QSFP28收发器和100G以太网：网络工程师需要了解的事项
网络带宽需求正迅速超越10G和40G网络设计的能力边界。随着企业采用AI工作负载、实时应用和云优先架构，传统骨干网络已难以跟上发展步伐。为支撑这一增长，数据中心和大型企业正将100千兆以太网（100GbE）标准化，作为高性能连接的新基准。 这些部署的核心是QSFP28，一种紧凑型高密度收发器。它是实现交换机、路由器和服务器之间灵活、可扩展连接的关键组件。更重要的是，它提供了通往100G升级路径的桥梁，能够与现有的25G和50G基础设施实现互操作。 本指南将解释QSFP28是什么、它如何在100G以太网标准中运作，以及网络工程师在规划升级、验证链路或排查互操作性问题时应考虑哪些因素。
QSFP28 定义
QSFP28收发器（四通道小型可插拔接口28）是100GbE的行业标准模块。它是一种热插拔模块，使用四路25G电信号，实现最高100 Gbps的总数据速率。
其名称中的“28”指每通道的最高速率（最高28 Gbps），不过在100G以太网应用中，它们通常以25 Gbps运行。与体积更大的旧款封装相比，这种“四通道”架构可实现更高的效率。
速度的演变
该封装形态已历经显著演进，以满足更高密度和速度的需求。我们从单通道的SFP（1G）和SFP+（10G），发展到了高密度的QSFP28。 QSFP28通过提升每通道速率而非增大物理尺寸，实现了更高的端口密度和更低的每吉比特功耗。在当今机架空间和电力预算往往受限的数据中心中，这是一项关键优势。
QSFP28 100G 以太网的主要规格与能力
基于QSFP28的链路是一个由相互协作的组件构成的分层系统。虽然模块从外观上看可能完全相同，但其内部能力取决于所遵循的IEEE 802.3标准和MSA SFF-8665规范。 这一生态系统支持广泛的用例，从短距离交换机互联到远距离园区链路不等。同时，它在信号传输方面也引入了灵活性：根据配置不同，除100G外，还可以实现25G、40G和50G的链路速度。
专业提示：
在评估所考虑的QSFP28模块时，请务必仔细关注其详细规格。一些细微之处——例如电层和前向纠错（FEC）与光层前向纠错之间的差异——可能会对交换机端口配置产生深远影响。FEC设置不匹配是导致链路故障的常见原因之一。
QSFP28在100G以太网部署中的应用场景
QSFP28存在多种型号，是因为100G以太网服务于众多不同的应用场景，每种场景对传输距离、光纤类型和成本都有特定要求。
短距离数据中心链路——对于机架内部或相邻机架之间的连接（通常在100米以下），100GBASE-SR4是标准。这些模块采用多模光纤和并行光学，以优先考虑密度和成本效益。
远程校园互联——对于以公里计量的距离，需要如100GBASE-LR4等单模光学器件。这些链路对光纤质量、衰减和适当验证的敏感度高于短程链路。
100G到25G和50G分岐架构——在机架顶端（ToR）设计中，单个QSFP28端口可以“拆分”成四个独立的25G通道。这使得100G交换机端口能够直接连接到四台配备25G网卡的服务器。同样，100G交换机端口也可以分成2条50G链路，以应对服务器使用50G网卡的情况。这种方法最大化了端口利用率并简化了布线基础设施。
现实世界的约束
部署通常会面临影响QSFP28选择的限制：
光纤供应情况：您是否有足够的光纤芯数来支持并行光传输，还是必须通过单对光纤使用波分复用（WDM）技术？ 现有基础设施：如何与仍在使用的旧10G收发器或40G设备集成？
电力与冷却：运行多个100G端口的交换机功耗显著更高。请确保机架内的供电设施能够为这些新型高密度交换机提供足够的电力。
QSFP28 100G 主要连接媒介
根据数据中心不同的传输距离和布线成本需求，QSFP28 100G 主要分为以下三类连接媒介：
铜缆直连（DAC 被动光缆）
- 适用距离：1米至5米短距离。
- 技术特点：两端为 QSFP28 模块，中间连接屏蔽铜缆。
- 主要优势：零功耗、极低延迟、成本低廉，是机柜内部（光纤交换机到服务器 NIC 网卡）堆叠的最佳选择。
有源光缆（AOC）
- 适用距离：1米至30米左右。
- 技术特点：光纤跳线与两端的光模块固定集成一体。
- 主要优势：比普通光模块成本低，体积小、重量轻且抗电磁干扰，常用于机柜之间的短距离互联。
独立光模块（Optical Transceiver）
- 适用距离：100米至 80公里以上。
- 技术特点：模块通过标准光纤接口（MPO 或 LC）连接外部光纤跳线。
100G 以太网——缩小选择范围
选择合适的模块很大程度上取决于你的具体应用参数。下表提供了基于距离和介质选择QSFP28光模块的指导。
随着你进一步探索100G以太网，网络架构中有几个技术因素变得至关重要：
PAM4（脉冲幅度调制4）：这是一种先进的调制技术，每个符号编码两位，使数据速率比传统NRZ翻倍。这对于下一代速度至关重要。
BiDi（双向）：允许在单一光纤线上以不同波长双向传输的技术。双向技术是光纤数量有限时的关键技术。双向收发器通常是厂商特定的，且并不总是标准化。
前向纠错（FEC）：该技术为数据流添加冗余位，使接收端能够在无需重传的情况下纠正错误。FEC提高了光链路的可靠性，从而实现更远的距离。此外，通过减少重传实例，网络实现了更高的应用吞吐量。
QSFP28 用于 100G 以太网：兼容性与升级路径
即使模块符合IEEE和MSA SFF-8665规范，互操作性也无法保证。
供应商一致性
交换机厂商通常会设计设备以最佳配合自有品牌模块。虽然可以使用第三方光学设备，但混合供应商会使故障排除变得复杂。
最佳实践：建议尽量减少供应商混合，以促进互操作性。
管理层：单一厂商环境通常提供更一致的文档和配置命令。
升级路径：从40G到100G——及更高
网络工程师最主要关注的是迁移路径。如何在不同时更换所有硬件的情况下，从当前速度提升到100G？
从40G以太网升级——40G以太网基础设施基于QSFP+收发器。幸运的是，QSFP28 端口通常向下兼容 QSFP+。这意味着在过渡阶段，你通常可以在新的QSFP28端口中使用现有的40G收发器，直到全链路升级到100G。
25G转型——对于许多企业来说，服务器层面的跃迁是从10G到25G。由于100G实际上相当于4x25G，QSFP28是自然聚合点。这允许逐步升级，核心提升至100G，边缘提升至25G。
规划400G以太网——行业已在向400G以太网迈进。现代400G收发器（如QSFP-DD）通常支持4x100G链路的分流。标准化QSFP28现在为迈向这些高速架构创造了逻辑上的跳板。
摘要
100G 以太网和 QSFP28 是高性能网络的标准。它们提供你需要的速度和从10G或40G的合理升级路径。但正如我们所见，这种灵活性也伴随着技术障碍——比如匹配FEC设置或处理供应商兼容性。
规划是成功的一半。另一半是核实。不要只依赖供应商的承诺或寄希望于好运。使用独立测试工具能让你快速验证链接和解决互操作性问题所需的事实，无需猜测。
常见问题
我怎么知道一个光学模块是否能与其他模块互操作？
对于100G以太网，收发器必须遵守QSFP28多源协议（MSA）：
- SFF-8665：QSFP28 100G 电气接口
- SFF-8679：QSFP28 100G 电气连接器
- SFF-8680：QSFP28 模块与壳体
能把100G端口连接到10G端口吗？
是的，通常通过QSA（QSFP转SFP）适配器。这使得QSFP28端口能够接收10G SFP+收发器。然而，交换机端口必须明确配置为10G速度。
我可以通过铜线布100G以太网线吗？
是的，使用直接连接铜线（DAC）。这是一体化的两个QSFP28模块和一根铜缆，通常限制在5米。DAC在短距离时具有成本效益，但体积较大，且与光学系统相比缺乏灵活性。
QSFP28接口指定了NRZ编码，我该如何获得PAM4？
标准QSFP28电气接口采用NRZ编码。如果特定应用需要PAM4，转换会在光模块内部进行。开关提供NRZ信号，模块将其转换为PAM4以实现光学传输。
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作者简介 – NetAlly Tech 团队
技术贡献者
朗坤翻译