Бухгалтерию – в массы! Верстаем оптический бюджет

Выражение «оптический бюджет» вызывает глубокую печаль у технических переводчиков – они говорят, что английское «optical budget» правильнее переводить как «энергетический потенциал линии» или, как минимум, как «оптический баланс». Скорее всего, они правы: калька никогда не была лучшим способом перевода. Однако в этом случае им, по-видимому, придется смириться: «оптический бюджет» настолько глубоко вошел в повседневную жизнь людей телекома, что никаким балансом его уже не заменишь…
Но что же такое этот оптический бюджет и чем его едят?

Сводим концы с концами

Любое колебание, распространяясь в реальной физической среде, обладающей сопротивлением, постепенно сходит на нет. По достижении определенной границы наш сигнал растворяется в море шумов, и никакой самый чувствительный приемник его уже не раскодирует – эта граница определяет дальнобойность данного вида связи. Некоторые теоретические, идеальные показатели дальнобойности приводятся в описании стандартов, но надо понимать, что в большинстве случаев это не более чем «сферический конь в вакууме», которого можно с осторожностью считать с трудом достижимым максимумом.
Чтобы расчет распространения сигнала был хотя бы примерно сообразен действительности, он должен учитывать реальные характеристики передатчика, приемника и всего того, что находится между ними. Для волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) такое уравнение называется оптическим бюджетом. Давайте посмотрим, как оно составляется.

Схема расчета оптического бюджета

Источник сигнала характеризуется своей мощностью, которая варьируется в некоторых пределах; возьмем максимальное ее значение. На пути распространения оптической волны она будет ослабляться в точках стыка кабелей (разъемы, оптокроссы, сварка) и постепенно по всей длине кабеля. В конечной точке светимость потока должна быть не меньше предельного порога чувствительности приемника – иначе сеть не заработает. Бюджет должен сходиться в обе стороны, если трафик имеет дуплексный характер. Все параметры, относящиеся к линии, можно считать константами для определенного типа оптического излучения – вот они.

Примеры расчетов

Рассмотрим бюджет конкретной оптической линии. Считаем, что одномодовая линия связи между сервером с сетевой картой Intel и коммутатором Cisco Catalyst имеет длину 10 км, на ней располагается 2 оптических кросса. Давайте условимся, что здесь и далее мы будем говорить о 10-гигабитном Ethernet – с точки зрения оптики скорость данных значения не имеет, но разнятся параметры сетевых интерфейсов:

Из пары граничных значений нам понадобится только одно, второе приведено для полноты картины. Заметим, что параметры оптических модулей очень похожи, однако так бывает не всегда. Еще одно замечание: дабы не обнимать необъятное, мы упустим здесь оптические тонкости, связанные с характеристиками интерфейсов и их измерениями и ограничимся итоговыми цифрами – этого нам вполне достаточно. Данные характеристики для конкретного интерфейса можно найти в описании продукта на сайте производителя.
Итак, проведем расчет (в обе стороны он будет одинаковым):

Как видим, бюджет сходится с большим запасом – это вообще типично для одномодовых линий, как, впрочем, и для многомодовых, если использовать их в штатном режиме. Рассмотрим ту же задачу с оптикой SR и длиной линии 300 метров:

Оптический бюджет от Intel к Cisco и наоборот:

-1,0 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,3*3 = -4,9
-1,2 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,3*3 = -5,1

Запас чуть поменьше (с учетом меньшей чувствительности), но все равно достаточный. Спрашивается, зачем же тогда считать бюджет, если и так всегда все сходится? Ответ таков: далеко не все оптические линии работают в комфортном для себя режиме. Основное предназначение бюджета – прийти на помощь, когда что-то идет не так. Скажем, есть линия, которая ведет себя не так, как ей положено. В чем проблема – в неисправностях оборудования или она в принципе не может работать стабильно в данной конфигурации? Вот здесь-то и могут выручить наши цифирьки.
Итак, сделаем вывод: в случае, когда линия сделана «по уму», с соблюдением стандартов и согласно здравого смысла, оптический бюджет считать не обязательно, заниматься этим можно только при возникновении проблем. Однако есть случаи, когда расчет просто необходим – к ним и перейдем.

Особые случаи

Представим себе обратную ситуацию: вам нужно подключить оборудование по оптической линии очень малой длины, буквально «зад в зад». Можно ли считать такой режим комфортным для сетевых интерфейсов? Отнюдь. Перегрузка (засвет) может привести к появлению ошибок на порту, а то и вообще физическому выходу его из строя. Для того, чтобы привести порт в чувство, нужно уменьшить световой поток – поставить аттенюатор. Аттенюаторы бывают с фиксированным или переменным затуханием; как подставить его в уравнение выше – думаю, все уже догадались.

Оптический аттенюатор

Известно, что при подборе аттенюаторов часто пользуются «методом тыка», но, право слово, не стоит заниматься гаданием, когда за несколько минут можно путем расчета получить оптимальные для данного конкретного случая показатели.

Вот случай еще сложнее. Иногда на оптические линии ставятся пассивные ответвители – сплиттера. Сплиттер – это полупрозрачная стеклянная призма, которая часть света пропускает через себя, а часть отражает в другую сторону. Таким образом буквально «забесплатно», безо всяких активных устройств, получается две копии одного сигнала. Основная часть света остается в линии, а вторая копия подается на анализатор трафика, детектор аномалий, устройство корпоративной безопасности и т.д.

Оптический сплиттер

Особенность ситуации состоит в том, что в случае сплиттеров бюджет необходимо считать для двух линий – основной и ответвляемой. Кроме того, сплиттер вносит значительное затухание в линии, это тоже здорово осложняет жизнь. Давайте добавим к нашим оптокроссам еще и сплиттер и посмотрим, что получится.

Посчитаем бюджет для сплиттера 70/30. Для одномодовой линии вносимое им затухание таково: 2 дБ в основную линию и 6,1 в ответвляемую. К предыдущим уравнениям нужно лишь добавить это затухание (а точнее – отнять).

Основная: 0,5 – 0,2 – 0,2 – 0,2 – 0,2 – 0,2 – 0,2 – 10*0,4 – 2 = -6,7
Ответвляемая: 0,5 – 0,2 – 0,2 – 0,2 – 0,2 – 0,2 – 0,2 – 10*0,4 – 6,1 = -10,8

Ответвляемая линия работает на пределе своей чувствительности, лучше изменить тип сплиттера на 60/40 – это даст нам лишний децибел на опасном участке.
Теперь многомод (затухание 2,4/6,3 дБ), посчитаем для простоты одно направление:

Основная: -1,0 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,3*3 – 2,4 = -7,3
Ответвляемая: -1,0 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,5 – 0,3*3 – 6,3 = -11,2

Как видим, ответвляемая линия вышла из бюджета, и даже замена сплиттера на 60/40 не решит проблему. В целом можно сказать, что установка сплиттеров на многомодовые линии представяет собой серьезную проблему и лучше без сильной необходимости этого не делать.

Завершить тему хотелось бы следующими словами. Наверное, умение рассчитывать оптический бюджет линий не относится к первостепенно необходимым навыкам сетевого администратора. Однако если в вашем ведении находятся оптические сети или вы предполагаете попробовать себя на этом поприще, советуем хотя бы поиметь представление об этом предмете, чтобы в дальнейшем знать, куда смотреть и что делать.

Если к теме будет хабраинтерес, в следующий раз поговорим о практических способах контроля оптических линий, типовых оптических проблемах и влиянии кривизны рук на траекторию светового луча.

Автор: saul