QSFP 100G LR4: 1310nm シングルモード光ファイバーモジュールの説明

まさにこの点で、QSFP 100G LR4は際立っています。1310nmシングルモードファイバー（SMF）を用いた長距離100Gリンク向けに設計されたQSFP 100G LR4は、建物、キャンパス、メトロエッジ施設を横断するスイッチ、ルーター、相互接続システムを接続するための定番の選択肢となっています。しかも、導入はシンプルかつ標準化されています。

QSFP 100G LR4光モジュールとは何ですか？

100Gイーサネットアプリケーションで最も人気のあるトランシーバータイプの一つであるQSFP 100G LR4は、長距離伝送、コンパクトなフォームファクタ、そしてシングルモード光ファイバーネットワークとの互換性という強力な組み合わせを提供します。なぜ業界標準となったのかをより深く理解するために、その定義、波長の選択、そして100Gネットワ​​ークにおける機能的重要性について詳しく説明しましょう。

QSFP 100G LR4の定義

QSFP 100G LR4（QSFP28 100GBASE LR4と表記されることが多い）は、シングルモードファイバー（OS2）で最大10kmの伝送距離をサポートする1​​00ギガビットイーサネット光トランシーバーモジュールです。「QSFP」はコンパクトプラグインフォームファクタ（Quad Small Form-factor Pluggable）を意味し、「LR」はLong Reach（長距離伝送）を意味し、「4」は光信号が4つの独立した光レーン（4つの波長）を使用して伝送されることを示しています。

QSFP 100GBASE LR4は、1つの100G光ストリームを単一波長で送信する代わりに、データを4つの25Gチャネルに分割し、1310nm帯の4つの異なる波長に変換し、2本のシングルモード光ファイバ（送信用と受信用）を介してまとめて送信します。受信側では、波長が分離され、100Gデータストリームに再結合されます。

1310nmが長距離伝送に使われる理由

1310nm波長帯は、一般的なイーサネット距離において、低減衰、安定した性能、そして分散管理の容易さという優れたバランスを備えているため、長距離シングルモード伝送に広く使用されています。短距離マルチモード伝送で一般的に使用される850nm波長帯と比較して、1310nm波長帯はシングルモード光ファイバーにおいてはるかに優れた性能を発揮し、過度な光損失なく数キロメートルに及ぶ接続を可能にします。

もう一つの重要な理由は実用性です。1310nm帯はCWDM（粗波長分割多重）の波長間隔を適切にサポートするため、LR4モジュールはDWDMシステムで一般的に見られるような狭い波長間隔や高コストを必要とせずに、4つの波長を近接して配置できます。このCWDM対応の特性は、LR4の設計理念の中核を成すものであり、主流の100Gイーサネットネットワークにおいて、コスト効率と導入効率を維持しながら伝送距離を延長することを目的としています。

100GイーサネットネットワークにおけるQSFP 100GBASE LR4の役割

100Gイーサネットアーキテクチャでは、SR4が届かない長距離リンクにおいて、QSFP 100G LR4がデフォルトのシングルモード「主力」光モジュールとして使用されることが多く、ER4は不要または高コストになる場合があります。LR4は通常、以下の接続に使用されます。

• 列またはホールをまたがるリーフツースパインスイッチアップリンク
• 近隣施設間のデータセンター相互接続（DCI）リンク
• SMFが既に存在するエンタープライズコア/バックボーンのアップグレード
• 一貫した 100G 到達範囲を必要とするキャンパスまたはメトロエッジの集約

運用面では、LR4はQSFP28高密度エコシステムに適合し、広く認知されているイーサネット仕様（100GBASE-LR4）に準拠しているため、100G展開の標準化に役立ちます。つまり、距離予算に関する計画が容易になり、相互運用性の期待値が予測可能になり（互換性要件が満たされている場合）、光ファイバー設備を再設計することなく、従来のSMFインフラストラクチャから100Gへのアップグレードパスが簡素化されます。

QSFP 100G LR4が1310nmシングルモード光ファイバー伝送でどのように動作するか

QSFP 100G LR4は、100G信号を4つの並列レーンに分割し、4つの光波長に変換してシングルモード光ファイバーで送信することで、100G伝送を実現します。この設計は、コンパクトなQSFP28フォームファクタとCWDM光学系を組み合わせることで、複雑な長距離伝送装置を必要とせずに10kmの距離を伝送できます。

QSFP28 LR4内の4×25G電気レーン

QSFP28 100G LR4モジュール内部では、ホストデバイス（スイッチ/ルーター/NIC）は通常、4つの高速電気レーンで構成される100G電気インターフェースを提供します。各レーンは25G相当のデータを伝送し、一般的に4×25Gと呼ばれます。

これらの電気レーンはQSFP28コネクタを介してモジュールに入り、内部の高速エレクトロニクスによって処理されます。モジュールの設計に応じて、信号調整（例えばイコライゼーション）、レーンアライメント、クロック/データリカバリなどの機能を使用することで、レーンあたり25Gのクリーンな信号伝送を維持できます。基本的な考え方はシンプルです。このモジュールは100Gを1つの巨大なストリームとして扱うのではなく、効率的に処理・伝送できる4つの同期された25Gストリームとして扱います。

QSFP LR4 100G内のCWDMテクノロジー

モジュールに25Gの電気レーンが4つ備わったら、それらを1対のファイバー（デュプレックスSMF）で光伝送する手段が必要です。そこでCWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing：低密度波長分割多重）が役立ちます。

CWDMは、複数の異なる波長の光信号を同一の光ファイバーで同時に伝送することを可能にします。QSFP 100G LR4では、各25Gレーンはそれぞれ専用の光送信パスによって変換され、その後、4つの光レーンすべてが1つの出力に統合されます。CWDMの伝送間隔はDWDMに比べて比較的広いため、LR4はシングルモード光ファイバーで長距離伝送性能を実現しながら、実用的で費用対効果の高い光設計を実現します。

1310nm付近の4つの波長

QSFP 100G LR4は1310nm帯で動作しますが、使用する波長は1つだけではありません。1310nm付近の4つの異なる波長を使用し、各波長で25Gレーンを1つ伝送します。

実際には、これらの波長は1310nm帯域内にあり、CWDMチャネルプランニングに従って間隔が調整されています（多くのLR4実装では、一般的にLAN WDM波長と呼ばれています）。近接した4つの波長を使用する利点は、モジュールが1310nm帯域のシングルモードファイバーの優れた伝送特性を活用しながら、高い総帯域幅（100G）を実現できることです。

多重化と多重分離のプロセス

100GBASE LR4 の本当の「魔法」は、送信時の多重化 (MUX) と受信時の逆多重化 (DEMUX) という 2 つの反対のプロセスで発生します。

送信側（MUX）の場合：

1️⃣ モジュールはホストから 4 つの 25G 電気レーンを受信します。

2️⃣ 各レーンでは、特定の波長の光を生成する光送信機が駆動されます。

3️⃣ CWDM MUX光は、4つの波長を1つの複合光信号に合成します。

4️⃣ 結合された信号は、LC デュプレックス インターフェイスの送信ファイバーを介してモジュールから出力されます。

受信側（DEMUX）の場合：

1️⃣ 複合光信号が受信ファイバーに到達します。

2️⃣ DEMUX 光学系は、入射光を 4 つの個別の波長に分離します。

3️⃣ 各波長は受信パスによって検出され、25G 電気レーンに変換されます。

4️⃣ モジュールは 4 つの 25G レーンをホストに出力し、そこで 100G データ ストリームに再構成されます。

この MUX/DEMUX アプローチにより、QSFP 100G LR4 は、内部的には 4 つの並列チャネルを転送しているにもかかわらず、必要なファイバ ペアは 1 つだけとなり、ケーブル接続をシンプルに保つことができます。

シングルモードファイバーによる信号伝送

多重化後、合成された光信号はシングルモードファイバー（通常はOS2）を介して伝送されます。シングルモードファイバーは、コア径が小さく単一の伝搬モードしかサポートしないため、マルチモードシステムで見られるモード分散の問題を軽減でき、長距離伝送に最適です。

距離が長くなると、信号は光ファイバーの減衰、コネクタ/スプライス損失、受信機の感度といったリンクバジェット要因の影響を受けます。適切な光ファイバーとクリーンな光ファイバー接続により、QSFP 100G LR4は最大10kmまで信頼性の高いパフォーマンスを維持するように設計されており、マルチモード光ファイバーが届かない建物間リンク、キャンパスバックボーン、大規模データセンターファブリックに最適です。

QSFP 100G LR4とその他の100G QSFP28トランシーバーの比較

100Gイーサネットを導入する際、ネットワークエンジニアは多くの場合、複数のQSFP28モジュールタイプから選択する必要があります。これらのモジュールは、それぞれ異なる距離とファイバータイプに最適化されています。QSFP 100G LR4は、シングルモードファイバーよりもバランスの取れた長距離ソリューションを提供することで他社を圧倒しています。一方、SR4、ER4、CWDM4などの他の100Gモジュールは、より短い距離またはより長い距離、あるいはわずかに異なる波長戦略を対象としています。 

これらの 100G QSFP28 トランシーバー モジュールの違いをよりわかりやすく説明するために、主な違いを強調した概要表を以下に示します。

QSFP 100G LR4とQSFP 100G SR4

QSFP 100G LR4は、最大約10kmの長距離シングルモードファイバー向けに設計されています。一方、QSFP 100G SR4は、OM3では70m以内、OM4では100m以内、OM5では150m以内の短距離マルチモードファイバー展開を対象としています。LR4はSMF上にLCデュプレックスコネクタを使用するため、長距離相互接続の配線が簡素化されます。一方、SR4はパラレルファイバーを備えたMTP/MPOインターフェースを使用するため、高密度で短距離のデータセンター内接続に最適です。実際には、スパイン間またはビル間のリンクにはLR4が好まれますが、同じ施設内のラック上部からアグリゲーションスイッチへの接続にはSR4の方がコスト効率に優れています。

QSFP 100G LR4とQSFP 100G ER4

QSFP 100G LR4とER4はどちらも1310nm帯のシングルモードファイバー上で4つの波長を使用して動作しますが、それぞれ異なる距離に最適化されています。LR4は通常最大10kmまで対応しており、メトロキャンパス内のキャンパスコアやデータセンター相互接続に適しています。一方、100GBASE ER4は最大40kmまで対応しており、追加のアンプなしでより長距離のメトロ接続やサイト間接続を可能にします。ER4はより高性能な光モジュールとより厳しいリンクバジェットを必要とするため、通常はLR4よりもコストが高く、より慎重な光パワー管理が求められる場合があります。

QSFP 100G LR4とQSFP 100G CWDM4の比較

QSFP 100G CWDM4もシングルモードファイバー上で1310nm付近の4つの波長を使用しますが、一般的にFECを使用した場合で最大2kmまでの短距離向けに設計されており、到達距離の点でSR4とLR4の間のギャップを埋めます。CWDM4モジュールはLR4よりもコスト効率が高く、データホール内やデータホール間で広く使用されています。これは、伝送距離がSR4のマルチモード制限を超えるものの、10kmクラスの光ファイバーを使用するほどではない場合に特に有効です。一方、LR4は、ネットワーク設計者が将来の拡張のために余裕が必要な場合や、同じシングルモードファイバーペアでより広いキャンパス、建物間、またはメトロエッジの距離をカバーする必要がある場合に選択されます。

? ネットワークインフラストラクチャにおけるQSFP 100G LR4の典型的な使用例

QSFP 100G LR4は、主に、100GBASE SR4などのマルチモードソリューションの限界を超える距離において、シングルモード光ファイバーで信頼性の高い100G帯域幅が求められる場合に導入されます。短距離データセンター接続とより高価な長距離光ファイバー間のギャップを埋め、多くのコア、アグリゲーション、サイト間リンクに最適な選択肢となります。

データセンター相互接続 (DCI)

QSFP28 LR4の最も一般的なシナリオの一つは、10kmの光バジェット内に収まるほど近接した2つの施設間のデータセンター相互接続です。これには、エンタープライズデータセンターとセカンダリサイトの接続、同じ工業団地内の2つの建物の接続、プライマリデータホールとエッジコンピューティング拠点間のブリッジングなどが含まれます。LR4は、シングルモード光ファイバー上でLCデュプレックスを使用するため、特に魅力的です。これは、既に構築されている多くのDCI光ファイバー設備（パッチパネル、ODF、構造化SMFケーブル）と一致しています。 

スパインリーフアーキテクチャ

現代のリーフ・スパイン型データセンターファブリックでは、リーフスイッチからスパインスイッチへのアップリンクは、列、ホール、または個別のポッドをまたいで移動する必要があり、その距離はマルチモードモジュールの許容範囲をすぐに超えてしまう可能性があります。特にデータセンターの規模が大きくなると、その傾向が顕著になります。QSFP 100G LR4は、MPOベースのパラレルファイバーケーブルを必要とせず、SMF経由で高密度の100Gアップリンクを可能にするため、リーフ・スパイン型に最適です。これは運用上重要です。デュプレックスLCパッチ接続は管理が簡単で、トラブルシューティングが容易であり、既存のファイバーインフラストラクチャとの互換性も高い場合が多いからです。 

エンタープライズバックボーンのアップグレード

キャンパス コアとバックボーン リンクを 10G/40G から 100G にアップグレードする企業は、多くの組織が既に建物間またはキャンパス間にシングルモード ファイバーを設置しているという一般的な現実に合致するため、LR4 を頻繁に選択します。

このアップグレードモデルでは、100G LR4 が再設計作業の削減に役立ちます。短距離制限内に収めるためだけに並列光ケーブルを再配線したり、中間スイッチを追加設置したりする代わりに、LR4 は既存の SMF 配線を再利用し、コアルーティング、アグリゲーション、高トラフィックサービス（データセンターアクセス、サーバーファーム、ストレージネットワーク、インターネットエッジ）向けに 100G の容量を提供します。 

メトロネットワークとキャンパスネットワーク

メトロ ネットワークや大規模キャンパス ネットワークでは、QSFP 100G LR4 は、距離が数百メートルから数キロメートルに及ぶ建物間、キャンパス間、およびアグリゲーションとコア間のリンクによく使用されます。

10kmの伝送距離は、100Gの容量を必要としながら、QSFP ER4のような40kmの光ケーブルを必要としない大学、病院、工業団地、自治体のネットワークに最適です。サービスプロバイダーや大規模組織は、既存のシングルモード光ファイバーインフラ上で高速サービスとバックホールトラフィックを効率的に提供するために、メトロアクセスレイヤーとアグリゲーションレイヤーにLR4を導入することがよくあります。

適切なQSFP 100G LR4トランシーバーモジュールの選び方

適切なQSFP 100G LR4モジュールを選択するには、技術的な互換性を評価し、機器のサポートを確認し、主要な光学パラメータと性能パラメータを検討する必要があります。以下では、選択したトランシーバーがネットワークインフラストラクチャに完全に適合していることを確認する方法に焦点を当てます。

100GBASE LR4 QSFPトランシーバーを選択する際の互換性要因

QSFP 100GBASE-LR4 モジュールを評価するときは、ハードウェア、ファームウェア/ソフトウェア、光インフラストラクチャの 3 つのレイヤーでの互換性を優先します。

フォームファクターと規格の整合性

• QSFP28 であり、100GBASE-LR4 (CWDM4、ER4、SR4 ではない) をサポートしていることを確認します。
• デュプレックス LC を使用し、シングルモード ファイバー (OS2) を対象としていることを確認します。

ベンダーのコーディング／相互運用性に関する期待

• 多くのスイッチではベンダー チェックが強制されるため、モジュールがプラットフォーム用にコード化されているか (または互換性があることが確認されているか) を確認してください。
• サードパーティ製の光学部品を使用する場合は、ベンダーがスイッチの OS とハードウェア リビジョンに応じたモデル固有のエンコーディングを提供していることを確認してください。

？ FECとポート構成

• 一部のプラットフォームでは、100G でのエラー率目標を満たすために RS-FEC (または特定の FEC 設定) が必要です。
• ポートが 100G 動作用に構成されており、正しいブレイクアウト モードが誤って有効になっていないことを確認してください。

？繊維植物適合性

• LR4 は SMF 範囲用に設計されていますが、実際のリンクにはパッチ パネルとスプライスが含まれます。
• リンクが非常に短い場合 (同じラックなど)、プラットフォームで減衰器が推奨されているかどうか、または最小受信電力ガイダンスがあるかどうかを確認します (極端に短いリンクでの受信機の過負荷を回避するため)。

QSFP LR4 100G のスイッチとルーターのサポートを確認する方法

大規模に購入する前に、ドキュメントと実際のデバイスチェックの両方からサポートを確認してください。

公式互換性マトリックスを確認してください

• 正確なスイッチ/ルーター モデルを調べて、QSFP28 100GBASE LR4 がサポートされているかどうかを確認します。
• ポート グループ、ライン カード、または OS バージョンごとにサポートされる光学部品などの制約を検証します。

ソフトウェア/ファームウェアの要件を確認してください

• 一部のプラットフォームでは、最小の NOS/ファームウェア リリース以降のみ、特定の光学部品がサポートされます。
• ターゲット コードのバージョンが LR4 操作と DOM レポートの要件と一致していることを確認します。

ポートと機能の準備状況を検証する

• ポートが100G QSFP28をサポートしていることを確認してください（ 40G QSFP +).
• DOM/DDM モニタリング、アラーム、光パワーしきい値のサポートを確認します。これはトラブルシューティングに特に重要です。

パイロット検証を実施する

• 実際のネットワーク シナリオを使用して、代表的なハードウェア上でモジュールのペアをテストします。
• リンクが正常に確立され、過度の CRC/FEC 修正がなく、ウォームアップ後に DOM 読み取りが安定していることを確認します。

100G LR4 QSFP28 で確認すべき主要な性能仕様

「QSFP 100G LR4」という規格でも、ベンダーやモジュールの仕様によって異なる場合があります。これらはリンクの成功に最も直接的な影響を与える仕様です。

リーチとスタンダード

• 定格距離: 通常、OS2 SMF で最大 10 km (記載されている到達距離と想定を確認してください)。
• コンプライアンス: 100GBASE-LR4 および関連する MSA/IEEE コンプライアンス ステートメントへの参照を探します。

光学予算と感度

• 送信電力範囲、受信機感度、および規定の光リンク バジェットを確認します。
• 計算された損失 (ファイバー + コネクタ + スプライス + パッチ パネル) が余裕を持って予算内に収まることを確認します。

波長計画

• LR4 は 1310nm 付近の 4 つの波長を使用します。10km の完全な到達範囲が必要な場合は、100G CWDM4 ではなく、真の 100G LR4 であることを確認してください。
• 一貫した波長の実装は相互運用性と予測可能なパフォーマンスに役立ちます。

消費電力と熱制限

• モジュールの最大電力消費量を、プラットフォームのポートあたりの電力制限と照らし合わせて確認します。
• 環境にホットアイル、エッジキャビネット、または空気の流れが制限されている場合は、動作温度範囲 (商業用と工業用) を確認してください。

DOM/DDMのサポートと診断

• 完全なデジタル診断機能（Tx/Rx 光パワー、温度、電源電圧、レーザー バイアス電流）を備えたモジュールを優先します。
• 強力な診断機能により、限界リンクや汚れたコネクタのトラブルシューティング時に MTTR が短縮されます。

QSFP 100G LR4の設置と展開に関するヒント

QSFP 100G LR4トランシーバーをシングルモード光ファイバーで確実に動作させるには、適切な設置と導入が不可欠です。ベストプラクティスに従うことで、光損失を最小限に抑え、トランシーバーやケーブルの損傷を防ぎ、ネットワーク全体で安定した100Gパフォーマンスを維持できます。

適切な光ファイバケーブル配線方法

100G LR4モジュールを接続する際は、必ず標準のデュプレックスLCコネクタを備えた高品質のシングルモード光ファイバー（SMF）を使用してください。ケーブル配線は最大伝送距離内に収め、光ファイバーを損傷する可能性のある急激な曲げや過度の張力を避けてください。トランシーバー間の接続を確実にするために、両端に明確なラベルを貼ってください。

LCコネクタのクリーニング

LCコネクタに小さな埃が付着しているだけでも、挿入損失や信号品質の低下を引き起こす可能性があります。光ファイバーを接続する前に、糸くずの出ない布とイソプロピルアルコール、または専用の光ファイバークリーニングツールを使用して、各コネクタを清掃してください。コネクタを定期的にメンテナンスすることで、安定した光学性能を維持できます。

光パワーの監視

光パワーメーターを使用して、送信および受信パワーレベルがモジュールの推奨範囲内にあることを確認してください。異常な測定値は、ファイバーの損傷、コネクタの汚れ、または接続のずれを示している可能性があります。継続的な監視により、潜在的な問題がネットワークトラフィックに影響を与える前に検出できます。

一般的なデプロイメントの問題を回避する

極性の誤り、コネクタの種類の不一致、マルチモード光ファイバーの使用といった一般的な問題は、リンク障害の原因となる可能性があります。ネットワーク機器にトランシーバーが正しく装着されていることを確認し、ファームウェアバージョンがQSFP 100G LR4をサポートしていることを確認してください。メーカーのガイドラインに従い、互換性のあるコンポーネントを使用することで、導入エラーのリスクを大幅に軽減できます。

QSFP 100G LR4：よくある質問への回答

QSFP 100G LR4 はどのくらいの距離をサポートしますか?

QSFP 100G LR4トランシーバモジュールは、通常、シングルモード光ファイバーで最大10kmの伝送距離をサポートします。そのため、データセンター間の相互接続やコアネットワークノードの接続といった長距離アプリケーションに最適です。

QSFP 100G LR4 と QSFP 100G PSM4 モジュールの違いは何ですか?

100G LR4は、デュプレックスシングルモードファイバー上でCWDM多重化を用いて1310nm付近の4つの波長を使用する一方、QSFP 100G PSM4は、パラレルシングルモードファイバー（通常はMPO/MTP）上で4つの25Gレーンを伝送します。LR4は長距離デュプレックスリンクに適していますが、PSM4は短距離のマルチファイバー接続に最適化されています。

QSFP 100G LR4 は 40G または 10G トランシーバーと下位互換性がありますか?

いいえ、QSFP 100G LR4は、光チャネルと信号規格が異なるため、40Gまたは10Gモジュールとの下位互換性はありません。LR4トランシーバーとインターフェースするには、デバイスに100G対応ポートが必要です。

QSFP 100G LR4 のパフォーマンスと信号の安定性に影響を与える要因は何ですか?

パフォーマンスは、ファイバーの品質、コネクタの清潔さ、光パワーレベル、適切な温度管理によって左右されます。構造化ケーブル配線を維持し、DOM測定値を監視することで、安定した運用を確保できます。

QSFP 100G LR4 は短距離接続に適していますか?

100G LR4は短距離で動作しますが、コスト効率の面では必ずしも最適ではありません。150m未満の短距離アプリケーションでは、通常、100G SR4ソリューションの方がパフォーマンスとコストのバランスが優れています。

結論：信頼性の高いシングルモード光ファイバー接続にはQSFP 100G LR4を選択する

QSFP 100G LR4は、シングルモード光ファイバーで100Gイーサネットを提供するための信頼性の高い標準化されたソリューションであり、伝送距離、パフォーマンス、導入の容易さのバランスが取れています。CWDMベースの1310nm設計、デュプレックスLCインターフェース、そして最新のQSFP28スイッチとの互換性により、データセンター相互接続、キャンパスバックボーン、メトロネットワークに最適です。

100Gの新規導入またはアップグレードを計画しているチームにとって、適切なLR4モジュールを選択し、適切な設置手順に従うことで、長期的なネットワークの安定性と拡張性を確保できます。認定済みで費用対効果の高いオプションについては、こちらをご覧ください。 LINK-PP オフィシャルストア QSFP 100G 光トランシーバーとプロフェッショナル ネットワーク接続ソリューションの幅広い選択肢を提供します。