Технология DCI в эпоху облачных вычислений

В последние годы благодаря поддержке облачных вычислений такие технологии, как искусственный интеллект, виртуальная/дополненная реальность и Интернет вещей, росли как грибы после дождя. Облачные вычисления — это крупномасштабная распределенная вычислительная платформа, состоящая из миллионов серверов, распределенных в центрах обработки данных по всему миру и соединенных друг с другом через сеть. Сегодня дата-центр — это уже не изолированный компьютерный зал, а комплекс зданий. Центр обработки данных может содержать множество филиалов центра обработки данных, которые расположены в разных местах, но могут быть связаны между собой через сеть для совместного выполнения соответствующего бизнес-развертывания.

Связующим звеном для реализации взаимосвязи между этими центрами обработки данных является технология межсоединений между центрами обработки данных (далее технология DCI).

Сеть DCI: ссылка для реализации взаимосвязи среди центров обработки данных 

Согласно отчету об индексе облачных вычислений, опубликованному Cisco, пропускная способность межсоединений между центрами обработки данных поддерживала ежегодный темп роста почти на 33% за последние пять лет, а пропускная способность межсоединений достигла порядка 100 Тбит/с.

Figure1  Год тенденции роста трафика in центр обработки данных, опубликованный Cisco

Когда несколько центров обработки данных соединены оптическими волокнами и для передачи информации используется технология оптической связи, формируется сеть межсоединений центров обработки данных (сеть DCI).

Sнекоторые очевидные характеристики из тсеть DCI:

• Топология сети в основном представляет собой двухточечную и простую сеть с низкой сложностью;
• Расстояние межсоединения между городскими центрами обработки данных невелико, и снижение удельной стоимости передачи очень привлекательно для центров обработки данных;
• Больше фокусируется на сетевой задержке. Небольшие задержки оборудования могут уменьшить сложность выбора местоположения центра обработки данных;
• Основным типом услуги присоединения является услуга 100G Ethernet с низкой сложностью оборудования электрического уровня;
• В сочетании с быстрым ростом трафика более популярными становятся модульное оборудование, а также гибкие и масштабируемые сети;
• Особые требования к оборудованию, такие как размещение в серверном шкафу, наличие передних и задних выходов воздуха и высоковольтный источник питания постоянного тока.

Технология DCI появилась для того, чтобы лучше строить и поддерживать сеть взаимосвязи между центрами обработки данных и адаптироваться к быстро растущему трафику между центрами обработки данных.

от закрытый черный ящик для открытия развязки

В прошлой сетевой операционной системе производители систем предоставляли полный набор решений, включая установку оборудования, отладку системы, а также поддержку эксплуатации и технического обслуживания. Вся система похожа на закрытый черный ящик, а аппаратное и программное обеспечение разных производителей несовместимо друг с другом.

Во-вторых, существует вопрос стоимости. Благодаря непрерывному развитию технологии когерентной оптической передачи скорость передачи одной волны увеличилась со 100 Гбит/с до 800 Гбит/с. Поскольку основная стоимость оборудования для электрических слоев приходится на оптические устройства, увеличение скорости одноволновой передачи способствует снижению удельных затрат. Однако за последние 10 лет немногие производители систем сохранили свое лидерство в продуктах, а это означает, что если вы продолжите использовать закрытую систему для построения сети, вы не сможете в первую очередь воспользоваться дивидендами технологического развития.

Рис. 2. Эволюция скорости одиночной волны и пропускной способности одиночного волокна в электрическом слое

Кроме того, программное обеспечение для управления частной сетью в закрытой системе не может быть связано с существующей системой управления ресурсами, полномочиями, процессом строительства и текущим обслуживанием пользователя, что затрудняет повышение уровня сквозной автоматизации, тем самым сокращение времени предоставления услуги.

Первая точка прорыва технология DCI заключается в открытии закрытой системы, позволяющей пользователям настраивать свою собственную сеть, избегая эксклюзивной привязки и обеспечивая безопасность поставок. Команда облачной инфраструктуры оптической сети Alibaba предложила концепцию открытой и разделенной технологии DCI посредством исследований и работала с отраслевыми партнерами, чтобы способствовать формированию и росту технологической экосистемы DCI, преодолевая концепцию традиционной закрытой системы.

Сеть DCI можно рассматривать как комбинацию базовых аппаратных устройств и программного обеспечения для управления и контроля верхнего уровня. Устройства делятся на устройства оптического уровня и устройства электрического уровня. Роли этих двух аналогичны городским транспортным средствам. Устройства оптического уровня подобны дорогам, а устройства электрического уровня — транспортным средствам на дороге. По сравнению с быстрой эволюцией технологии электрического уровня оборудование оптического уровня действует как инфраструктура, развитие технологии которой происходит относительно медленно. Таким образом, первый шаг разделения находится именно здесь — разделение дорог и транспортных средств, а также разделение оптического слоя и электрического слоя. После этого оборудование оптического слоя и оборудование электрического слоя будут поступать от разных производителей, и в то же время «дорога», состоящая из набора оборудования оптического слоя, может поддерживать «транспортные средства» от разных производителей оборудования электрического слоя.

Рис.3. Люди могут ездить по дорогам на разных типах транспортных средств разных производителей, и открытая и развязанная сеть DCI также имеет аналогичные возможности.

Важно, чтобы устройства обеспечивали единый интерфейс. С развитием программно-определяемых сетей протокол Netconf был одобрен большинством производителей оборудования. Alibaba также присоединилась к организации OpenConfig в первые дни, чтобы участвовать в определении моделей данных, связанных с оптическими сетями. Основанная на протоколе Netconf и модели OpenConfig, сторонняя облачная программная платформа может напрямую подключаться к оборудованию производителя для управления и контроля, при этом полностью развязанная система сокращает количество ссылок во время управления и контроля и обладает большей инициативой и большей свободой в управлении. отвечая на потребности новых функций сетевого уровня.

Рис. 4 Открытая и развязанная сеть DCI

Гибкая архитектура поддерживает масштабируемость сети

После открытия закрытой системы следующим шагом будет выбор подходящего оборудования для построения DCI-сеть который можно гибко расширять. В течение длительного периода времени блоки мультиплексирования и демультиплексирования устройств оптического уровня поддерживают только фиксированный интервал канала. Фактически, по мере того, как скорость одиночной волны продолжает увеличиваться, ширина спектра, необходимая для устройств с электрическим слоем, также продолжает увеличиваться. Чтобы быть совместимым с постоянно меняющейся скоростью одиночной волны, блок мультиплексирования и демультиплексирования с фиксированным интервалом должен быть модернизирован до гибкого блока мультиплексирования и демультиплексирования на основе селективного переключателя длины волны (WSS).

Рисунок 5. Гибкие устройства MUX и DEMUX и спектр гибкой сетки.

В крупномасштабной сети DCI распределение услуг является более сложным, и необходимо учитывать архитектуру ячеистой сети, основанную на реконфигурируемом оптическом мультиплексоре ввода-вывода (ROADM). В городах, где центры обработки данных более рассредоточены, часто используется звездная архитектура. Если главная станция не обладает проницаемостью оптического слоя, трафик между спутниковыми станциями должен быть преобразован из света в электричество для света на главной станции, что не только увеличивает дополнительные затраты, но и увеличивает задержку передачи между станциями. Когда главная станция является ROADM, услуги среди спутниковых станций могут проходить через главную станцию ​​непосредственно на противоположный конец, а длина волны и маршрут передачи могут быть настроены с помощью программного обеспечения для управления сетью, что значительно снижает трудозатраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. стоимость сети DCI и повышает эффективность предоставления услуг.

Рисунок 6 Синергия между IP-сетью и сетью DCI, поддерживающей ROADM

Примечание: «станция» на рисунке означает «спутниковая станция».

В сценарии «точка-точка» оптический слой был построен в первый день, и поэтому он подходит для фотоэлектрической развязки. В сети Mesh DCI, учитывая увеличение количества последующих сайтов и расширение масштаба сети, оптический уровень нуждается в дальнейшем разъединении. Мы рекомендуем разъединить ROADM в соответствии с заданным направлением и убедиться, что устройства в секции оптического мультиплексирования (OMS) принадлежат одному и тому же производителю. Таким образом, часть оптического уровня в сети DCI может быть эффективно сегментирована, и можно избежать чрезмерного согласования деталей между устройствами. В первый день построения сети имеется только соединение между площадками А и Б, а оборудование поступает от поставщика М. На следующий день добавляется новая площадка С, затем связь между площадками С и В строится поставщиком T1, а связь между сайтом C и сайтом A осуществляется поставщиком T2. 

Чтобы решить проблему невозможности связи из-за разных разъемов оборудования разных производителей, мы разработали универсальную коробку подключения оптоволокна, поддерживающую гибкие вставные карты, состоящую из полностью подключаемой объединительной платы и адаптивного по направлению штекера. в карточке. Платы адаптеров в каждом направлении могут соответствовать спецификациям разъемов производителей и «преобразовывать» последовательность линий производителей в общую последовательность линий. Таким образом, любые два направления полностью соединяются через универсальную оптоволоконную соединительную коробку. Универсальная соединительная коробка для оптоволокна умело реализует неоднородность оптического слоя и открывает дверь свободы для расширения сети DCI.

Рис.7 Принципиальная схема гетерогенной схемы ROADM и развязки оптического уровня на основе универсальной соединительной коробки для оптоволокна

Примечание: Коробка на рисунке относится к Универсальная соединительная коробка для оптоволокна и D  относится к направление .

Автоматизация управления повышает эффективность сети

По сравнению с цифровой IP-системой связи в оптической сети по-прежнему сохраняется большое количество аналоговых свойств, например, как регулировать оптическую мощность и как настраивать коэффициент усиления и наклон усилителя. Для решения таких задач требуются открытые инструменты проектирования оптических сетей, которые может использовать третья сторона. Абстрагируя многоуровневую модель, описывают поведение и функции оборудования разных производителей, а различия между производителями отражаются в ключевых параметрах спецификации модели. В сочетании с фактическими данными топологии сети, данными ресурсов службы и другой информацией планировщик решает проблему сквозной оптимизации и может рассчитать и получить целевое значение конфигурации на всех устройствах и запас производительности в это время.

При добавлении сервисов или оптимизации конфигураций в существующей сети вам необходимо выбирать путь корректировки от текущей конфигурации к целевой конфигурации так же тщательно, как скалолаз. Из-за влияния нелинейности оптического усилителя, керровской нелинейности волокна и эффектов вынужденного комбинационного рассеяния внимания требует не только регулируемый в настоящее время служебный канал, но и соседние каналы и каналы на соседних связанных OMS.

В конфигуратор введен блок проверки состояния в режиме реального времени, а данные о производительности оборудования, собранные в режиме реального времени, проходят через настраиваемую логику проверки, чтобы определить, есть ли риски для текущего пути корректировки, и постоянно обновляются. Делая это неоднократно, в конце можно безопасно достичь заданной цели регулировки.

Рис. 8. Открытые инструменты проектирования оптических сетей и автоматизированный процесс настройки, доступные третьей стороне

Dразвитие и CHallenges

Непрерывное появление Интернет-услуг и быстрое развитие облачных вычислений способствовали процветанию сети DCI за последнее десятилетие. Открытые и несвязанные системы, простая и гибкая архитектура и программная автоматизация — основные инновации DCI. В ближайшем будущем сети 5G, Интернет вещей (IoT), дополненная реальность (AR) и виртуальная реальность (VR), а также граничные облачные вычисления будут продолжать стимулировать быстрый рост сетей DCI. Открытая экосистема DCI будет способствовать разработке и внедрению новых технологий, содействию технологическим инновациям и промышленному процветанию, лучшему удовлетворению потребностей клиентов и бизнеса и, в конечном счете, выведет облачные вычисления на новый уровень!