Smart SFP

1. Михаил Соколов
Денис Габидуллин
info@metrotek.ru
info@p-space.ru
Smart SFP
Интеллектуальные модули SFP

2. План
• О компании
• Какие задачи решаем
• Почему форм-фактор SFP модуля
• История появления
• Обзор рынка
• Архитектура
• Обзор решений
2

3. О компании
НТЦ Метротек и PlumSpace специализируются на разработке сетевых
и контрольно-измерительных устройств
Беркут-MX/RTP
Система анализа
качества видеопотоков
B100
Тестер-анализатор 100GE
Беркут-ММТ
Модульный тестер-
анализатор Ethernet,
E1, Datacom, OTDR
Беркут-ЕТ/Беркут-ЕТХ
Портативные тестеры-
анализаторы 1GE/10GE
М716
Измерительный зонд
IP SLA
Smart SFP
Измерительный зонд
IP SLA
3

4. Какие задачи решаем
Расширение функциональных возможностей имеющегося оборудования
Возможности
имеющегося HW
ограничены
Новые
функции
• интерфейсы
• SDH/PDH
• DSL
• SDI
• технологии и протоколы
• SDH/PDH через IP/Ethernet
• IP/Ethernet через SDH/PDH
• мониторинг и измерения
• сервер точного времени
• рефлектометрия
• дополнительная обработка данных
• In-band Network Telemetry (INT)
• P4
• ускорение функций
• VXLAN GW (VTEP) 4

5. Router
Switch
Какие задачи решаем – примеры
Router
Switch
Smart SFP
Контроль IP SLAIP/Ethernet через SDH/PDH
SDH/
PDH
Интернет
SDH/PDH через IP/Ethernet
АТС
Router
Switch
Smart SFP Smart SFP
АТС
Router
Switch
Smart SFP
Router
Switch
Smart SFP
E1 E1
IP/Eth
E1
5
IP/Eth

6. Почему форм-фактор SFP
6
Router
Switch
SFP
Router
Switch
SFP
IP SLA
SFP
Router
Switch
Smart SFP
Существующая схема
Стандартный вариант расширения возможностей
Вариант расширения с использование Smart SFP
SFP

7. Почему форм-фактор SFP
Технико-экономические причины:
• Дешевле, чем полноценное дополнительное устройство, нет избыточных
функций/портов, которые увеличивают стоимость
• Дешевле, чем замена существующего устройства
на более современную модель
• Дешевле, чем активация новых функций в существующем оборудовании
• Маловероятна возможность разработки кастомной функции
для существующего оборудования
• Отсутствует место в стойке
Административные причины:
• Не требуются дополнительные согласование по электропитанию,
кабельной инфраструктуре, месту в стойке
• Позволяет использовать упрощенные закупочные процедуры
• Оформление как модернизация существующего оборудования,
а не как покупка нового
• Позволяет избежать процедуры сертификации существующего оборудования 7

8. История появления
Компания RAD – пионер в разработке устройств в форм-факторе модулей SFP
TDM через IPEthernet через SDH/PDH
2008 г.2005 г.
IP SLA
2012 г.
8

9. EDFA усилительСервер точного
времени
Оптический
рефлектометр
Video через IP
Обзор рынка
Основные производители и решения: в мире – RAD, Accedian, AimValley, ADVA,
Viavi, в России – НСК Коммуникации Сибири
Всего в мире более 20 производителей Smart SFP
SDH/PDH через IP IP через SDH/PDHIP SLA VDSL2/G.fast
модем
9

10. Архитектура SFP модуля
TOSA
ROSA
Laser
Driver,
Amp.
TX
RX
EEPROM
I2C
TOSA – Transmitter Optical Sub-Assembly
ROSA – Receiver Optical Sub-Assembly
BOSA – Bidirectional Optical Sub-Assembly
Стандарты:
• INF-8074i – спецификация на модули SFP (1G)
• SFF-8431 – спецификация на модули SFP+ (10G)
• SFF-8472 – спецификация интерфейс диагностики
модулей (DDMI, Digital Diagnostic Monitoring Interface)
MCU
TOSA
10

11. Архитектура «классических» Smart SFP
Driver
TOSA
ROSA
RAM
Flash MCU
RAM
Driver FPGA
TOSA
ROSA
FPGA и Soft-CPU FPGA и MCU
FPGA
Soft-CPU
Недостатки Soft-CPU/MCU:
• Низкая производительность
•Мало стандартного ПО
•Сложная разработка/отладка ПО
•Невозможно интегрировать ПО клиента
11

12. Архитектура Smart SFP – Hardware
CPU
RAM Flash
ВОЛС
Полноценная вычислительная система:
• CPU: NXP i.MX6 ARM до 900 МГц
• FPGA: Lattice ECP5 до 85K LUTs
• RAM: DDR3 до 1 ГБ
• Flash: eMMC до 8 ГБ
Driver FPGA
TOSA
ROSA
Характеристики:
• Скорость 1 Гбит/с
•Два волокна – 1310 нм
•Одно волкно – 1310 и 1550 нм
•Дальность до 20 км
•Digital Diagnostics Monitoring (DDM)
•Соответствие спецификациям MSA
• Совместимость с оборудованием
любых производителей 12

13. Архитектура Smart SFP – Software
Преимущества использования Linux:
• Time To Market - короткий цикл
разработки продукта
•Огромное количество
стандартного ПО
•Поддержка большого числа
сетевых протоколов
• Управление через стандартные
утилиты
• Высокая скорость разработки ПО
•Общая кодовая база с другим
проектами
•Возможность интеграции ПО
клиента
13
FPGA
...
OTDR features
CPU
NIC
Port0 Port1
IP SLA features
RFC 2544
Y.1564
Offload TWAMP
Smart LB
Linux kernel 4.x
Userspace
Network
Driver
PHC
Driver
Feature
specific
Customer
Driver
Native
Linux Apps
3rd Party
Apps
Vendor
Apps
Customer
Apps
Single-board computer (SBC)

14. Архитектура Smart SFP – FPGA
14
Возможности FPGA:
• Wire-speed обработка трафика
•Offload: HW timestamping, PTP HW
Clock, UDP/TCP offload, switchdev
• IP SLA: генератор/анализатор
трафика, измерение
потерь/задержек/джиттера
• Статистика: RMON, NetFlow, IPFIX
• Контроль micro-burst
• Streaming telemetry
•Туннелирование MPLS, VXLAN
•OTDR
•Switching, QoS, фильтрация
•P4
• Шифрование
FPGA
...
OTDR features
CPU
NIC
Port0 Port1
IP SLA features
RFC 2544
Y.1564
Offload TWAMP
Smart LB
Linux kernel 4.x
Userspace
Network
Driver
PHC
Driver
Feature
specific
Customer
Driver
Native
Linux Apps
3rd Party
Apps
Vendor
Apps
Customer
Apps
Single-board computer (SBC)

15. Сложности разработки Smart SFP
• Компактный размер корпуса
• Теплоотвод
• Энергопотребление
Высокая интеграция компонент
Тепломоделирование
15

16. Этапы разработки Smart SFP
CPU
RAM Flash
Driver FPGA
TOSA
ROSA
Driver
CPU
RAM Flash
FPGA
TOSA
ROSA
Этап 1
Smart SFP без оптики
Этап 2
SFP без «Smart»
Этап 3
Smart SFP с оптикой
3rd party
SFP
16

17. Измерительный зонд Подготовка к серийному производству
• Генератор и анализатор пакетов 1 Гбит/с
• Пропускная способность, потери, задержка,
джиттер
• Шлейф L1-L4
• RFC 2544
• Y.1564
• TWAMP
• BFD
• Статистика
• Пассивный мониторинг
• Захват трафика
• Интеграция со сторонними
IP SLA агентами
Smart SFP
Router
Switch
Router
Switch
Smart SFP
Оператор
связи
Контроль скорости, потерь,
задержки, джиттера
17

18. ДЦ
Универсальный CPE
VXLAN тоннель от ДЦ до клиента поверх
разнородной сетевой инфраструктуры
Бета версия
Smart SFP
Router
Switch
Клиент
VXLAN
тоннель
MPLS
IP/Ethernet
18

19. SFP со встроенным рефлектометром В разработке
• Gigabit Ethernet SFP
• Встроенный оптический рефлектометр (OTDR)
• Авто/ручное переключение между режимами
SFP и OTDR
• Управление по IP: SSH, REST API, SNMP
• Одно или два волокна
• До 80 км
Smart SFP
Smart SFP Smart SFP
Smart SFP
Router
Switch
Router
Switch
Router
Switch
Импульс
Отраженный
сигнал
Место
обрыва 19

20. SFP switch В разработке
• 3-х портовый коммутатор
Gigabit Ethernet
• Два одноволоконных
приемопередатчика
в корпусе SFP
• Длинны волн Tx и Rx
каждого порта: 1310 или 1550 нм
• VLAN/Q-in-Q, tag/untag, trunk
• Ограничение скорости
• QoS
• BFD
• Резервирование 1+1
• Кольцевые топологии
• PRP/HSR
CPU
RAM Flash
ВОЛС
DriverBOSA
Driver
Ethernet
SWВОЛС
BOSA
20

21. SFP switch В разработке
Smart
SFP
Ethernet Switch
Router
Switch
Router
Switch
SFP
SFP
Подключение 2-х клиентов к 1 порту
500
Мбит/с
Резервирование через 1 порт
Smart
SFP
Switch
Router
Host
Redbox
G.8032
PRP
HSR
Клиент 1 Клиент 2
500
Мбит/с
21

22. Сервер точного времени В разработке
• «Медная» SFP, Gigabit Ethernet, RJ-45
• PTP (IEEE 1588 v2), NTP, SNTP
• Sync-E
• GNSS приемник
• ГЛОНАСС, GPS
• Встроенный генератор Stratum 3
• Разъем для подключения антенны
• 1 PPS вход/выход
Антенна
Router
Switch
Smart
SFP
PTP
Sync-E
LAN
Высокоточная синхронизация
для небольших объектов
22

23. USB router
• 3G/4G USB модем
• Wi-Fi точка доступа
• USB NIC (сетевая карта)
• Режим маршрутизатора или моста
• Производительность до 100 Мбит/с
• USB тип C, host/device
Roadmap
Smart SFP
Router
Switch
3G/4G
модем
USB
ИнтернетSmart SFP
Router
SwitchНоутбук
USB
IP/Ethernet
Резервный канал связиСетевое подключение через USB
23

24. MACSec c шифрованием по ГОСТ Roadmap
Smart SFP
Router
Switch
Router
Switch
Smart SFP
Шифрование на L2
Wire-speed
Неконтролируемый
участок кабельной
инфраструктуры
24
Объект 1 Объект 2

25. Планы на будущее
10G 10G PON 25G
Разработка аппаратной платформы для новых скоростей
25

26. Спасибо за внимание.
Вопросы?
специально для подкаста
26