SFPトランシーバ

SFPトランシーバとは

SFP（Small Form-factor Pluggable）トランシーバは、ネットワーク機器で使用される光トランシーバモジュールの一種です。基板上の電気信号を光ファイバ上の光信号に変換し、その逆も行うことで、光通信を可能にします。小型でホットスワップに対応しており、ネットワーク機器のSFPポートに挿入して利用します。

本項では、SFPトランシーバに加え、同様のホットスワップモジュールであるQSFP (Quad SFP)とOSFP (Octal SFP)についても解説します。

SFPトランシーバの概要と利用

SFPトランシーバは、様々な送受信仕様に対応しており、モジュール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、必要な距離と速度で接続できます。これにより、ユーザは各接続に最適なトランシーバを選択できます。

ネットワーク機器のSFPポートはモジュラスロットであり、ここにSFPを挿入することで、SFPが対応する光ケーブルや銅線ケーブルを接続できます。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おり、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搭載されています。

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）でもSFPは利用されており、2Gbps、4Gbps、8Gbpsなど様々な速度に対応します。SFPは安価で小型なため、多様な光ファイバ接続を提供し、機器の柔軟性を向上させます。

SFPトランシーバの標準化とベンダーロックイン

SFPとQSFPは、公式の標準化団体ではなく、SNIA（ストレージネットワーク産業協会）の支援のもと、MSA（Multi Source Agreement：メーカー間の規格合意）によってフォームファクタや電気インタフェース仕様が規定されています。これにより、多くのネットワーク製品メーカーが共通の規格を採用し、相互運用性が確保されています。

ただし、一部のネットワーク機器では、自社製のSFPのみを使用可能にするベンダーロックインが行われています。これは、機器側のファームウェアがSFP内蔵メモリ（EEPROM）に記録されたベンダーIDを識別し、自社ブランドのSFPのみを受け入れるように制限するものです。これに対抗するため、サードパーティ製の互換SFPでは、ベンダーIDを書き換え可能なメモリを備えたものが販売されています。互換SFPは純正SFPよりも安価なため、高い需要があります。

SFPトランシーバの種類

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、従来のGBICを小型化したものです。そのため、一時期Mini-GBICとも呼ばれていましたが、この名称は正式なMSAで定義されたものではありません。SFPの仕様は、SFF-8432（機構仕様）、SFF-8071（機構仕様）、SFF-8418（電気的仕様）、SFF-8419（電気的仕様）、SFF-8472（管理機能仕様）などのMSA規格によって規定されています。

SFPは、基板上のバス速度向上に応じて様々な派生モジュールが登場しており、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できます。また、異なる伝送速度仕様のモジュールに対応可能なスロット設計も可能で、一部のルータやスイッチングハブでは、100Mbps、1Gbps、10GbpsのSFP/SFP+を自動判別して動作を切り替える機能があります。

SFPの拡張

SFPは、前面の光ファイバ接続インタフェースを拡張したものがいくつかあります。

100M SFP: 1Gbps通信用のSFPを旧来の100Mbps光通信に流用したもので、FTTx用途で100BASE-FX接続などに使用されます。
Copper SFP: ツイストペアケーブルを接続するためのRJ-45コネクタを備えたもので、100BASE-TX、1000BASE-T、2.5GBASE-T、5GBASE-T、10GBASE-Tなどの規格に対応します。
ダイレクトアタッチケーブル (DAC): SFPコネクタがケーブルの両端に付いたもので、主に10Gbps以上の通信で、2つの機器のSFPポートを直接接続するために使用されます。パッシブ、アクティブ、AOC（アクティブ光ケーブル）などの種類があります。
cSFP (Compact SFP): 1芯双方向の光ファイバポートを2つ備えたもので、ポート密度を高め、ファイバ使用量を減らすために使用されます。

SFPの光学特性

光通信用のSFP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使用します。接続距離や光源波長の仕様は、100Mbpsや1Gbps通信ではSX、LX、EX、ZX、BXなど、10Gbps以上ではSR、LR、ER、ZRなどとして表現されます。これらの表現の一部は、イーサネット規格の名称にもなっています。

10Gbps通信用のSFP+は、XENPAKなどの従来モジュールに比べ、モジュール内よりも機器側の回路実装を増やすことで小型化を実現しています。XENPAKポートやX2ポートを持つ古い機器でも、SFP+を使うための変換アダプタがあります。

SFP内蔵の受光回路にはフォトダイオードが使用され、増幅部にはリミッティングタイプまたはリニアタイプがあります。多くはリミッティングアンプで劣化信号を整形しますが、リニアタイプは主に10GBASE-LRMなどの低帯域幅規格で、機器側で分散補償（EDC）処理を行う構成で使用されます。

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で、SFPよりもわずかに大きいです。QSFPには様々な派生モジュールがあり、MSA規格によって仕様が共通化されています。QSFPの仕様は、SFF-8661（機構仕様）、SFF-8683（機構仕様）、SFF-8679（電気的仕様）、SFF-8636（管理機能仕様）などのMSA規格によって規定されています。

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で、QSFPよりもサイズが大きく、出力電力も大きいです。機器側の基板上バスには60ピンコネクタで接続します。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通信に対応しています。2022年には800Gbps対応モジュールがリリースされ、今後はQSFPと下位互換性を持つアダプタも登場すると予想されています。

機械的構造

前面コネクタ

光ファイバを接続するトランシーバは、一般的に前面に2つのLCコネクタが付いています。1つは送信用、もう1つは受信用です。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芯の光ファイバ並列接続可能なMPO（multi-fiber push-on）コネクタを備えたものもあります。

ツイストペアケーブル接続可能なSFPではRJ-45ポートがあり、ダイレクトアタッチケーブルでは、Twinaxケーブルが直接接続されます。

SFPは、機器に搭載時にスロットケージの爪でロックされ、取り外す際はレバーを引いてロックを解除する機構があります。レバーの色はファイバ種別を示し、マルチモードファイバは黒またはベージュ、シングルモードファイバは青と規定されていますが、1550nm波長のものは緑や黄色で表すベンダー拡張実装が多いです。

寸法

SFP、QSFP、OSFPの順にサイズが大きくなっています。

電気インターフェイス

ピン配置

SFPとQSFPには、機器側の基板に接続するためのプリント基板が含まれており、モジュラスロット内部のコネクタと嵌合します。SFPでは20ピンコネクタ、QSFPでは38ピンコネクタが使用されており、電気インターフェイスにはピン割当が規定されています。

2線シリアルバス情報

電気インタフェースには、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、製造元などの情報を取得できます。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に定義されており、I²Cインタフェースの8ビットアドレス0xA0でアクセスできます。

さらに、デジタル診断監視（DDM、DOM）機能を持つものもあります。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ます。この機能は、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ます。