SFP (Small Form-factor Pluggable) 트렌시버에 대하여

 

SFP (Small Form-factor Pluggable) 이란?

SFP 는 'Small Form-factor Pluggable'를 의미하며, 흔히 'Mini-GBIC'이라고도 부릅니다.

고급 네트워크 스위치에 RJ45 포트와 함께 설치되어 있거나, SFP 단자만 있는 네트워크 스위치도 있습니다.

네트워크 트렌시버는 광섬유 케이블 또는 UTP 케이블같은 여러 전송 매체와 네트워크 장치 간에 중개자 역할을 함으로서, 한 네트워크 장치에 여러 전송 매체를 사용 할 수 있게 해줍니다.

SFP 모듈은 크게 속도에 따른 SFP 규격과 미디어 타입(전송 매체)로 구별할 수 있습니다.

SFP는 현대 네트워크 장비에 사용되는 트렌시버 규격 중 아래 이유로 가장 많이 사용됩니다.

• GBIC, XFP 규격에 비해 크기가 작아 작은 면적에 많은 포트를 설치 할 수 있습니다.
• 전송 매체가 광에 한정되지 않고, RJ45나 DAC 등을 사용 할 수 있습니다.
• 핫 플러깅, 핫 스왑이 가능합니다.

 

SFP 모듈 호환성

각 SFP 모듈에는 제조사와 암호가 코딩 되어있습니다. 이는 SFP 모듈의 제조사를 확인하여 네트워크 장치와 같은 제조사에서 승인한 모듈만 사용 가능하도록 하기 위한 장치입니다.

대부분의 네트워크 장비 제조사 (Mikrotik, Ubiquiti, Mellanox 등) 에서는 모듈의 호환성을 확인하지 않거나 단순 경고를 띄우는 차원에서 끝나지만, 일부 제조사 (Intel, Cisco, Arista 등) 에서는 모듈의 제조사를 확인하여 자사 코드가 아닐 경우 모듈이 인식되지 않도록 되어 있습니다. 

 

특정 제조사에서는 숨겨진 명령어로 호환성 제한을 해제하는 옵션을 제공하고 있으나, 호환성 제한을 해제 할 수 없는 제조사의 장비에 다른 제조사의 모듈을 사용하려면 SFP 모듈의 제조사 코드를 코딩해야 합니다.이런 상황을 방지하기 위해서는 해당 기기 제조사에서 제공하는 모듈을 구입하거나 다른 서드파티 밴더 (FS, 10GTek 등) 에서 모듈을 구입할 때 현재 사용하고 있는 기기 제조사에 맞는 코드를 선택하여야 합니다.

 

이렇게 각 모듈이 분리 될 수 없는 일체형 케이블 (DAC, AOC)의 경우 서드파티 벤더에서 각 방향별로 제조사 코드를 다르게 지정 할 수 있습니다.

 

인텔 랜카드의 경우에는 ethtool을 이용해 EPPEROM을 조작하여 미지원 트렌시버를 강제로 인식시킬 수 있는 방법이 존재합니다. 나중에 한번 포스팅하겠습니다.

 

동작 속도에 따른 SFP 규격

SFP 규격은 속도에 따라 구분되어 있습니다. 높은 상위 규격 모듈 또는 포트과 하위 규격 모듈끼리 연결하게 될 경우에는 하위 규격의 속도로 동작하게 됩니다.

10GbE SFP+ 모듈과 1GbE SFP 모듈끼리 연결 => 1GbE로 동작
10GbE SFP+ 포트에 1GbE SFP 모듈 삽입 => 1GbE로 동작
1GbE SFP 포트에 10GbE SFP+ 모듈 삽입 => 1GbE로 동작

 

규격명	표준	발표일
100 Mbit/s SFP	SFF INF-8074i	2001-05-01
1 Gbits/s SFP	SFF INF-8074i	2001-05-01
10 Gbit/s SFP+	SFF-8431 4.1	2009-07-06
25 Gbits/s SFP28	SFF-8402	2014-09-13

 

QSFP (Quad SFP)

QSFP는 SFP 4개가 하나로 합쳐진 단자로, 각 SFP 규격마다 QSFP 규격도 존재합니다.일반적으로 QSFP는 스위치간 연결 등 고 대역폭이 필요한 곳에서 사용됩니다.네트워크 장비에서 QSFP 포트는 4개의 SFP 단자로 인식됩니다. 이는 QSFP 포트 1개를 Brakeout cable를 통하여 4개의 SFP 포트로 사용하거나, 본딩하여 SFP 규격의 4배 속도로 사용할 수도 있습니다.

규격명	SFP 규격
4 Gbits/s QSFP	SFP
40 Gbits/s QSFP+	SFP+
100 Gbits/s QSFP28	SFP28

 

SFP 미디어 타입

SFP는 여러 미디어 타입 (전송 매체)에 맞는 모듈이 존재합니다. 모듈끼리 서로 미디어 타입이 같지만 속도가 다른 경우, 하위 속도로 동작 할 수 있습니다.

전송 매체는 크게 구리와 광으로 나눠집니다.

 

구리 매체

DAC (Direct Attached Copper)

DAC 케이블은 구리 선 (동축 케이블)의 양 단에 SFP 모듈을 연결하여 일체화 한 직결 케이블입니다. 양쪽 모듈은 서로 분리 할 수 없습니다.

보통 단거리 접속 (최대 10M) 에 주로 사용되며 케이블과 모듈이 일체형이기 때문에 결선 구조가 단순하며 가장 저렴한 방법으로 고속 연결이 가능합니다.

 

Base-T (RJ45 이더넷 케이블)

RJ45 이더넷 케이블을 통해 데이터를 전송합니다. 보통 스위치와 PC를 연결 할 때에 많이 사용하며, 가장 범용성이 높습니다.

보통 단거리 접속 (최대 30~100m)에 주로 사용되며 모듈 사양에 따라 전송 가능 길이가 달라집니다.

모듈 가격이 비싸며, 발열이 심하고 케이블 길이와 등급에 따라 전송 안정성이 좌우되므로 스위치에서 PC를 연결할 때주로 사용하며 서버 실 또는 랙 내에서 장비와 장비를 연결 할 때에는 사용하지 않는 것이 좋습니다.

10GBase-T 모듈의 경우 반드시 CAT6 이상 등급의 케이블을 사용하고, 모듈 사양의 최대 전송 가능 길이를 지켜야 연결 불안정, 속도 저하 문제가 발생하지 않습니다.

10GBase-T 모듈의 경우 전력소모가 커서 데이터를 전송할 때에 모듈 표면의 온도가 최대 65도까지 상승할 수 있습니다. 작동 중인 장비에서 모듈을 제거 할 때에 화상에 주의하세요.

 

광 매체

AOC (Active Optical Cable)

AOC 케이블은 광 케이블 양 끝단에 SFP 모듈을 연결하여 일체화한 직결 케이블입니다. 양쪽 모듈은 서로 분리 할 수 없습니다.

보통 단-중거리 접속 (최대 100M)에 주로 사용되며, DAC 케이블을 사용하기엔 너무 거리가 긴 곳 (서버실과 서버실간 연결, 랙과 랙간 연결)등에 사용됩니다.

DAC 케이블과 마찬가지로 케이블과 모듈이 일체형이기 때문에 결선 구조가 단순하여 가격이 저렴합니다.

 

Multi Mode Fiber / Single Mode Fiber 

Multi Mode Fiber / Single Mode Fiber 는 2개의 광 케이블을 사용하여 데이터를 전송하는 모듈입니다. 별도의 광 케이블로 모듈끼리 연결이 필요하며,  전송 거리에 따라 파장이 다릅니다.

모듈의 속도가 달라도 같은 파장과 모드를 사용한다면 하위 속도로 동작 할 수 있습니다.

모듈마다 광케이블 커넥터 규격이 다르므로, 반드시 해당 모듈 규격에 맞는 패치 코드를 사용 하거나, 커넥터를 취부해야 합니다.

일반적으로 대부분의 멀티 모드 광 모듈은 LC 커넥터를 사용합니다.

광 케이블을 구리 케이블 처럼 과도하게 꺽거나 묶을 경우, 내부 코어가 부서지거나 통신에 문제가 발생 할 수 있습니다.

광 케이블은 이더넷 케이블처럼 커플러 등을 사용하여 서로 연결하는 것을 권장하지 않으며, 반드시 광 융착 접속을 통해 코어와 코어끼리 녹여 붙여야 패킷 손실 없이 안정적인 통신이 가능합니다.

 

Single Mode / Multi Mode 간 비교

항목	Single-Mode	Multi-Mode
코어 직경	8 ~ 10µm	50 / 62.5µm
전송 손실	매우 적음	적음
전송 거리	최대 70 ~ 120KM	550M 이하
케이블 취급 및 비용	매우 고가이며 매우 어려움	중~고가이며 어려움

 

싱글 모드는 레이저를 광원으로 하기 때문에 내부 코어 직경에 따른 성능 차이는 거의 없습니다. 하지만 멀티 모드는 확산되는 성질을 가진 LED를 광원으로 하기 때문에, 내부 코어의 직경에 따라 전송 거리가 달라집니다.

멀티 모드는 빛의 전송로가 분산되어 여러개이므로 멀티 모드라고 부릅니다. 전송로가 여럿이기 때문에 전송 손실이 싱글 모드에 비해 크고, 거리를 늘리기 어렵습니다.

싱글 모드는 코어 직경을 작게 하고 레이저 광원을 통해 전송로가 하나가 되도록 설계되어있기 때문에, 장거리 전송이 가능합니다.

 

Multi Mode Fiber

Multi Mode는 주로 550M 이하의 중-장거리 전송 또는 장비 간 연결에 사용됩니다. 광 케이블에 커넥터를 취부하거나 짧은 거리의 경우 광 패치코드 (케이블과 커넥터가 일체형)를 사용하여 연결합니다.

AOC처럼 랙과 랙간 연결, 서버실 과 서버실간 연결, 장비와 장비 간 연결 등 비교적 단거리 연결에 주로 사용됩니다.

AOC나 DAC와 달리 광 케이블과 모듈이 분리가 가능한 장점이 있습니다.

 

Single Mode Fiber

Single Mode는 주로 70~120km 수준의 장거리 연결에 사용됩니다.  고가이고 취급이 어려운 관계로 일반적인 상황에서는 거의 사용하지 않고, 기업에서 전용 망 연결이나 도시 간 연결에만 사용됩니다.