Die Richtung der DCI-Netzwerkentwicklung (Teil zwei)

Anhand dieser Merkmale lassen sich grob zwei konventionelle DCI-Lösungen unterscheiden:

1. Verwenden Sie reine DWDM-Geräte und setzen Sie im Switch ein Farblichtmodul mit DWDM-Multiplexer/Demultiplexer ein. Bei einkanaligem 10G sind die Kosten extrem niedrig und die Produktauswahl groß. 10G-Farblichtmodule werden bereits in China hergestellt und sind sehr kostengünstig. (Tatsächlich wurde das 10G-DWDM-System vor einigen Jahren populär, musste aber aufgrund höherer Bandbreitenanforderungen wieder verworfen werden, weshalb 100G-Farblichtmodule noch nicht verfügbar waren.) Aktuell sind 100G-Farblichtmodule in China erst auf dem Markt und noch nicht kostengünstig, werden aber einen wichtigen Beitrag zum DCI-Netzwerk leisten.

2. Es werden OTN-Geräte mit hoher Übertragungsdichte eingesetzt. Diese arbeiten mit 220 V Wechselstrom, haben ein 19-Zoll-Display und eine Höhe von 1–2 HE, was die Installation vereinfacht. Die SD-FEC-Funktion ist deaktiviert, um die Latenz zu reduzieren. Der Routingschutz auf der optischen Ebene verbessert die Stabilität, und die steuerbare Nord-Schnittstelle erweitert die Erweiterungsmöglichkeiten der Geräte. Die OTN-Technologie ist jedoch noch relativ neu und die Verwaltung entsprechend komplex.

Darüber hinaus konzentrieren sich die führenden DCI-Netzwerkbetreiber derzeit hauptsächlich auf die Entkopplung des DCI-Übertragungsnetzes. Dies umfasst die Entkopplung der optischen Schicht (Layer 0) und der elektrischen Schicht (Layer 1) sowie die Entkopplung der Netzwerkmanagementsysteme (NMS) und der Hardwarekomponenten traditioneller Hersteller. Der traditionelle Ansatz sieht vor, dass die elektrischen Verarbeitungsgeräte eines Herstellers mit den optischen Geräten desselben Herstellers und die Hardwarekomponenten mit der herstellereigenen NMS-Software zur Verwaltung zusammenarbeiten müssen. Diese traditionelle Methode weist mehrere wesentliche Nachteile auf:

1. Die Technologie ist geschlossen. Theoretisch lassen sich die optoelektronischen Ebenen voneinander entkoppeln, aber traditionelle Hersteller verzichten bewusst darauf, um die Kontrolle über die Technologie zu behalten.

2. Die Kosten des DCI-Übertragungsnetzes konzentrieren sich hauptsächlich auf die elektrische Signalverarbeitungsschicht. Die anfänglichen Baukosten des Systems sind niedrig, doch bei einer Kapazitätserweiterung erhöht der Hersteller unter Androhung technischer Einzigartigkeit den Preis, wodurch die Erweiterungskosten erheblich steigen.

3. Nach der Inbetriebnahme der optischen Schicht des DCI-Übertragungsnetzes kann diese nur von Geräten der elektrischen Schicht desselben Herstellers genutzt werden. Die geringe Auslastung der Geräteressourcen widerspricht dem Entwicklungsziel der Netzwerkressourcenbündelung und erschwert die einheitliche Ressourcenplanung der optischen Schicht. Durch die separate Investition in eine entkoppelte optische Schicht in der frühen Aufbauphase wird die zukünftige Nutzung eines einzigen optischen Schichtsystems durch verschiedene Hersteller nicht eingeschränkt. Die Kombination der Nord-Schnittstelle der optischen Schicht mit SDN-Technologie ermöglicht die gerichtete Zuweisung von Kanalressourcen auf der optischen Schicht und verbessert so die Geschäftsflexibilität.

4. Die Netzwerkgeräte verbinden sich nahtlos und direkt über die Datenstruktur von YANGmodel mit der Netzwerkmanagementplattform des Internetanbieters. Dies spart die Entwicklungskosten für die Managementplattform und macht die vom Hersteller bereitgestellte NMS-Software überflüssig, was die Effizienz der Datenerfassung und des Netzwerkmanagements verbessert.

Daher stellt die optoelektronische Entkopplung eine neue Entwicklungsrichtung für DCI-Übertragungsnetze dar. In absehbarer Zukunft kann die optische Schicht von DCI-Übertragungsnetzen auf SDN-Technologie basieren, die aus ROADM und einer Nord-Süd-Schnittstelle besteht. Der Kanal kann beliebig geöffnet, geplant und wiederhergestellt werden. Es wird möglich sein, Geräte verschiedener Hersteller mit unterschiedlichen elektrischen Schichten oder sogar Ethernet- und OTN-Schnittstellen im selben optischen System zu verwenden. Dadurch wird die Effizienz bei Systemerweiterungen und -änderungen deutlich verbessert, die optische Schicht wird übersichtlicher, die Netzwerklogik klarer und die Kosten werden erheblich reduziert.

Für SDN besteht die Kernprämisse in der zentralen Verwaltung und Zuweisung von Netzwerkressourcen. Welche DWDM-Übertragungsnetzwerkressourcen können also im aktuellen DCI-Übertragungsnetzwerk verwaltet werden?

Es gibt drei Kanäle, Pfade und Bandbreiten (Frequenzen). Daher basiert die Lichtübertragung in der Kooperation von Licht und IP im Wesentlichen auf der Verwaltung und Verteilung dieser drei Aspekte.

Die Kanäle von IP und DWDM sind entkoppelt. Wenn die entsprechende Beziehung zwischen einer logischen IP-Verbindung und einem DWDM-Kanal in der Anfangsphase konfiguriert wird und die entsprechende Beziehung zwischen Kanal und IP später angepasst werden muss, kann die OXC-Methode für eine schnelle Kanalumschaltung im Millisekundenbereich eingesetzt werden, ohne dass die IP-Schicht davon Kenntnis erhält. Durch die OXC-Verwaltung lässt sich die zentrale Ressourcenverwaltung des Übertragungskanals an jedem Standort realisieren und somit die Kompatibilität mit Business-SDN gewährleisten.

Die Entkopplungsanpassung eines einzelnen Kanals und IP ist nur ein kleiner Teilaspekt. Durch die gleichzeitige Anpassung der Bandbreite und des Kanals lässt sich das Problem der Bandbreitenanpassung verschiedener Dienste zu unterschiedlichen Zeiten lösen. Dies verbessert die Auslastung der vorhandenen Bandbreite erheblich. In Kombination mit der OXC-Kanalanpassung und den Multiplexern und Demultiplexern der flexiblen Grid-Technologie verfügt ein einzelner Kanal nicht mehr über eine feste zentrale Wellenlänge, sondern deckt einen skalierbaren Frequenzbereich ab. Dadurch wird eine flexible Anpassung der Bandbreitengröße erreicht. Bei der Nutzung mehrerer Dienste in einer Netzwerktopologie kann die Frequenzauslastung des DWDM-Systems weiter verbessert und die vorhandenen Ressourcen optimal genutzt werden.

Durch die dynamischen Managementfunktionen der ersten beiden Komponenten trägt das Pfadmanagement des Übertragungsnetzes zu einer höheren Stabilität der gesamten Netzwerktopologie bei. Gemäß den Eigenschaften des Übertragungsnetzes verfügt jeder Pfad über unabhängige Übertragungskanalressourcen. Daher ist es von großer Bedeutung, die Kanäle auf jedem Übertragungspfad einheitlich zu verwalten und zuzuweisen. Dies ermöglicht eine optimale Pfadauswahl für Mehrwegedienste und maximiert die Nutzung der Kanalressourcen auf allen Pfaden. Ähnlich wie bei ASON werden Gold-, Silber- und Kupferkanäle für verschiedene Dienste unterschieden, um die Stabilität höchster Dienstqualität zu gewährleisten.

Beispielsweise gibt es ein Ringnetzwerk, das aus drei Rechenzentren A, B und C besteht. Der Dienst S1 (z. B. ein Intranet-Big-Data-Dienst) belegt von A über B nach C 1 bis 5 Wellen dieses Ringnetzwerks. Jede Welle hat eine Bandbreite von 100 Gbit/s, und das Frequenzintervall beträgt 50 GHz. Der Dienst S2 (externer Netzwerkdienst) belegt von A über B nach C 6 bis 9 Wellen dieses Ringnetzwerks. Jede Welle hat eine Bandbreite von 100 Gbit/s, und das Frequenzintervall beträgt 50 GHz.

Im Normalbetrieb reicht diese Bandbreiten- und Kanalnutzung aus, um den Bedarf zu decken. Wenn jedoch beispielsweise ein neues Rechenzentrum in Betrieb genommen wird und das Unternehmen seine Datenbanken kurzfristig migrieren muss, verdoppelt sich der Bedarf an Intranet-Bandbreite. Statt der ursprünglichen 500 Gbit/s (5100 Gbit/s) werden nun 2 Tbit/s benötigt. In diesem Fall werden die Kanäle auf Übertragungsebene neu berechnet und fünf 400-Gbit/s-Kanäle auf der Wellenschicht bereitgestellt. Das Frequenzintervall jedes 400-Gbit/s-Kanals wird von ursprünglich 50 GHz auf 75 GHz geändert. Durch den Einsatz von flexiblem ROADM-Gitter und Multiplexern/Demultiplexern wird der gesamte Übertragungspfad so optimiert, dass diese fünf Kanäle 375 GHz Spektrumressourcen belegen. Sobald die Ressourcen auf Übertragungsebene bereit sind, wird der OXC über die zentrale Managementplattform angepasst. Die von den ursprünglichen 1-5 Wellen des 100G-Dienstsignals genutzten Übertragungskanäle werden auf die neu bereitgestellten 5 Wellen des 400G-Dienstsignals mit einer Verzögerung im Millisekundenbereich umgeschaltet. Dadurch wird die flexible Anpassung von Bandbreite und Kanal gemäß den DCI-Dienstanforderungen in Echtzeit ermöglicht. Selbstverständlich müssen die Netzwerkanschlüsse der IP-Geräte die Anpassung der 100G/400G-Rate und der optischen Signalfrequenz (Wellenlänge) unterstützen, was jedoch kein Problem darstellt.

Im Hinblick auf die Netzwerktechnologie von DCI ist die durch Übertragung erledigebare Arbeit auf einer sehr niedrigen Ebene. Um ein intelligenteres DCI-Netzwerk zu realisieren, ist die Integration von IP erforderlich. Beispielsweise kann MP-BGP EVPN+VXLAN im IP-Intranet von DCI eingesetzt werden, um schnell ein Layer-2-Netzwerk über Rechenzentren hinweg bereitzustellen. Dieses Netzwerk ist hochgradig kompatibel mit bestehenden Netzwerkgeräten und erfüllt die Anforderungen an die flexible Migration virtueller Maschinen von Mandanten zwischen Rechenzentren. Durch Segment-Routing im externen IP-Netzwerk von DCI kann die Verkehrspfadplanung basierend auf der Unterscheidung der Quelldienste durchgeführt werden. Dies erfüllt die Anforderungen an die Visualisierung des ausgehenden Datenverkehrs zwischen Rechenzentren, die schnelle Wiederherstellung von Routen und die hohe Bandbreitennutzung. Das zugrunde liegende Übertragungsnetzwerk arbeitet mit dem mehrdimensionalen OXC-System zusammen. Im Vergleich zum herkömmlichen ROADM ermöglicht es eine feingranulare Dienstpfadplanung. Die Verwendung nicht-elektrischer Wellenlängenkonvertierungstechnologie löst das Problem der Fragmentierung von Kanalspektrumressourcen. Die Integration von Ressourcen höherer und niedrigerer Schichten für Geschäftsmanagement und Bereitstellung, die flexible Bereitstellung und die verbesserte Ressourcennutzung sind zukünftig unerlässliche Entwicklungsrichtungen. Derzeit schenken einige große inländische Unternehmen diesem Bereich Aufmerksamkeit, und einige spezialisierte Start-ups forschen und entwickeln bereits entsprechende technische Produkte. Es ist zu hoffen, dass in diesem Jahr entsprechende Komplettlösungen auf den Markt kommen. Möglicherweise wird OTN in naher Zukunft auch in Carrier-Netzen verschwinden und nur noch DWDM übrig bleiben.