光纤网络中传输的每一份数据都会经过光收发器。这些小型热插拔模块连接了网络设备内部的电信号和在光纤电缆中近乎光速传播的光脉冲。
如果您从事数据中心、电信或企业网络工作，了解收发器的工作原理至关重要。本指南涵盖从基本工作原理到SFP、SFP+、QSFP28及其他常见外形尺寸的差异。读完后，您将清楚如何为应用选择合适的收发器模块。
什么是光收发器？
光收发器是一种紧凑型光电设备，可通过光纤电缆发送和接收数据。名称由“发送器”和“接收器”组合而来，体现了它的双重功能。
在发射端，收发器将网络交换机、路由器或网卡的电信号转换为调制光信号。在接收端则执行相反过程：接收光纤传来的光信号，再转换为主机设备可处理的电信号。
现代收发器采用可热插拔模块设计。这意味着无需关闭设备电源，即可将模块插入兼容笼架或插槽，也可将其取出。网络工程师因此能在数秒内升级速率、更换波长或替换故障模块。
光收发器遵循多源协议（MSA）标准。这些行业协议确保不同制造商的模块在机械和电气上可互换，因此某厂商符合规范的 SFP 收发器可安装在与其他厂商相同的笼子中。
光模块如何工作？
了解收发器模块的内部工作原理，有助于排查链路问题并做出更好的采购决策。信号处理分为两条路径：发送（TX）和接收（RX）。
传输路径（电信号 → 光信号）
- 主机通过镀金边缘连接器向收发器发送电气数据信号。
- 激光驱动器IC会对信号进行调理和放大。
- 驱动器会调制激光二极管（通常根据波长和传输距离选用 VCSEL、FP 或 DFB 激光器）。
- 激光器通过发射光组件（TOSA）将调制光送入发射光纤。
对于 850 nm SR 等短距离多模应用，使用垂直腔面发射激光器（VCSEL）。对于 1310 nm 或 1550 nm 等长距离单模链路，则使用分布式反馈（DFB）激光器或电吸收调制激光器（EML），以提供所需的更高功率和更窄线宽。
接收路径（光信号 → 电信号）
- 来自光纤的入射光进入接收器光学组件（ROSA）。
- 光电探测器（通常为 PIN 光电二极管或 APD）将光转换为微弱电流。
- 跨阻放大器（TIA）放大信号。
- 时钟与数据恢复（CDR）电路可整形信号并将其传送至主机设备。
整个过程会在两个方向上同时进行，因此可通过一对光纤实现全双工通信；在 BiDi 收发器中，则通过单根光纤使用两个不同波长实现。
光收发器类型
多年来，网络行业开发了多种收发器外形规格，分别针对不同数据速率和端口密度进行了优化。以下对比了最常见的类型。
| 外形尺寸 | 数据速率 | 典型传输距离 | 光纤类型 | 常见用途 |
|---|---|---|---|---|
| SFP | 1 Gbps | 最高 120 km | 单模/多模 | 企业 LAN、接入网络 |
| SFP+ | 10 Gbps | 最高 80 km | 单模/多模 | 数据中心ToR、城域传输 |
| SFP28 | 25 Gbps | 最高 40 km | 单模/多模 | 5G 前传、叶脊网络 |
| XFP | 10 Gbps | 最高 80 km | SM | 旧式 10G DWDM、SONET/SDH |
| QSFP+ | 40 Gbps | 最高 40 km | 单模/多模 | 数据中心 Spine 和核心路由 |
| QSFP28 | 100 Gbps | 最高 40 km | 单模/多模 | 超大规模 DC、100G 主干网络 |
| QSFP-DD | 400 Gbps | 最高 10 km | SM | 下一代 DC、400G 主干 |
| CFP / CFP2 / CFP4 | 100–400 Gbps | 最高 80 km | SM | 长途电信、DWDM |
**SFP（小型可插拔）**仍是全球部署最广泛的收发器类型。其尺寸紧凑、成本低，因此成为1G接入和汇聚链路的默认选择。
QSFP28 已成为现代数据中心的主力方案，通过四条 25G 通道传输 100 Gbps。使用 DAC 或 AOC 分支线缆，还可将其分拆为四条独立的 25G SFP28 链路。
QSFP-DD（Double Density，双倍密度）将电气通道从四条增加到八条，使总带宽达到 400 Gbps。它向下兼容 QSFP28 模块，可继续使用现有笼式组件。
SFP、SFP+ 与 SFP28：有什么区别？
这三种外形规格的物理尺寸和 MSA 定义的机械封装相同，但工作速率差异很大。规划升级时，必须了解它们的区别。
| 特性 | SFP | SFP+ | SFP28 |
|---|---|---|---|
| 数据速率 | 1 Gbps | 10 Gbps | 25 Gbps |
| 电气接口 | 1 通道 × 1.25 Gbaud | 1 通道 × 10.3125 Gbaud | 1 通道 × 25.78125 Gbaud |
| 典型激光器（SR） | VCSEL 850 nm | VCSEL 850 nm | VCSEL 850 nm |
| 典型激光器（LR） | DFB 1310 nm | DFB 1310 nm | DFB 1310 nm |
| 最大距离（单模） | 120 km（EZX） | 80 km（ER） | 40 km（ER） |
| 功耗 | < 1 W | < 1.5 W | < 1.5 W |
| 向后兼容 | — | 可接入SFP | 接受 SFP / SFP+ |
向下兼容性
SFP28 笼式插座按 25G 信号设计，但也可插入并以较低速率运行 SFP+（10G）或 SFP（1G）模块。这种向下兼容性意味着您现在可以部署配备 SFP28 的交换机，并随着带宽需求增长，逐端口从 10G 迁移到 25G。
反向兼容并不成立。将SFP28模块插入较旧的SFP+笼式结构时，无法以25G运行，因为主机端电气接口不支持更高的波特率。
何时选择哪一种
- SFP：适用于 1G 接入端口、旧设备和长距离链路，1 Gbps 已足够满足需求。
- SFP+：适用于 10G 服务器连接、存储网络和城域以太网的标准。
- SFP28：现代数据中心中用于 25G 服务器到 Leaf 的链路，以及使用 eCPRI 的 5G 前传链路的首选方案。
收发器关键规格
为网络选择光收发器时，以下规格最为重要。
波长
激光波长决定收发器适用的光纤类型，也决定信号的传输距离。
- 850 nm：与多模光纤（OM3/OM4/OM5）配合，用于数据中心内部的短距离链路。成本低，但受数据速率限制，传输距离约为 100–400 m。
- 1310 nm：配合单模光纤用于中等距离传输（最长 10–40 km）。兼顾成本与传输距离。
- 1550 nm：与单模光纤搭配，用于长途及延伸距离链路（40–120 km），在 DWDM 系统中常配合 EDFA 放大。
- CWDM / DWDM 波长：在 C 波段（1530–1565 nm）或 CWDM 波长网格（1270–1610 nm）上使用多个通道进行波分复用。
传输距离等级
收发器传输距离通常用后缀代码表示：
| 代码 | 含义 | 典型距离 |
|---|---|---|
| SR | 短距离 | 100–300 m（多模） |
| LR | 长距离传输 | 10 km（单模） |
| ER | 延伸距离 | 40 km（单模） |
| ZR | 超长距离 | 80 km（单模） |
| EZX | 超长型 | 120公里以上（单模） |
数据速率
务必使收发器数据速率与主机端口速度匹配。10G SFP+ 模块不会在 SFP28 端口中协商至 25G，它只会以 10G 运行。
光功率预算
功率预算是发射器最小输出功率与接收器最小灵敏度之差，以 dBm 为单位。功率预算越高，链路可支持的距离越长，也能容忍熔接点、连接器和配线架带来的更多损耗。
DOM / DDM 支持
数字光学监控（DOM），也称数字诊断监控（DDM），可通过主机设备的管理接口读取收发器实时参数。主要监控值包括：
- 发送输出功率（dBm）
- 接收输入功率（dBm）
- 激光器偏置电流（mA）
- 模块温度（C）
- 供电电压（V）
DOM数据对主动维护极具价值。例如，接收功率逐渐下降，可能说明连接器脏污或光纤链路正在劣化，可在链路真正中断前发出预警。
工作温度
标准商用级收发器的工作温度为 0 C 至 70 C。对于户外或恶劣环境部署（例如 5G 蜂窝基站前传），请选择支持 -40 C 至 85 C 的工业温度级模块。
收发器应用
光收发器几乎应用于现代网络的各个领域。以下是主要使用场景。
数据中心
数据中心是全球收发器用量最大的市场。在超大规模数据中心内，数千个SFP28和QSFP28模块连接服务器与叶交换机、叶交换机与脊交换机，以及脊交换机与边界路由器。随着AI和机器学习工作负载推动带宽需求增长，向400G（QSFP-DD）和800G（OSFP）发展的趋势正在加快。
电信网络
电信运营商在整个网络中使用收发器，从跨越数百公里的 DWDM 长途传输，到城域汇聚环网和最后一公里 GPON OLT 上行链路。CFP2-DCO 相干收发器如今可将完整的相干调制解调器集成到可插拔模块中，简化 100G 和 400G 长途部署。
企业局域网
园区及企业网络中，SFP 收发器在接入和汇聚交换机之间提供 1G 上行，SFP+ 模块处理至核心的 10G 连接。热插拔设计使 IT 团队可储备少量收发器，并按需要部署。
5G 前传和回传
5G无线接入网高度依赖光纤连接器和SFP28收发器来实现无线单元（RU）与分布单元（DU）之间的eCPRI前传链路。这些链路要求低时延、精确授时（IEEE 1588 PTP），并满足户外安装所需的工业温度等级。
FTTH（光纤到户）
在无源光网络（PON）中，中心局的 OLT 使用 SFP 或 SFP+ 收发器与用户场所的 ONU 通信。GPON（2.5G/1.25G）和 XGS-PON（10G/10G）收发器专为 PON 架构特有的突发模式上行流量而设计。
SFP 笼体与连接器兼容性
收发器模块只是系统的一部分。主机设备需要兼容的笼式组件，网络侧也需要合适的光纤连接器。
SFP 笼式组件如何工作
SFP 笼式组件是焊接于主机 PCB 上的精密金属机壳，有三项作用：
- **机械对准：**引导模块正确就位，并通过锁扣或拉杆机构固定。
- **电气连接：**笼子内部的触点与模块镀金边缘连接器配合，传输高速数据通道、电源和管理（I2C）信号。
- EMI屏蔽：金属笼体如同法拉第笼，可抑制电磁辐射，并保护模块内部敏感的光学和电子元件。
CZT 制造高精度 SFP 笼式组件和连接器组件，以满足 MSA 规范的严格机械公差要求。笼式组件的设计至关重要，哪怕不到一毫米的错位也可能增加插入损耗或造成间歇性链路故障。
光纤连接器接口
在网络侧，大多数 SFP 和 SFP+ 收发器采用 LC 双工连接器接口。LC 连接器采用 1.25 mm 插芯和推拉锁扣机构，适合紧凑的 SFP 外形尺寸。
QSFP+ 和 QSFP28 模块通常在并行光学（SR4 型号）中使用 MPO/MTP 连接器，或在单模长距离型号中使用 LC 双工连接器。
选择合适的光纤连接器类型与选择合适的光模块同样重要。如果光模块的光接口与配线架连接器不匹配，就需要额外的转接器，从而增加成本和插入损耗。
如何选择合适的收发器
市场上的光收发器型号众多，选择时可根据五项关键因素进行判断。
1。所需数据速率
先确定所需速率。如果交换机端口是 SFP28，可以使用 25G、10G 或 1G，但选择会决定所购买的模块。规划时至少预留一代的升级空间。
2：链路距离
测量或估算两个端点之间的光纤距离，并为配线架跳接和未来重新布线预留余量。然后根据传输距离选择收发器规格：
- 多模光纤上低于 300 m → SR
- 单模光纤最长10 km → LR
- 单模光纤上最远可达 40 km → ER
- 单模光纤传输距离最高80 km → ZR
3. 光纤类型
应了解光纤设施采用多模（OM3/OM4/OM5）还是单模（OS2）。850 nm SR 收发器无法用于单模光纤，1310 nm LR 收发器也无法正确耦合至多模光纤。
4。预算与总拥有成本
短距离多模收发器的价格远低于长距离单模模块。不过，单模光纤本身每米价格更低。对于新建网络，许多机构现在会全程铺设单模光纤，并根据每条链路的长度选用合适的收发器。
5. 兼容性和供应商支持
核查收发器兼容主机设备。虽然 MSA 标准确保机械互换性，部分交换机厂商采用软件限制，仅允许运行批准收发器。应寻找按具体交换机平台测试及编码的模块。
决策矩阵
| 场景 | 推荐模块 | 波长 | 光纤 |
|---|---|---|---|
| 服务器到 ToR 交换机（< 100 m） | SFP28 25G SR | 850 nm | OM4 多模 |
| ToR到脊交换机（< 500 m） | QSFP28 100G SR4 | 850 nm | OM4多模（MPO） |
| 楼宇间（2 km） | SFP28 25G LR | 1310 nm | OS2 单模 |
| 城域环网（40 km） | QSFP28 100G ER4 | 1310 nm（LAN-WDM） | OS2 单模 |
| 长途传输（80 km） | CFP2 100G ZR | 1550 nm | OS2 单模 |
| 5G前传（< 20 km） | SFP28 25G LR | 1310 nm | OS2 单模 |
常见问题
SFP代表什么？
SFP是Small Form-factor Pluggable（小型可插拔）的缩写。它是一种紧凑、支持热插拔的收发器模块，其机械尺寸、电气接口和管理功能由多源协议（MSA）定义。SFP外形规格最初用于1 Gbps以太网和光纤通道链路。
可以在 SFP28 插槽中使用 SFP+ 模块吗？
是。SFP28 笼体和主机接口向下兼容 SFP+ 和 SFP 模块。端口会自动协商至较低速率（SFP+ 为 10G，SFP 为 1G）。因此，SFP28 交换机是面向未来的明智投资。
单模和多模收发器有什么区别？
单模收发器使用窄线宽激光器（通常为 1310 nm 或 1550 nm），通过纤芯为 9 um 的单模光纤进行长距离（10–120 km）传输。多模收发器使用波长为 850 nm 的 VCSEL 激光器，通过纤芯为 50 um 的多模光纤进行较短距离传输（最长 400 m）。单模传输距离更远，多模用于短距离时成本更低。
如何判断收发器是否发生故障？
使用DOM/DDM监控检查发射功率、接收功率、激光偏置电流和温度。警示信号包括接收功率低于接收机灵敏度阈值、激光偏置电流明显高于初始值（表示激光器老化），或温度读数超出正常工作范围。大多数网管交换机可通过CLI或SNMP显示这些数值。
什么是 BiDi 收发器？
BiDi（双向）收发器使用波分复用技术，通过一根光纤同时发送和接收信号，而不是使用通常的双芯光纤。一端以 1310 nm 发送并以 1550 nm 接收，另一端则相反。BiDi 收发器可将光纤用量减少 50%，因此在光纤数量有限的电信和数据通信部署中很受欢迎。
与 CZT 合作采购收发器组件
CZT（温州益华连接器）制造精密连接器和互连组件已有超过 30 年历史。我们的产品系列包括 SFP 笼子、光纤连接器、IC 插座以及定制连接器组件，服务于全球收发器模块制造商和网络设备 OEM。
凭借ISO 9001认证、IATF 16949合规性以及出口至超过60个国家的经验，CZT可提供大批量收发器生产所需的品质与一致性。
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