Beim Aufbau von netzwerkübergreifenden Verbindungen zwischen Rechenzentren (DCI) berücksichtigen Betreiber vor allem Aspekte wie hohe Bandbreite, geringe Latenz, hohe Dichte, schnelle Bereitstellung, einfache Bedienung und Wartung sowie hohe Zuverlässigkeit. Derzeit wird die OTN-Technologie mit hoher Bandbreite hauptsächlich von einigen großen Telekommunikationsausrüstern (Chips werden gesondert betrachtet) wie Huawei, ZTE und Aran dominiert. Deren Hauptkunden sind traditionelle Telekommunikationsanbieter, weshalb die Produktmerkmale von OTN primär auf deren Serviceanforderungen zugeschnitten sind. Aus diesem Grund treten bei der zunehmenden Nutzung von OTN in DCI-Netzwerken der Internetbranche zahlreiche Probleme auf.
Die Eigenschaften von OTN-Geräten ähneln denen von DCI-Geräten: hoher Betriebsaufwand, starke OAM-Fähigkeiten des Netzwerks, Scheduling- und Multiplexing-Funktionen für verschiedene Bandbreiten, Fehlertoleranz bei großen Entfernungen und die Verwendung von Niederspannungs-Gleichstrom. Ein weiteres Merkmal ist der geringe Stromverbrauch der Geräte.
1. Hohe Ausgabenkapazitäten des Unternehmens erfordern, dass das Betriebs- und Wartungspersonal professioneller agiert, stärker auf technischen Support der Hersteller angewiesen ist und über eine geschlossenere Technologie verfügt.
2. Leistungsstarke OAM-Funktionen, uneinheitliche Standards, schwierigere und unabhängigere Verbindungen mit anderen Netzen sowie nutzlose Funktionen führen ebenfalls zu höheren Übertragungs- und Betriebskosten im DCI-Netz.
3. Unterschiedliche Granulatplanungsfunktionen machen die Service-Encapsulation-Frame-Struktur komplizierter und führen zu mehr verschachtelten Bytes.
4. Die Fehlertoleranz bei Fernleitungen macht den FEC-Algorithmus komplexer, verursacht mehr Overhead und verlängert die Verarbeitungszeit.
5. Die 48-V-Gleichstromversorgung der OTN-Geräte unterscheidet sich von den in den meisten Rechenzentren üblichen 19-Zoll-220-V-Gleichstrom- (oder 240-V-Gleichstrom-)Schränken. Die Installation ist kompliziert und erfordert eine Spannungswandlung im Serverraum.
6. Die herkömmlichen OTN-Geräte haben ein großes Gehäuse, das sich nicht für den Einbau in Standardschränke eignet, und die Kapazitätsdichte ist gering. Eine spätere Erweiterung ist aufwendig und erfordert das Versetzen oder Umbauen der Schränke.
Unser DCI-Netzwerk dient aktuell hauptsächlich der Bereitstellung von Datenpipelines für den datenzentrumsübergreifenden Austausch. Die Hauptmerkmale des Geschäftsmodells sind: einheitliche Bandbreitenanforderungen, hohe Bandbreite, datenzentrumsübergreifende Dienste (insbesondere Multi-Active IDC und Big-Data-Dienste) mit geringen Latenzanforderungen und hohen Anforderungen an die Netzwerkstabilität. Gleichzeitig muss der Betrieb und die Wartung von DCI-Netzwerken aufgrund des Mangels an entsprechendem Fachpersonal in der Internetbranche besonders einfach sein. Die rasante Entwicklung des Internets verkürzt die Anforderungen an den Aufbau- und Erweiterungszyklus (der OTN-Erweiterungszyklus der Betreiber beträgt in der Regel ein halbes bis ein Jahr, während der DCI-Erweiterungszyklus des Internets selbst nur ein bis drei Monate beträgt). Daher ist eine Zeitersparnis in allen Bereichen erforderlich.
OTN bietet zwar eine brauchbare Lösung für DCI, ist aber keineswegs die optimale Lösung. Angesichts des rasanten Wachstums von DCI-Netzwerken besteht ein zunehmender Bedarf an geeigneten Lösungen für diverse Probleme, die von Kosten über Aufbau und Betrieb bis hin zur Wartung reichen. Diese Probleme entsprechen den sechs Anforderungen an ein DCI-Netzwerk (hohe Bandbreite, geringe Latenz, hohe Dichte, schnelle Bereitstellung, einfacher Betrieb und Wartung sowie hohe Zuverlässigkeit).
1. Im Gegensatz zu anderen Netzbetreibern verfügt das DCI-Übertragungsnetz nicht über so viele Bandbreitengranulare wie andere Netzbetreiber. Die Bandbreitengranulare sind einfacher gehalten und liegen aktuell üblicherweise bei 10G oder 100G, zukünftig bei 200G/400G usw. Daher ist eine höhere Bandbreite in anderen Granularitäten nicht erforderlich. Da die Reichweite des DCI-Übertragungsnetzes in der Regel nicht sehr groß ist, kann mit dem 400G-System auf Basis der 200G PM-16QAM-Dual-Carrier-Modulation eine Übertragungsdistanz von ca. 500 Kilometern ohne elektrische Relais erreicht werden (PM-64QAM ca. 200 Kilometer). Somit ist die Metro-Backbone-Übertragung von DCI nicht durch die Entfernung begrenzt.
2. Geringe Latenz und die Anforderungen von DCI-Unternehmen, insbesondere bei der Nutzung von Cloud-Computing zur Ressourcenbündelung und in Multi-Active-Rechenzentren, erfordern minimale Latenzzeiten im Mikrosekundenbereich. Die Datenübertragung sollte daher so kurz wie möglich sein, idealerweise mit Lichtgeschwindigkeit. Unnötige Datenverarbeitungsschritte und Signalübertragungswege müssen vermieden werden. Beispielsweise lassen sich durch den Verzicht auf die SD-FEC-Funktion von 100G OTN 200 Mikrosekunden pro Back-to-Back-Verbindung einsparen. Der Verzicht auf die Cross-Level-OTN-Kapselung spart weitere zehn Mikrosekunden. Für wichtige Dienste kann eine Hub-Spoke-Topologie genutzt werden, um den kürzesten Pfad zu gewährleisten. Zusätzlich kann die Zusammenarbeit mit MPLS und QoS auf IP-Ebene die Latenz auch bei der Datenweiterleitung weiter verbessern.
3. Hohe Packungsdichte: Ein einzelnes HE oder 2 HE können Bandbreiten von bis zu T erreichen. Die Entkopplung der optischen DWDM-Schicht und der elektrischen Signalschicht verbessert die Schnittstellendichte des Geräts und reduziert die Größe des optischen Moduls. Beispielsweise kann der Einsatz von QSFP28-Optikmodulen die 100G-Zugriffsfähigkeit eines einzelnen Geräts deutlich verbessern, und der Einsatz von CFP2-Daylighting-Modulen auf der Leitungsseite erhöht die Übertragungsbandbreite des gesamten Geräts. Aus 1 HE lassen sich 1,6 T bzw. 3,2 T erzielen. Weltweit sind bereits zahlreiche Produkte auf dem Markt, beispielsweise von ADVA, Coriant und Ciena. Auch der chinesische Hersteller Huawei hat entsprechende 902-Produkte vorgestellt. Zum Zeitpunkt der Fertigstellung dieses Artikels waren die Netzwerkzugangstests des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie jedoch noch nicht abgeschlossen. Hohe Packungsdichte führt zu hohem Stromverbrauch und erhöhter Wärmeentwicklung. Daher sollte die ursprüngliche OTN-Wärmeabfuhrmethode, bei der Luft von links nach rechts und von oben nach unten ein- und ausströmt, verworfen werden.
Gerätekühlungsanforderungen.
4. Schnelle Bereitstellung durch Verwendung des gängigen 19-Zoll-Racks (IDC-Standard), ähnlich dem Format gängiger Server, mit direkter Stromversorgung über 220 V Wechselstrom. Dadurch entfällt die Notwendigkeit von Umrüstungen und Schrankumbauten. Die Geräte können direkt nach Anlieferung im Serverraum platziert und nach dem Anschließen der Stromversorgung konfiguriert werden. Dies gewährleistet eine reibungslose und standardisierte Abnahme und somit eine schnelle Bereitstellung.
5. Einfache Bedienung und Wartung, Anforderungen des DCI-Geschäftsmodells, geringe Entfernungen zwischen Rechenzentren und geringer Verwaltungsaufwand, OAM und andere Funktionen spielen in diesem Szenario keine große Rolle, und die Verarbeitungskomplexität wird reduziert. Dies verbessert die Datenübertragungseffizienz und -verarbeitungszeit, stellt höhere technologische Anforderungen und ist stärker geschlossen. Die direkte Signalverbindung über Ethernet eliminiert den komplexen OTN-Overhead, sodass herkömmliche IP-Netzwerktechniker das DCI-System betreiben und warten können. Durch die Integration neuer Nordwärtsschnittstellen wie YANG-Modell, REST-API und Netconf werden die Verwaltung von DCI-Übertragungsgeräten und IP-Netzwerkgeräten mit derselben Schnittstelle entwickelt, um eine einheitliche, plattformbasierte, zentrale Netzwerkverwaltung zu ermöglichen.
6. Hochzuverlässige, multiphysikalische Routing- und Schutztechnologien, die die darüberliegende Schicht nicht berücksichtigen, werden auch weiterhin im DCI-Übertragungsnetz eine wichtige Rolle spielen. Ausfälle auf der zugrundeliegenden Verbindungsebene sollten keine Auswirkungen auf die Dienste haben, es sei denn, sie werden vollständig unterbrochen. Wahrnehmungen oder Auswirkungen wie Schutzumschaltungen, Verbindungsjitter, Verzögerungserhöhungen usw. sind nicht möglich.
Veröffentlichungsdatum: 13. Februar 2023