调 

  • (2)RJ45接口与外接设备连接不正确(注意直通与绞接)光纤接口(陶瓷插芯)不匹配,此故障主要体现在100M带光电互控功能的收发器上,如APC插芯的尾纤接到PC插芯的收发器上将不能正常通信,但接非光电互控收发器没有影响。 

6.时通时断现象: 

  • (1)可能为光路衰减太大,此时可用光功率计测量接收端的光功率,如果在接收灵敏度范围附近,1~2dB范围之内可基本判断为光路故障

  • (2)可能为与收发器连接的交换机故障,此时把交换机换成PC,即两台收发器直接与PC连接,两端对PING,如未出现时通时断现象可基本判断为交换机故障 

  • (3)可能为收发器故障,此时可把收发器两端接PC(不要通过交换机),两端对PING没问题后,从一端向另一端传送一个较大文件(100M)以上,观察它的速度,如速度很慢(200M以下的文件传送15分钟以上),可基本判断为收发器故障。 


7.通信一段时间后死机,即不能通信,重起后恢复正常 

此现象一般由交换机引起,交换机会对所有接收到的数据进行CRC错误检测和长度校验,检查出有错误的包将丢弃,正确的包将转发出去。但这个过程中有些有错误的包在CRC错误检测和长度校验中都检测不出来,这样的包在转发过程中将不会被发送出去,也不会被丢弃,它们将会堆积在动态缓存(buffer)中,永远无法发送出去,等到buffer中堆积满了,就会造成交换机死机的现象。因为此时重起收发器或重起交换机都可以使通信恢复正常,所以用户通常都会认为是收发器的问题。 


8.收发器测试方法

如果发现收发器连接有问题,请按以下方法进行测试,以便找出故障原因。

  • a)近端测试: 两端电脑对PING,如可以PING通的话证明光纤收发器没有问题。如近端测试都不能通信则可判断为光纤收发器故障。

  • b)远端测试: 两端电脑对PING,如PING不通则必须检查光路连接是否正常及光纤收发器的发射和接收功率是否在允许的范围内。如能PING通则证明光路连接正常。即可判断故障问题出在交换机上。

  • C)远端测试判断故障点: 先把一端接交换机,两端对PING,如无故障则可判断为另一台交换机的故障。


光纤收发器的应用

可参考文章:十一种常见的光纤网络传输方案


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