SFPトランシーバ

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 
 利用 
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。

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。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 
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)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。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。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。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 
 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 および SFF-8071
 電気的仕様: SFF-8418 および SFF-8419
 管理機能仕様: SFF-8472

 伝送速度 
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."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."。

+ 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 GbE, 100MbE1GFC, 2GFC, 4GFCOC-3OTN 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。 SFP+(SFP10)(SFP16)     10 Gbps16 Gbpsなど 2009-07-06 10GbE8GFC, 16GFCOC-192OTN 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。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 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。伝送媒体はSMF, MMF, AOC, DACなど。 SFP56    50 Gbps 2019-07-18 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(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SFP-DD/SFP-DD112/SFP112 Hardware Specification, Revision 5.1 - Clause 4.2, Electrical Connector。

 通信ポートの拡張 
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。

  () - ツイストペアケーブルを接続するRJ-45コネクタが備えられたもの。100BASE-TX, 1000BASE-T, 2.5GBASE-T, 5GBASE-T, 10GBASE-Tなどの規格にそれぞれ対応したものがある。内部にイーサネットのPCS副層を組み込んでおり、ファイバーチャネルやSONETとは互換性がない。通常のルータやスイッチに備え付けのRJ-45ポートでは10M・100M・1Gbpsなど異なる通信規格をカバーしているが、SFPでは複数の速度に対応していないことが多い。

  (, 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。

 光学特性 
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。 SX+/MX/LSX（メーカにより異なる） MMFLC黒/青1310nm 2km  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/1550nm40kmXD SMFLC青/緑1550nm 50km ZXSMF  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。 BXSMF  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。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。 SFSWSMF 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。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 1270〜1610nm1514〜1577nm (190〜198THz) 40km, 80km, 120km など 様々な距離長・波長で用いられる。


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。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。

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。

 QSFP 
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およびSFF-8683
 電気的仕様: SFF-8679
 管理機能仕様: SFF-8636

+ 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  2006-11-014並列×GbE4GFCSDR-IB, 4並列×DDR-IB38ピンQSFP+(QSFP10)  40Gbps  2012-04-01 40GbE, 4並列×10GbE4並列×10GFC4並列×QDR-IB38ピンQSFP14  56Gbps  2015-06-294並列FDR-IBSAS-332GFC, 4並列×16GFC38ピンQSFP28  112Gbps  2014-09-1350GbE, 100GbE4並列×EDR-IB128GFC, 4並列×32GFC38ピン 「QSFP100」または「100GQSFP」とも。QSFP56  224Gbps  2019-07-18 200GbE4並列HDR-IB256GFC, 4並列×64GFC38ピン NRZの代わりにPAM4を使用する。「200GQSFP」とも。QSFP-DD  (QSFP-DD800)  448Gbps～  2016-09-16(QSFP-DD MSA) 400GbE, 800GbENDR-IB76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 
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。

2022年には800Gbps対応モジュールがリリースされている。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。

 機械的構造 
 前面コネクタ 

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のレバー色規定があるが、1550nm波長のものを緑や黄色で表すベンダ拡張実装が多い。

 寸法 
SFP、QSFP、OSFPの順で大きくなっている。
+寸法 SFP QSFP OSFP 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 
 ピン配置 
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 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 ピン 名称 機能1GND接地2Tx2n送信データ3Tx2p送信データ4GND接地5Tx4n送信データ6Tx4p送信データ7GND接地8ModSelLモジュール選択設定9ResetLLO入力でリセット10Vcc-Rx +3.3V電源 (受信機)11SCL2線バスクロック12SDA2線バスデータ13GND接地14Rx3p受信データ15Rx3n受信データ16GND接地17Rx1p受信データ18Rx1n受信データ19GND接地20GND接地21Rx2n受信データ22Rx2p受信データ23GND接地24Rx4n受信データ25Rx4p受信データ26GND接地27ModPrsLモジュールの存在を示す28IntLLOで割込通知29Vcc-Tx +3.3V電源 (送信機)30Vcc1 +3.3V電源31LPMode低電力モード32GND接地33Tx3p送信データ34Tx3n送信データ35GND接地36Tx1p送信データ37Tx1n送信データ38GND接地

 2線シリアルバス情報 
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。
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、（DDM: digital diagnostic monitoring, 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 

 トランシーバ (ネットワーク機器)
 光による通信
 光ケーブル


 脚注 

 注釈 

 出典 

Category:光トランシーバ
Category:イーサネット
Category:ネットワークハードウェア